煤燃烧过程中痕量元素分布规律的实验研究

以流化床燃煤过程为研究对象，在实验室小型一维煤粉燃烧炉上进行实验，研究了煤燃烧过程中痕量元素的排放特点．实验模拟流化床低温燃烧的特点，采用焦作无烟煤、西山贫煤、六盘水贫煤、萍乡烟煤、平顶山烟煤和小龙潭褐煤等6种典型煤分别在650℃，800℃和950℃3个工况下燃烧，结果表明Hg在灰中几乎不富集，是易挥发的痕量重金属元素；Pb在灰中的含量随温度升高有下降的趋势，部分富集在细微颗粒上随烟气排出；Cr和CA两种痕量元素大部分留在灰渣中，不易挥发。     

LIBS对煤中热值检测的新型校正模型

将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于煤中热值的检测。针对传统的通道面积归一化方法未能考虑煤质检测的物理/化学机制、从而限制了所建模型在精确性、准确性、可重复性的情况,提出了一种新型的基于光谱偏差产生原理的校正模型。模型选取了19组煤样品,随机选择其中15组为校正集,用于建立热值的定量分析模型,剩余四种为预测集,用于对所建模型进行检验与评价。模型从光谱偏差因素的产生因素出发,通过原子光谱发射理论结合斯塔克展宽公式,推导出LIBS条件下自吸收效应的影响机制及其所引起的偏差的修正方法。通过元素间相互干扰结合基体效应的微观机理对基体效应进行光谱的偏差分析,并根据K系数法的思路对LIBS中元素间相互干扰进行修正,通过建立光谱的电子密度,等离子体温度,元素浓度的数值模型对基体效应引起的光谱偏差进行深度修正。因而经过自吸收效应—元素间相互干扰—基体效应深度修正后,模型对于所研究样品范围内其拟合优度R2=0.967,RMSEP=0.49 MJ·kg-1,RMSE=0.45 MJ·kg-1,MRE=2.42%,ARE=1.64%的同时RSD=5.79%,RSDP=8.10%。相对于传统的通道面积归一化-多元线性回归方法的0.405,8.28 MJ·kg-1,4.14 MJ·kg-1,22.85%,52.48%,18.28%,32.85%,表明测量的精确度与准确度都得到明显的提高,证明该模型具有很好的应用价值。     

不同收光角度下煤粉颗粒流的LIBS光谱特性研究

将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于煤粉颗粒流的直接检测,利用自行搭建的颗粒流实验台架重点研究不同收光角度下煤粉颗粒的等离子体光谱特性,分析煤中具有代表性的C,Si和Al三种元素原子谱线的强度及其相对标准偏差的变化规律,结果表明收光角度在30°～45°区间时收集到的等离子体信号强且稳定。     

煤样致密度对LIBS测量的影响

选用不同产地的3种代表性煤样为对象,采用粉状煤样和不同压力下制备成的片状煤样进行实验,以分析煤样致密度的影响.得出了粉状煤样和片状煤样在200～850 nm波段内的光谱图,定性分析了 C,H,O,N,Al,Fe,Ca,Mg,Si,Ti,Na和K等元素.对强度大、干扰小的C,Al,Ca,Mg,Si和Ti元素的谱线进行分析,通过谱线强度及其相对标准偏差、谱线强度比及其相对标准偏差来比较煤样致密度对定标曲线法和内标法测量的影响.实验结果表明:致密度对定标曲线法定量分析的影响较大,而对内标法定量分析的影响较小.     

印尼煤掺混烟煤着火特性的热重实验研究

印尼煤是我国沿海地区火电厂燃用的重要煤种之一,常被用于同其它煤种掺烧.文中用热重分析方法研究印尼煤和其它3种常用动力煤按不同比例掺混后的燃烧过程,通过比较混煤燃烧的活化能,判断其着火特性.试验结果表明,印尼煤的活化能很低,很容易着火,其与着火特性较差的煤种混合时,能显著改善着火特性较差煤种的着火特性,与着火特性接近的煤种混合时,着火特性偏向燃烧活化能较大的煤种.     

