差热分析测定水煤浆的燃烧特性

水煤浆具有燃烧效率高、燃烧温度低、环境污染少等特点,是当前国内、外广泛研究的课题之一,具有广阔的发展前途。通常水煤浆含有30—35%的水,0.1—1%的添加剂,这大量水和少量添加剂的存在对水煤浆的燃烧过程所产生的影响以及它与煤粉的直接燃烧的差别是我们共同关心和感兴趣的问题。本文利用差热分析仪直接测定两种煤粉及由三种不同添加剂制得的水煤浆在空气流中燃烧时的特性。     

城市污水污泥燃烧特性和动力学特性分析

采用热重分析仪对城市污水污泥进行热重实验,通过TG(热重)、DTG(微分热重)和DSC(差示扫描量热)曲线的分析对比,获得污水污泥热解和燃烧不同阶段的特性。低于250℃,燃烧与热解的热重曲线基本吻合,说明在此之前,失重速率主要受控于有机物的分解以及析出,燃烧过程对失重影响不明显。燃烧DTG曲线呈现“W”峰型,第一个失重速率峰与热解DTG曲线基本对应,高于410℃,燃烧DTG曲线出现显著的加速。采用Coats-Redfern 积分法,假设不同的反应模型进行拟合,推断出污泥燃烧过程中两个DTG峰体现出不同的反应机理。借鉴煤燃烧机理分析认为,污泥燃烧反应初期挥发分的燃烧受控于化学反应速率,随着温度的不断提高,剩余挥发分的燃尽和固定碳的燃烧总反应速率逐渐受扩散因素控制。基于分析所得污泥燃烧机理,采用四个独立的平行反应模型模拟污泥的燃烧过程,拟合曲线与实验数据吻合良好。     

制革、造纸和湖泊污泥燃烧特性的研究

利用热重分析法对城市湖泊污泥、制革污泥,以及两种造纸污泥进行了实验研究,并分析了污泥的燃烧特性。结果表明,四种污泥都具有高挥发分、高灰分、低热值的特点。污泥的燃烧分为挥发分燃烧和固定碳燃烧两个阶段,除了制革污泥在两个阶段失重份额相当外,湖泊污泥和造纸污泥的挥发分燃烧阶段失重都超过燃烧总失重的70%,表明挥发分是污泥中的主要可燃成分,而且挥发分和燃烧过程温度范围比较宽。污泥的挥发分燃烧DTG峰有明显的多峰叠加现象,表明污泥的挥发分析出组分较为复杂。运用Coats-Redfern积分法进行动力学分析后表明,大部分污泥的燃烧过程为二级反应,污泥燃烧的活化能较低。     

污水污泥的燃烧特性

通过对几种污泥样品进行热重分析,研究了污泥的燃烧特性,根据燃烧实验所得的热失重曲线,对几种污泥的燃烧过程进行了分析,对实验数据进行处理,采用Ｐｈａｄｎｉｓ法微分法相结合的方法确定了燃烧反应机理并求出了反应动力学常数Ａ和Ｅ。在燃烧的不同阶段,总反应速度控制因素不同。     

Combustion of sludge coal water slurry and emission property of contaminants

在3.2MW卧式炉中对污泥水煤浆和大同烟煤水煤浆进行了对比燃烧实验,分别研究了煤浆的着火、燃烧、结渣及污染物排放特性.结果表明,掺混10％污泥的水煤浆着火容易,燃烧稳定,炉膛火焰分布均匀,燃烧和结渣特性均优于大同烟煤水煤浆.污泥的添加使水煤浆燃烧烟气中SO2和NOx的浓度偏高,实际应用中可通过加入固硫剂等方式缓解.污泥水煤浆在卧式炉中的燃烧状况较理想,为城市污泥资源化利用提供了一条可行的新途径.     

原煤和黑液水煤浆燃烧特性的热分析对比研究

在热天平上进行黑液水煤浆和原煤的燃烧、热解实验,得到不同升温速率下的燃烧、热解特性曲线和碳转化率特征曲线。试验结果表明,黑液水煤浆中的钠及其化合物在燃烧过程中催化作用明显,并且黑液中有机物成分对燃烧起到一定促进作用。在20 ℃/min升温速率下黑液水煤浆和原煤的燃烧活化能分别为12.98 kJ/mol和106.59 kJ/mol,反映出黑液水煤浆比原煤有更好的着火特性。     

污水处理工艺对污泥热处理特性的影响

通过10℃/min时的热重分析,对五种不同性质污泥分别在氮气和氧气气氛下的热解和燃烧特性进行了研究。结果表明,污水处理工艺的“好氧+厌氧”、“厌氧+好氧”过程以及污泥的厌氧消化均使污泥中的有机物结构复杂,导致污泥热解时有机物的分解和析出温度升高,且“好氧+厌氧”过程使污泥中有机物结构更复杂;而对污泥的燃烧过程和燃尽点无影响,但使着火温度升高。利用šatava-šesták 方程对污泥热解、燃烧的反应机理进行了研究。结果表明,五种污泥热解时均呈现为挥发分扩散和随后的化学反应机理函数,而燃烧时则为化学反应和随后的扩散过程。     

