煤、油页岩和石油焦混烧特性及其动力学

为了充分利用劣质燃料油页岩和难以利用的高硫石油焦,以煤、劣质燃料油页岩及高硫燃料石油焦的混合燃料为研究对象,采用热重-差热的试验方法和差减微分法,对其混烧特性曲线和混烧特性机理进行分析,计算出试样各种燃烧特性参数及燃烧动力学参数。结果表明:煤、油页岩、石油焦的质量比为1∶6∶3的混烧试样S7的DTG曲线先后出现挥发分的析出着火燃烧峰和剩余固定碳的着火燃烧峰;煤、油页岩、石油焦的质量比为6∶3∶1的混烧试样S4的可燃特性指数及着火特性指数均大于油页岩及石油焦的值,而且混合试样的燃尽指数均大于煤及石油焦的值,同时,混合样品的综合燃烧特性指数均大于油页岩的值;试样S4的活化能最小,该混合试样的燃烧反应最容易进行。只要煤、油页岩及石油焦混合比例适当,其混合燃烧特性将优于油页岩及石油焦单独的燃烧特性。     

半焦-烟煤混燃特性及动力学分析

掺烧烟煤是解决低挥发分热解半焦着火难、燃尽差的一种有效方法。采用热重实验研究了半焦、无烟煤与烟煤混燃特性的差别,分析了混燃过程中的交互作用和反应动力学。结果表明：陕煤半焦的燃烧过程分为可燃质的燃烧和CaCO₃的分解两个阶段。半焦-烟煤混烧的主失重峰靠近燃料比接近的单燃料的DTG峰。半焦-烟煤混合燃料较无烟煤-烟煤混合燃料的综合燃烧特性更优。掺混烟煤比例越高,混燃的表观活化能越低,可燃性和综合燃烧特性越好。烟煤与半焦或无烟煤混燃过程中存在一定的交互作用,且无烟煤-烟煤的交互作用较半焦-烟煤更显著。可燃性指数和综合燃烧指数与燃料比呈负线性相关性,表观活化能E与燃料比呈正线性相关性。     

半焦-烟煤混燃特性及动力学分析

掺烧烟煤是解决低挥发分热解半焦着火难、燃尽差的一种有效方法。采用热重实验研究了半焦、无烟煤与烟煤混燃特性的差别,分析了混燃过程中的交互作用和反应动力学。结果表明:陕煤半焦的燃烧过程分为可燃质的燃烧和CaCO_3的分解两个阶段。半焦-烟煤混烧的主失重峰靠近燃料比接近的单燃料的DTG峰。半焦-烟煤混合燃料较无烟煤-烟煤混合燃料的综合燃烧特性更优。掺混烟煤比例越高,混燃的表观活化能越低,可燃性和综合燃烧特性越好。烟煤与半焦或无烟煤混燃过程中存在一定的交互作用,且无烟煤-烟煤的交互作用较半焦-烟煤更显著。可燃性指数和综合燃烧指数与燃料比呈负线性相关性,表观活化能E与燃料比呈正线性相关性。     

生物质与油页岩混合热解特性研究

为了充分利用油页岩和生物质,以生物质和油页岩按照不同质量比的混合试样作为研究对象,采用TG-DSC联用技术进行了热重实验,分析了热解过程特性曲线并计算热解特性参数,采用差减微分法计算了热解动力学参数。结果表明:混合试样DTG曲线分别在低温段及高温段出现2个峰,前者主要是生物质的纤维素及半纤维素挥发分的热解析出,后者主要为油页岩热解析出挥发分;随混合试样中油页岩含量逐渐增多,热解后期逐渐出现因油页岩无机盐热分解吸热过多而出现DSC曲线吸热峰;混合试样低温段挥发分析出量及挥发分综合释放特性指数均大于高温段的值;生物质含量最高的混合试样(生物质与油页岩的质量比为4∶1)的挥发分初始析出温度最低,其挥发分最大释放速度的峰值及挥发分综合释放特性指数均最大;生物质含量较多的混合试样低温段活化能大于高温段活化能的值,油页岩含量较多的混合试样低温段活化能低于高温段的值。     

石油焦与典型煤炭的燃烧特性比较分析

石油焦是是原油提炼后的最终副产品,具有低灰、低挥发分、高固定碳、高热值等特点。作为煤的一种补充或替代燃料用于锅炉燃烧发电、供热是石油焦很好的利用方式,本文采用热重法和马弗炉烧灰法将石油焦与烟煤等其它典型煤样进行燃烧特性对比分析。实验表明石油焦的燃烧特性介于烟煤和无烟煤之间,且接近烟煤,有较好的燃烧特性,即较低的着火温度、较大的反应速率和较集中的放热峰,但其固定碳含量也更高,灰分更低,所以放热更多。     

