煤在燃烧过程中表面灰层内气体扩散传质特性的研究

煤在燃烧过程中表面灰层内气体扩散传质特性的研究严建华，倪明江，张宏焘，岑可法（浙江大学能源工程系杭州３１００２７）关键词：灰层扩散，煤燃烧，孔隙率一、引言就流化床燃烧锅炉通常燃用的较大粒度的煤而言，其焦碳的燃尽时间占了煤粒燃尽所需时间的绝大部分，粗略...     

成灰温度对准东煤灰理化特性影响的实验研究

将3种新疆准东煤和4种对比煤种在不同温度下制灰,研究了成灰温度对灰理化特性的影响,并分析了准东煤的积灰结渣特性。研究表明:灰分量、灰成分、灰熔融性、灰挥发特性均与成灰温度密切相关,成灰温度过高会导致碱金属挥发,过低则灰中含有可燃成分。过高或过低的成灰温度均不能准确反映准东煤灰的理化特性,655℃成灰温度比较适合准东煤.提出了采用ST与碱金属含量相结合的结渣判定方法,提高了准东煤结渣判别的准确性.     

准东煤灰沉积特性的实验研究

本文在高温沉降炉(DTF)上开展了准东煤及其混煤在20%O_2/80%N_2气氛下的灰沉积实验。可控温灰沉积取样枪从沉降炉底部伸入炉膛进行沉积取样。利用XRF、XRD和SEM-EDS对收集到的总灰和沉积样片进行表征。研究结果表明:混煤总灰中含有较多石英、莫来石等难熔物,较少CaO、CaSO_4等助熔矿物,这有利于灰熔点的升高,从而降低了准东煤沉积倾向。准东煤900℃沉积可以分为内外两层。在内层观察到Na_2SO_4和CaSO_4的富集。内层主要由为1~10μm小颗粒构成,外层主要由20~50μm大颗粒构成。1150℃沉积无分层现象,主要以Ca、Mg、S沉积为主。900℃下准东煤沉积倾向更严重。     

垃圾焚烧过程中重金属分布特性的研究

本文对垃圾焚烧过程中,不同粒径的灰颗粒中Hg、Pb、Cd、Cu、Zn、Ni六种重金属元素含量进行了测定,同时比较了燃烧飞灰、煤与垃圾混烧的飞灰以及垃圾飞灰三种灰样中相应的重金属含量。结果表明:焚烧飞灰中重金属浓度含量随着颗粒尺寸的增大而减少;三种不同灰样的重金属含量大小依次为:垃圾飞灰>煤与垃圾混烧飞灰>燃煤飞灰。     

煤燃烧过程中汞、砷、硒反应机理研究

本文以三种典型煤为对象,测定了煤及灰中汞,砷,硒的浓度,了解了元素的挥发性。对钱家营褐煤进行了不同温度的燃烧实验。测定了在不同温度下燃烧灰中汞,砷,硒的含量变化。将所得实验结果与化学热力平衡分析工具F~*A~*C~*T2.1模拟系统结果相比较。推测了其中可能发生的反应。     

用超净化水煤浆作为燃料的燃气轮机燃烧室的压力燃烧试验

本文阐明了超净化水煤浆应用在燃气轮机燃烧室中的可行性。超净化水煤浆的净化程度比用在锅炉中要高,浆中粒子的体积平均尺寸在10μm的量级,灰和硫量在1％(重量)左右。文中对用五种不同的超净化水煤浆在4×10~5Pa,7×10~5Pa,11×10~5Pa下的压力燃烧试验进行了分析,着重讨论了压力对燃烧效率、壁温分布、烟气中粒子的尺寸、灰的     

颗粒堆积多孔介质干燥多尺度多层结构传热传质模型及模拟

针对骨架颗粒的多层物理结构问题,运用孔道网络方法、热质传递原理和多尺度理论等知识,建立了颗粒堆积多孔介质干燥的多尺度多层结构传热传质模型。以稻谷堆为典型代表进行热风干燥试验验证,模拟分析了颗粒内部不同组织物理特性等因素对干燥过程的影响。结果表明:建立的模型可有效模拟稻谷堆干燥过程;稻谷颗粒内存在较大的水分梯度。胚扩散系数对干燥过程的影响十分显著,其次是壳扩散系数,衣扩散系数影响最小;较小的胚扩散系数可将湿分有效地"囚禁"在胚内。     