污泥化学链燃烧过程中氮迁移转化特性研究

在单流化床反应器上探究了污泥化学链燃烧过程中氮迁移转化特性。由于赤铁矿载氧体反应活性低,采用30%水泥对其改性。结果表明,水泥改性可提高污泥热解气化反应速率以及赤铁矿还原反应速率,进而提高污泥碳转化率,但是NO生成率也增加。随着反应温度的升高,污泥的碳转化率和NO生成率均增加。另外,随着水蒸气浓度的增加,碳转化率增加,同时可降低NO生成。在污泥化学链燃烧过程中,NO生成率为0.286%-0.768%,低于污泥空气焚烧氮氧化物排放量。     

污泥型煤技术处理污泥的基础研究Ⅱ.等温燃烧过程中NOx,SO2 …

利用固定床管式炉反应器进行几种污泥以及不同型煤的等温燃烧实验,研究了ＮＯｘ、ＳＯ２等污染物的释放规律,发现污泥单独燃烧时污染物释放浓度高,造成严重环境污染;而添加固硫剂的不同污泥型煤的等温燃烧时,ＮＯｘ、ＳＯ２的释放浓度低得多,可以能源化、洁净化处理大量污泥。     

基于水泥修饰的赤铁矿载氧体污泥化学链燃烧特性研究

采用水泥修饰赤铁矿来提高载氧体的反应活性。实验在1kW_th串行流化床上进行,研究了添加水泥对污泥化学链燃烧特性的影响,考察其长期运行的物化性能。结果表明,在实验工况下,赤铁矿添加水泥后,出口的未燃气体浓度明显下降。燃料反应器温度低于870℃时,水泥的添加使污泥的碳转化率和燃烧效率显著升高。在10h长期运行后,一部分污泥灰沉积在载氧体表面。虽然在反应过程中部分的Fe₂O₃被深度还原,但在长期运行中未出现流化问题和烧结现象。     

Characterization of coal water slurry prepared for PRB coal

Powder River Basin(PRB)coal,which accounts for over 40%of the coal consumed for power generation in the United States,was investigated for preparation of coal water slurry(CWS).The static stability and rheology of the CWS were characterized as a function of loading.The coal loading was varied from 30%to 50%and both ionic(sodium polystyrene sulphonate(PSS))and nonionic(Triton X-100)surfactants were employed as additives.The addition of PSS to PRB slurries was found to yield poor static stability.On the other hand,Triton X-100 was found to be an effective surfactant,reducing the sedimentation by more than 50%compared to the one without surfactant in 45%CWS.Adding Triton X-100 reduces the viscosity of the CWS for coal loadings of30%and 40%.Although the viscosities for coal loading of 42.5%and 45%are higher when Triton X-100 is added,the static stability is significantly better than for samples without surfactant.The highest coal loading for PRB slurry with acceptable viscosity for pumping is 42.5%.     

煤质因素对水煤浆性质的影响

采用多元线性回归分析的方法研究了煤质因素对水煤浆成浆性、流变性及稳定性的影响。并采用多元逐步回归分析的方法对影响水煤浆性质的煤质因素进行了综合分析,以确定影响水煤浆性质的主要煤质因素,并建立了相关的经验方程。结果表明,与煤成浆性有关的主要煤质因素为煤的碳质量分数、空气平衡水分、可磨性指数以及压汞仪所测煤的比表面积,复相关系数达0.988;与煤浆流变性有关的主要煤质因素为煤的灰分质量分数、煤中可溶矿物离子的溶出量、压汞仪所测煤的孔体积以及煤表面的动电位性质,复相关系数为0.917;与煤浆稳定性有关的主要煤质因素为煤岩显微组分分析中丝质组分的质量分数和煤灰成分分析中SiO2的质量分数,复相关系数为0.779。     

煤孔结构特性对水煤浆性质的影响分析

通过三种不同的方法(CO2吸附法、N2吸附法和压汞法)测试了不同变质程度煤的孔结构性质,分析了煤的孔结构特性与水煤浆性质之间的关系。结果表明,煤的孔结构特性对水煤浆性质的影响较为复杂,主要是煤的大孔结构对煤浆成浆性的影响。在相近的孔体积和孔径分布下,煤的成浆性差别较大。孔结构特性本身作为一个独立的因素不能完全体现出对水煤浆性质的影响程度,与煤的表面性质如含氧官能团性质、煤表面的疏水性以及煤的吸水性等密切相关,共同影响着水煤浆的性质。     