混煤燃烧特性及动力学分析

采用综合热分析仪(STA409PC),系统研究了分别配加0%,20%,40%,60%,80%,100%烟煤对无烟煤煤粉燃烧特性的影响.结果表明,随着烟煤配加量的增加,燃烧DTG曲线呈现双峰状向低温区移动,着火温度及燃尽温度降低,燃尽时间缩短,综合燃烧指数明显提高,燃烧特性得到改善;采用非等温模型Flynn-Wall-Ozawa(FWO)对主要燃烧过程进行动力学分析,当烟煤配加量从0%～100%时,煤粉燃烧活化能从133.94kJ/mol降低到78.03kJ/mol,且烟煤的配加量低于60%时,能够显著降低煤粉燃烧的活化能.     

煤与生物质耦合燃烧的协同效应

生物质燃料是替代化石燃料的重要能源,在燃煤机组上掺烧生物质是当下生物质能利用的主要途径。由于煤和生物质耦合燃烧过程中存在协同效应,生物质燃料与煤耦合燃烧性能与二者单独燃烧的燃烧性能差异无法通过化学成分或相关性质算术平均来确定,与此同时,生物质中富含的碱金属K也会加重受热面结渣倾向。为研究煤与生物质混合燃烧过程中协同效应,选取神府烟煤与板栗壳作为试验样品,通过混合、研磨与压制,制备成圆饼形颗粒并在Hencken平焰燃烧器上进行燃烧试验。利用高速摄像机结合图像处理技术计算着火延迟时间,利用光谱仪结合自发辐射理论测量燃烧过程中火焰温度、气相K浓度。探讨耦合燃烧着火特性、燃烧特性与气相碱金属释放特性协同效应及其原因。最后,结合灰分分析结果计算各工况结渣指数,获得燃烧气相碱金属释放量与结渣指数相关性关系。结果表明：煤与生物质耦合燃烧着火延迟时间低于理论值,证明耦合燃烧着火存在协同效应,表现为促进着火。受纤维素热解与碱金属元素催化共同影响,生物质质量分数为50%时,着火延迟时间与理论值之差达到最大1.91 s,协同效应最大;耦合燃烧释放的碱金属低于理论值,说明耦合燃烧气相碱金属释放协同效应表现为抑...     

助燃剂对3种煤样燃烧特性及动力学影响分析

采用热重分析法,研究2种烟煤(YM1、YM2)和1种褐煤(HM)添加助燃剂前后的燃烧特性及动力学,用KAS法求取3种煤样添加助燃剂前后的燃烧活化能,并考察升温速率对添加助燃剂的中灰烟煤YM2燃烧特性的影响。结果表明,3种煤样燃烧的TG和DTG曲线形状类似,YM1的着火温度和燃尽温度最高,HM的着火温度和燃尽温度最低。添加质量分数10%的助燃剂后,各煤样的着火温度、燃尽温度降低,综合燃烧特性指数增大;添加助燃剂后,升温速率对YM2燃烧特性影响较大;添加助燃剂后,YM1、YM2和HM燃烧的平均活化能分别降低6.54 kJ/mol、4.55 kJ/mol和4.19 kJ/mol。     

生石灰对褐煤燃烧特性的影响

利用热重分析仪研究生石灰对褐煤燃烧特性的影响,采用了描述煤燃烧着火及燃尽性能的燃烧特性指数S,可燃性指数C和着火稳燃特性综合判别指标Rw,并根据热动力学方法计算各过程的热动力学参数,即活化能E和频率因子A.结果表明,在加入生石灰后,褐煤燃烧明显分为两个阶段,并且随着生石灰混合比例的增加,前期的燃烧强度逐渐减弱,后期的燃烧强度逐渐增强.当生石灰的添加量在20％左右时,试样的活化能较原煤略有降低,且最大燃烧速率比原煤快,但随着生石灰添加量继续增加,燃尽性能变差.     