共晶形态层—棒转变的多相场法研究

利用KKSO多相场模型研究了不同抽拉速度及不同液相溶质扩散系数条件下共晶形态层—棒状转变过程. 模拟结果表明：在抽拉速度较低时,层片共晶首先发生合并现象,然后继续以层片形态生长;增大抽拉速度,发生层片合并后共晶形态由层片向棒状转变;进一步增大抽拉速度,层片不发生合并,仅以初始层片间距进行稳态层片生长. 溶质扩散系数条件的改变同样会导致共晶形态发生层—棒状转变,结果还表明层—棒转变仅在一定参数范围内发生. 模拟结果与实验研究定性符合. 关键词： 层—棒转变 多相场 数值模拟     

Fe-Ti多层调制膜固态反应扩散的动态原位法X射线衍射研究

本文用动态原位法X射线衍射研究了Fe-Ti多层调制膜的固态反应扩散,比较准确地测量了组份调制衍射峰强度的变化,并同时观测了峰位的移动,计算出不同温度下Fe-Ti多层调制膜的扩散系数,并给出其随时间变化的曲线。根据扩散系数随时间变化率,计算出与粘滞弛豫相关的激活能Q_y=8.3±0.2kcal/mol。 关键词：     

Fe-Ti多层调制膜固态反应扩散的动态原位法X射线衍射研究

本文用动态原位法x 射线衍射研究了Fe-Ti 多层调制膜的固态反应扩散, 比较准确地测量了组份调制衍射峰强度的变化,并同时观测了峰位的移动, 计算出不同温度下Fe-Ti 多层调制膜的扩散系数, 并给出其随时间变化的曲线. 根据扩散系数随时间变化率, 计算出与粘滞弛豫相关的激活能 Q=8.3 士0 .2 kcal/ mol. 关键词：     

化学脱灰对低灰煤粉性质的影响

本文研究了HCl-HF-HCl方法脱灰对低灰煤粉性质的的影响.研究发现,酸处理不仅使煤的灰分脱除,也使其挥发分降低,煤变质程度越低,挥发分降低幅度越大;通过对脱灰滤液的检测,发现脱落的有机质主要是短链烷烃及其同系物,也有少量的含氧物质;酸处理后煤粉中金属离子也将全部脱除;燃烧特性研究发现,煤粉脱灰后高变质程度煤反应活性提高,低变质程度煤反应活性下降,取决于有机质和金属离子脱除与比表面积增加之间的平衡.因此,化学脱灰不能证明矿物对煤粉燃烧的影响.     

准东煤灰沉积与无机元素迁徙特性研究

本文在一维沉降炉实验系统中进行准东煤燃烧实验,在沉降炉底部不同烟气温度处采用沉积取样探针收集灰样,采用低压撞击器(DLPI)与水冷稀释取样探针收集微细颗粒物,并采用扫描电镜(SEM)与X射线能谱仪(EDS)对灰样及细颗粒物进行分析获得准东煤燃烧过程中灰沉积特性与微细颗粒物形成机理,进而得到Na、Ca及S的迁移规律及其在结渣过程中所起作用。结果表明,准东煤中Na、Ca一共分为两类,一部分Na、Ca与硅铝结合形成硅铝酸盐,在燃烧过程中不可气化;剩余含Na、Ca化合物释放到烟气中并与S结合形成气相Na2SO4与CaSO4。随着烟气温度降低,Na、Ca的硫酸盐一部分在灰颗粒表面凝结,一部分形成气溶胶颗粒直接释放到大气中或发生团聚黏附在灰颗粒表面。     

刚玉床料对高钠煤循环流化床气化中钠迁移转化的影响

选择刚玉作为床料,利用循环流化床对天池木垒煤进行了气化实验研究,研究了刚玉对失流的抑制作用、矿物元素在不同粒径颗粒中分布以及煤中Na经过气化反应后的迁移转化规律。研究结果表明,以刚玉作为床料会降低底渣表面包覆层黏性,避免颗粒聚团导致失流;在刚玉诱导下,煤中Al、Si、Ca、Fe、Na和Mg等绝大多数矿物质元素在底渣和循环灰中富集,并导致物料粒径不断增大;935℃床温下(以刚玉为床料),天池木垒煤中Na在底渣、飞灰和煤气中的分布率分别为39.6%、45.4%和15%,相对于以石英砂为床料的情形,刚玉有效抑制了Na的挥发,降低了尾部沾污发生的机率;在刚玉作用下,固留在底渣中的Na主要以NaAl_(11)17、NaAlSi_2O_6和NaAlSi_3O_8等形式存在,并且刚玉与煤中矿物质元素反应生成的物质具有较高的熔点,避免低温共熔现象发生。     

气体分子在石墨表面的吸附与扩散特性

采用分子动力学方法模拟研究气体分子在石墨表面上的吸附和扩散特性,结果表明气体分子在石墨表面上的吸附强度跟石墨中碳原子和气体分子之间的微观作用力密切相关,不同分子在石墨表面上的吸附强度不同。气体分子在石墨表面上的吸附特性符合Langmuir等温吸附模型,压力越高吸附层内分子的密度越高。通过分子的表面扩散系数随着压力的增加而降低的现象以及特定时间内分子运动距离的正常概率分布,发现石墨表面上分子的扩散主要由分子之间的碰撞控制,趋近于体相扩散。分子在石墨表面吸附层内的密度对表面扩散系数的影响非常显著,导致吸附性强的CO_2和H_2S分子扩散系数要明显低于吸附性弱的CH_4和N_2分子.     