污泥干燥预处理后与神府煤共成浆性的研究

以萘系阴离子表面活性剂为分散剂,考查了污泥干燥条件和粒径对神府煤成浆性的影响。结果表明,将污泥干燥后再制浆,明显提高了污泥煤浆的成浆浓度;升高干燥温度,有利于提高污泥煤浆的成浆浓度。干燥温度对污泥的可磨性影响较大。干燥温度越高,干燥污泥可磨性越好,球磨的污泥平均粒径越小,制得的污泥煤浆表观黏度越低;温度高于105℃,污泥的可磨性无明显差别,污泥煤浆的表观黏度亦无明显变化。污泥粒径越小,颗粒越细,一定程度上提高了煤粉的堆积效率,使污泥煤浆的表观黏度降低。     

萘油制备新型水煤浆添加剂的研究

研究了如何利用萘油中的有效成分合成出性能良好的水煤浆添加剂。通过合理的正交试验设计和多元线性回归分析方法得到了合成萘油添加剂的较佳工艺条件,即在75 g的萘油中,加入浓H2SO4 30 mL,在160 ℃时磺化2 h;加入HCHO 25 mL,在105 ℃时缩合1.5 h。利用实验合成的萘油添加剂与纯萘磺酸甲醛缩合物作添加剂分别对庞庄煤进行制浆实验。结果表明,萘油添加剂性能良好,可显著降低萘油添加剂的成本。应用傅立叶变换红外光谱对萘油添加剂的结构进行了分析,测出萘油添加剂主要为含有－CH2－,－SO3－等基团的芳香族化合物。对萘油添加剂改善水煤浆性能的作用机理进行了初步探讨。     

污泥与煤共热解过程中磷元素的挥发规律研究

污泥灰分中磷元素含量明显高于煤,其中主要的晶体态含磷化合物为磷酸铁钙和少量的磷酸铝。利用高频加热反应装置考察了污泥-神府煤混合物快速热解过程中磷元素挥发规律。结果表明,污泥-神府煤混合物热解后磷元素主要存在于热解焦中。磷元素挥发比例随污泥添加比例的增加先升高后降低,随热解温度的升高而增加。热解温度不高于1 100 ℃时,混合物中以有机磷的挥发为主,磷元素挥发比例不高于3.2%。热解温度高于1 200 ℃后无机磷中磷元素挥发明显,1 300 ℃下最高有33.0%的磷元素随热解气体挥发出。     

阴离子型添加剂的分子结构特征对水煤浆浆体性质的影响

选用分子结构特征不同的三类共七种添加剂和变质程度不同的八种煤,对添加剂的分子结构特征与煤质及水煤浆浆体各性质间的匹配规律进行研究。结果表明,以多核芳烃为缩聚单体的磺酸盐类添加剂中甲基取代基的引入对煤的成浆性不利,但有利于浆体向塑性流体转变和静态稳定性的提高;苄基取代基的引入能提高分析基氧体积分数低的煤种的成浆性,但是其浆体的静态稳定性较差。富含极性含氧官能团且变质程度较低的煤种在使用磺化程度较高的腐植酸盐类添加剂制浆时,可以制备出较高定黏浓度的水煤浆。腐植酸类添加剂磺化度较高时改善了浆体的流变性。对于腐植酸类和木质素类添加剂,磺化度较高的添加剂有利于挥发分较高的煤种所制浆体的静态稳定性的提高。     

中国不同变质程度煤制备水煤浆的性质研究

在相同的制浆条件下,以中国煤种资源数据库为依据,考察了24种不同地区、不同变质程度煤制备成水煤浆的成浆性、流变性及静态稳定性。结果表明,山西阳泉、山东淄博石谷、河北下花园等煤种适宜制浆,这些煤的浆体质量分数均可达到66%以上,浆体呈假塑性流体,且煤浆产生软沉淀的静态稳定性均在15 d以上;山西潞安石圪节、安徽淮南、淮北石台等煤成浆性较好,稳定性在7 d左右,浆体呈胀塑性流体;山东枣庄八一、甘肃靖远红会、河南鹤壁等煤可达到较高的煤浆质量分数,浆体流变性及稳定性均较差,其他的煤则不适宜用于制备水煤浆。     

利用分散稳定性分析仪研究水煤浆的稳定性

采用Turbiscan Lab浓缩体系分散稳定性分析仪研究了改性木质素系分散剂（GCL3S）和萘系分散剂（FDN）对水煤浆稳定性及浆体中煤颗粒沉降行为的影响。结果表明,水煤浆中煤粒沉降行为为差异沉降,在水煤浆制备过程中,煤颗粒之间会发生团聚,掺1.0％GCL3S的水煤浆清液区高度及平均沉降速率仅为掺FDN的68％,木质素系分散剂制备的水煤浆稳定性能优于萘系。分散稳定性分析仪不仅可以用于水煤浆的稳定性分析,还有助于揭示分散剂对水煤浆的稳定作用机理。