糠醛渣与煤混烧特性的实验研究

采用热重分析仪，对糠醛渣和烟煤、褐煤以及它们以不同比例所得的混合试样进行燃烧特性实验，结果表明：在煤中加入糠醛渣后，混合试样和煤相比其着火温度提前，综合燃烧性能显著提高，糠醛渣与褐煤混合比糠醛渣与烟煤混合具有较好的燃烧性能，且当糠醛渣与褐煤以2：1的比例混合时混合试样的燃烧特性较好；最后通过数据分析，求解燃烧反应的动力学参数，为糠醛渣的经济利用提供了可靠的理论依据．     

煤粉大比例掺混不同生物质的混燃特性研究

可再生能源生物质清洁低碳、易于获取、利于着火,含硫、氮量少且属于碳中性物质,但其能量密度低。在煤粉中大比例掺混生物质(生物质/煤粉质量比大于5∶5)可有效改善煤粉着火特性,碳排放水平接近燃烧天然气,且污染物排放显著降低,进而达到节能减排目的。目前研究主要集中在低掺混比例(小于5∶5)下生物质与煤粉的混燃特性,针对北方常见的玉米秸秆、稻杆和玉米芯等生物质与煤粉在大掺混比例下的燃烧特性,尚有待深入。笔者利用热重分析技术分别研究了煤粉与不同生物质种类(玉米秸秆、稻杆及玉米芯)在不同掺混比例下(5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)的混燃特性,分析生物质种类和掺混比例对混合燃料的着火温度、燃尽温度、交互反应以及燃烧特性指数等的影响,确定了不同生物质的最佳掺混比例。结果表明:掺混比例对混合样品失重曲线的影响从大到小依次为玉米秸秆、玉米芯和稻杆。随掺混比例增加,第1阶段最大质量变化速率逐渐增大且燃烧进程前移,第2阶段则逐渐减小,这是由于挥发分相对增加且焦炭相对减少的原因。混合样品的着火温度和燃尽温度比纯煤粉分别下降约100和60℃。随掺混比例的增加,玉米芯着火温度逐渐减小,玉米秸秆和稻杆则先减小后增大,且均在7∶3时达到最小;燃尽温度均呈现下降趋势,下降幅度由大到小分别为玉米芯、稻杆和玉米秸秆。玉米秸秆和稻杆在8∶2时燃尽性能较差。混合样品发生不同程度的交互作用,该交互作用正是生物质的促进和抑制的协同作用,使3种生物质均在5∶5时对煤粉燃烧抑制作用大;玉米秸秆和稻杆在7∶3时、玉米芯在6∶4、8∶2时促进作用大。同时,3种生物质的燃烧特性指数远大于煤粉,随掺混比例的增大,玉米芯的燃烧特性指数变化最大并在8∶2时达到最大值,6∶4和7∶3时几乎相同;稻杆的变化最小且在7∶3时达到最大值;玉米秸秆在7∶3和8∶2时几乎相同并达到最大值。小范围改变掺混比例时,燃烧特性指数变化不大。这可能是由于燃烧特性指数不仅与着火温度和燃尽温度有关,还与样品在其主要燃烧过程的反应速率有关,而煤粉在焦炭燃烧阶段的反应剧烈程度高于生物质挥发分析出阶段,使不同掺混比例的混合样品出现以上现象。     

石油焦与煤粉燃烧性能差异的研究

石油焦作为石油工业副产品,具有低灰分质量分数、高挥发分质量分数、高发热值等特点,但对其燃烧价值的利用还很不充分。文中利用X射线衍射及扫描电镜对石油焦及烟煤和无烟煤进行微观结构的研究,同时利用热重分析方法对其燃烧性能进行系统研究发现:石油焦的芳香片层堆砌结构与无烟煤接近,但其丰富的气孔结构又有利于改善其燃烧过程。无烟煤中加入石油焦后,着火点温度从527℃降低到482.6℃;总质量分数从71.95%提高到76.82%,其燃烧效率得到提高。     

抗生素菌渣与煤混合燃烧特性及其动力学分析

以抗生素菌渣、煤为研究对象,利用热重-差示扫描量热仪（TG-DSC）研究两种物质单独以及混合燃烧的燃烧特性,并采用Coats-Redfern法确定混合燃烧的动力学参数。分析菌渣掺混比和粒径对燃烧过程的影响,阐明菌渣与煤混合燃烧的可能以及超细化燃烧的优势。结果表明：抗生素菌渣与煤混合燃烧主要包括3个阶段,添加菌渣能明显改善煤的燃烧特性。随着菌渣掺混比例的增加,着火温度、燃尽温度呈现降低的趋势。超细、非超细混合燃烧燃尽特性指数在菌渣掺混比为30%时最高,分别为5.82×10^-3、5.49×10^-3。超细混合燃烧活化能均低于非超细混合燃烧,说明超细化燃烧有利于降低活化能。超细、非超细混合燃烧活化能E和指前因子A之间均存在动力学补偿效应。     