单质量盘转子扭振的动频研究

在转轴以一定速度旋转的条件下,推导了考虑转动频率情况下的单质量盘转子扭振运动方程,通过有限元方法对不同几何结构的单质量盘转子在不同转动频率下的扭振固有频率进行了计算,对影响单质量盘转子扭振动频的动频系数进行了分析．分析结果表明,离心力的作用相当于使转子的扭转刚度增加,从而在不同程度上提高了转子的扭振固有频率,而在影响单质量盘转子扭振动频系数的因素中,动频系数与转子转速的平方及质量盘直径的平方成正比,而与质量盘厚度关系不大．由此结果得出了动频的计算公式,并在该计算公式的基础上提出了用于判断单盘转子是否需要考虑扭振动频的判定准则,该项工作对于旋转机械如何避开扭振固有频率的设计具有重要的指导意义．     

壳管式储能换热器中传热特性的分析

对一种可用于储存高浊国余热及电厂电网谷期电力的相计能换热器装置进行了理论和实验研究，对装置在多种工况下工作进行了模拟实验，并用数值法从理论上求解了非稳态条件下变储能热器中凝固与强迫对流耦和的分部。     

用激光感生击穿光谱对大气进行定量分析

研究将激光感生击穿光谱技术用于元素定量分析的可行性。利用Nd∶YAG激光器发出的激光与一个大气压下的空气相互作用产生激光等离子体，等离子体的光经单色仪分光后转化为电信号进入计算机，存储了600～800nm的等离子体光谱数据。利用自由定标模型对等离子体进行了分析。在延迟时间8μs、采样门宽0.4μs时，利用二维波尔兹曼平面得到了大气等离子体处于局部热平衡时的温度（1.62×10K）。在假设空气全部由N和O组成的条件下由自由定标模型得到了空气中氧的含量（20.75%）和氮的含量（79.25%）。试验结果与实际吻合得很好。实验证实了用激光感生击穿光谱对大气进行定量分析是可行的，为大气污染监测研究和试验工作奠定了基础。     

分解炉内CO2浓度对煤焦燃烧NO释放的影响

利用高温气固悬浮实验台对水泥行业中两种典型煤焦在不同CO₂浓度下燃烧时NO的释放特性进行了实验研究,考察了不同CO₂浓度气氛下,温度变化和添加生料对煤焦炭氮向NO转化的影响。研究结果表明,随着气氛中CO₂浓度的升高,煤焦燃烧时NO的释放速率减小,体积浓度的峰值降低,焦炭氮转化为NO的转化率下降。水泥生料对焦炭氮向NO的转化具有正催化作用;温度升高也会促进焦炭氮向NO的转化。但随着气氛中CO₂浓度的升高,升高温度和添加生料对焦炭氮向NO转化的促进作用相对减弱。     

Review of methodological and experimental LIBS techniques for coal analysis and their application in power plants in China

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is an emerging analytical spectroscopy technique. This review presents the main recent developments in China regarding the implementation of LIBS for coal analysis. The paper mainly focuses on the progress of the past few years in the fundamentals, data pretreatment, calibration model, and experimental issues of LIBS and its application to coal analysis. Many important domestic studies focusing on coal quality analysis have been conducted. For example, a proposed novel hybrid quantification model can provide more reproducible quantitative analytical results; the model obtained the average absolute errors (AREs) of 0.42%, 0.05%, 0.07%, and 0.17% for carbon, hydrogen, volatiles, and ash, respectively, and a heat value of 0.07 MJ/kg. Atomic/ionic emission lines and molecular bands, such as CN and C₂, have been employed to generate more accurate analysis results, achieving an ARE of 0.26% and a 0.16% limit of detection (LOD) for the prediction of unburned carbon in fly ashes. Both laboratory and on-line LIBS apparatuses have been developed for field application in coal-fired power plants. We consider that both the accuracy and the repeatability of the elemental and proximate analysis of coal have increased significantly and further efforts will be devoted to realizing large-scale commercialization of coal quality analyzer in China.