纳米流体传质扩散系数的测定

本文建立光学实验测试系统,测量了不同温度条件下罗丹明B在不同粒子体积份额的纳米流体(Cu-乙二醇和Cu-水)中的质扩散系数。实验结果表明;罗丹明B在纳米流体中的扩散系数大于其在基液中的扩散系数,且扩散系数随着粒子体积份额的增大而增大;当粒子体积份额一定时,扩散系数随着温度的升高而增大。     

铁系矿物对煤灰相变过程的内在影响规律研究

为深入研究煤燃烧与煤气化过程中煤中矿物的熔融变化行为对煤灰物理相变变化过程的内在影响规律,本文采用高温热显微镜、SEM-EDX等分析测试手段,实验研究了不同条件(煤燃烧与煤气化)下煤中矿物演变规律与煤灰物理相变变化行为间的内在联系和影响规律。研究结果表明:高铁含量的煤灰A在气化条件下发生初始熔融温度(T_(in))及快速熔融温度(T_(max))要比其在燃烧条件下对应的温度分别低144℃和113℃,而低铁含量的煤灰B则对应气化条件下的T_(in)和T_(max)分别比燃烧条件下的对应温度低25℃和62℃;不同气氛下灰中Fe的不同价态是导致这种差别的主要原因,高温下煤灰相变发生、发展过程中,灰中方铁石、铁铝榴石以及铁做榄石等铁系矿物是引发煤灰发生初始熔融的主要矿物。     

加福无烟煤粉燃烧动力学参数测定

用管式沉降炉做了加福煤粉(180—240目)的燃烧实验.加福煤是高灰分的高变质无烟煤,用有灰壳的缩核模型计算了它的燃烧反应动力学参数.结果证叫加福煤粉的燃烧实际接近于无灰壳的收缩模型,说明既使对于高灰分的煤粉,有灰壳的燃烧模型也是不适用的.本文还对在不同取样点间有不同表面反应速度系数的原因进行了分析,并对煤粉燃烧实验方法提出建议.     

煤中痕量元素在低温燃烧下的分布规律

为了解流化床燃烧过程中痕量元素的分布与富集规律,以流化床燃煤过程为研究对象,在实验室的小型机理性试验台架上进行实验,研究了煤中痕量元素的排放特点。实验模拟流化床低温燃烧的特点, 6种典型煤分别在650℃、800℃、950℃三个工况下燃烧,分析得到Pb、Cr、Cd等痕量元素大部分留在灰中。Hg在灰中的富集规律不明显。     

非晶调制多层膜Nb/Si中的互扩散研究

利用原位Ｘ射线衍射技术得到非晶调制多层膜Ｎｂ／Ｓｉ中的互扩散系数与退火温度的关系，调制周期Ｌ＝３.２ｎｍ的非晶调制多层膜是用粒子溅射方法制备的．温度范围为４２３—５２３Ｋ的有效互扩散系数通过原位测量多层膜的一级调制峰强度与退火温度之间的关系而得到．利用缺陷陷阱延迟扩散机制解释了所得到的扩散系数与退火温度的关系．建立了可以解释较小前置系数的模型 关键词：     

微孔中简单流体混合物扩散系数的分子动力学模拟与关联

为了了解简单流体混合物在微孔介质中的流动和传递性质 ,对微孔中氩和氪流体混合物的扩散系数进行了计算机模拟和关联模型研究 .运用平衡分子动力学方法模拟了宏量条件下饱和氩流体的扩散系数和恒温氪流体的扩散系数 ,模拟值与文献实验值符合良好 ,从而程序的正确性得到验证 .然后 ,采用类似Bitsanis等人的方法模拟了平板湿壁微孔中氩和氪等摩尔流体混合物在不同对比温度、不同对比密度以及不同对比孔径条件下的扩散系数 ,发现孔径很小的时候扩散系数会急剧的增大 .同时基于这些模拟值 ,参考CE理论和Heyes关系式 ,以对比温度、对比密度以及对比孔径为变量 ,关联出两个简单流体等摩尔混合物在微孔中扩散系数的计算模型 .模型的计算结果与计算机模拟值能够较好地吻合