浮法玻璃熔窑火焰空间石油焦部分替代重油燃烧的数值模拟

针对浮法玻璃熔窑火焰空间建立模型并进行了数值模拟，在保证热值相同的前提下，对比研究了重油燃烧及将石油焦部分替代重油燃烧时的流场分布特征。结果表明，石油焦部分代替重油燃烧后，两种燃料可很好地混合燃烧，窑炉内温度制度基本不受影响；石油焦着火时间比重油长，两种燃料混合燃烧时平均着火点滞后于仅使用重油时，且燃烧路径更长，燃烧时产生了大量CO，整个火焰空间及烟气出口处NOx的平均排放量与仅使用重油相比降低了30.02%，NOx减排效果明显。     

油泥焦与褐煤共燃特性及动力学

采用热重分析法研究了不同升温速率下油泥焦、褐煤及其混合物燃烧特性，并利用Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）、Flynn-Wall-Ozawa（FWO）和Friedma（FR）等方法计算其燃烧动力学参数。结果表明，油泥焦燃烧主要是固定碳燃烧过程，而褐煤燃烧是挥发分和少量固定碳连续燃烧的过程。褐煤比油泥焦具有更好的燃烧特性，平均活化能更低。油泥焦和褐煤共燃过程中存在明显的协同促进作用，当混合燃料中褐煤占比为75%时协同促进效应达到最强。通过比较KAS、FWO和FR的结果发现，FR法能够更好地体现反应变化的趋势，而KAS法和FWO法的结果具有较高的准确性。通过比较油泥焦和褐煤共燃动力学参数的理论计算值与实验计算值发现，利用热重分析预测混合燃料的燃烧性质具有较高的可靠性，对油泥焦与褐煤共燃技术的应用具有重要的指导作用。     

城市污泥与稻壳水热炭混合燃烧特性与动力学

采用热重分析法研究城市污泥、稻壳水热炭及两者不同掺混比的燃烧特性与反应动力学。对比分析其在不同升温速率下从室温升至1000℃的燃烧特性，用Flynn-Wall-Ozawa (FWO)法计算其燃烧过程中的反应动力学参数。结果表明，稻壳水热炭的挥发性、着火和燃尽指数均高于城市污泥，具有较好的燃烧特性，掺混稻壳水热炭使城市污泥混合燃烧时发生热滞后现象。随着稻壳水热炭掺混比的增加，共混物的燃烧残余质量减少，着火性能变差，燃烧性能变强。活化能的相关系数均高于0.95，稻壳水热炭掺混高于50wt%时，共混物的平均活化能低于稻壳水热炭单独燃烧的平均活化能，掺混70wt%稻壳水热炭时出现最低平均活化能，为85.48 kJ/mol。城市污泥与稻壳水热炭混燃时有协同交互作用，且掺混50wt%稻壳水热炭时效果最佳。     

循环流化床中石油焦与煤混合燃烧NO排放特性

在一座0．5MWt循环流化床热态试验台上进行了石油焦与煤混合燃烧试验，研究了烟气中NO的排放特性，对于石油焦与煤不同燃料配比，不同锅炉运行参数，如一次风率、过量空气系数、床温和Ca／S比等对烟气中NO排放浓度的影响规律进行了研究。试验表明对纯焦而言，其NO排放浓度较其他混合燃料要高得多，当燃料中焦煤比增大时，NO的排放浓度降低，对不同焦煤比的燃料，随一次风率增大，NO的排放量增加；随过量空气系数的增大，NO的排放浓度增大；随着运行床温的提高，NO排放浓度升高。     

Thermogravimetric study for the co-combustion of coal and dried sewage sludge

The co-combustion of dried sewage sludge with coal is a promising method to dispose of and treat sewage sludge waste. Because sewage sludge has a different elemental composition than coal, the co-combustion of sewage sludge with coal may have different combustion characteristics than the single combustion of coal. In this study, the co-combustion of dried sewage sludge with coal was tested varying heating rates and mixing ratios of the dried sewage sludge. The results were analyzed using thermogravimetric (TG) and derivative thermogravimetric (DTG) curves and modeled using Ozawa-Flynn-Wall and Vyazovkin models. The mixed samples of coal and dried sewage sludge showed similar TG curves to the coal sample. The co-combustion showed activation energies close to that of the single coal combustion. This suggests that the co-combustion of coal and dried sewage sludge has similar combustion behavior to the single combustion of coal for mixing percentages of dried sewage sludge up to 20%.