高掺混比例下不同生物质与煤粉混燃试验

生物质作为可再生能源，具有资源丰富、着火容易、污染物排放低等优点，但存在能量密度低、水分高等缺点。煤粉则具有能量密度高的优点和着火困难、污染物排放高等缺点。将生物质高比例掺混入煤粉(生物质/煤粉质量比大于5∶5),可有效解决生物质利用率低、能量密度低、煤粉着火较难和污染物排放高等问题，提高能源利用率，实现节能减排，该方法已成为一种新型能源利用技术。目前学者研究主要集中低掺混比例(小于5∶5),国内常见生物质与煤粉在高掺混比例下的混燃特性尚有待深入研究。采用热重分析法研究了不同生物质(玉米秸秆、稻杆、玉米芯、棉花及杨木屑)与煤粉在高掺混比例下(0∶10、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、10∶0)的燃烧特性和动力学特性，分析了不同生物质种类及掺混比例对燃料热失重特性、特征温度、反应动力学、燃尽特性及燃烧特性指数等影响，并确定不同生物质的最佳掺混比例。结果表明：混合样品的失重曲线表现为失水、挥发分燃烧、固定碳燃烧3个阶段。最大失重速率在第1阶段变小，第2阶段变大，燃烧整体前移。混合样品的着火温度和燃尽温度分别比煤粉下降约100和40℃,在协同作用下，掺混后杨木屑的着火温度随掺混比例的增加而增...     

水稻秸秆与煤粉混合燃烧特性及动力学

采用热重分析法研究了水稻秸秆(RS)、煤粉(PC)及两者不同掺混比的混合物在不同升温速率下(10, 20, 40℃/min)从室温升至1000℃的燃烧特性，用Kissinger?Akahira?Sunose (KAS)法和Flynn?Wall?Ozawa (FWO)法计算了燃烧过程中的活化能。结果表明，失重速率(DTG)曲线中RS比PC多一个失重峰，且残余质量低。随升温速率增加，所有样品DTG曲线均向高温偏移，产生热滞后现象。RS和PC在混合燃烧过程中存在协同效应，且高温区域内更显著。PC掺混比例为50wt%时，混合物平均活化能的计算值较低，仅为76.0 kJ/mol (KAS)和83.2 kJ/mol (FWO)。     

烟煤与生物质混烧基础实验分析

在给料方式为下部进料的美国Harman热风炉内进行了烟煤煤棒和生物质棒的燃烧实验,通过燃烧效果和污染物排放情况的特性对比,考察了两种燃料的优缺点;将不同比例的烟煤和生物质的混合样品在Netzsch热重分析仪中进行燃烧动力学分析;结果表明,生物质燃料的烟尘排放指标高于烟煤煤棒,二者的优缺点可以互补,烟煤中掺烧生物质可以提高燃烧效率,混合燃烧降低了反应活化能,着火温度和燃尽温度均前移;生物质燃料和烟煤按照合理配比混烧,可提高两种燃料的清洁高效利用水平。     

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。     

桦甸页岩油泥与半焦混烧特性

利用热重分析仪对桦甸页岩油泥与其500℃半焦混合燃烧时着火温度和燃烧特性进行考察,通过FTIR研究样品的混烧特性及气体释放规律,分析混合比和升温速率对混烧特性的影响并通过FWO法对样品混烧的动力学特性进行了研究。结果表明,样品的燃烧分为3个阶段:油泥轻质组分燃烧阶段、油泥重质组分与半焦挥发分共燃阶段及固定碳燃烧阶段。油泥比例的增大及升温速率的提高导致综合燃烧特性指数和稳燃指数逐渐增大,说明油泥和升温速率有利于混合样品的燃烧特性。油泥比例的增大促进气体释放速率逐渐加大,A(CO_2)/A(CO)呈现出先减小后增大然后再增大的趋势,与油泥比例不成线性关系,说明油泥掺入有利于样品的燃烧,但并不一定有利于样品的燃尽。除样品S1外,其他样品活化能变化规律相似。轻质油燃烧阶段活化能在50—100 k J/mol,共燃阶段活化能在100—150 k J/mol,固定碳燃烧阶段活化能达到了300 k J/mol左右。     

垃圾衍生燃料与褐煤共热解特性及动力学模型比较

以城市生活垃圾(municipal solid waste,MSW)的典型组成为样本基础,配制具有稳定物理化学性质的垃圾衍生燃料(refuse derived fuel,RDF).通过升温速率控制,探究不同升温速率对垃圾衍生燃料与褐煤共热解的影响;采用Coats-Redfern模型法以及Friedman,Flynn-WallOzawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)无模型法,得到RDF与褐煤共热解反应动力学参数.结果表明:Coats-Redfern模型中,升温速率为10℃/min时,对应生物质组分及塑料类高分子聚合物热解阶段活化能最低;生物质组分及塑料类高分子聚合物热解阶段最优拟合级数分别为0.5和1.5;随着级数的增长,活化能与级数呈正相关关系.按照Friedman,FWO及KAS无模型法拟合的结果,转化率为α=0.1,α=0.2~0.6,α=0.7~0.9的共热解反应过程具有相似的动力学特性及反应机理.     

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。     

安徽临涣矿区烟煤与生活污泥共燃的燃烧特性与动力学特征

以安徽淮北临涣工业园燃煤电厂煤样品和生活污水处理厂污泥样品为研究对象,采用热重分析法(TGA)对不同混合质量比条件下的煤与污泥进行了共燃实验,同时通过五种反应动力学模型研究了不同燃烧阶段煤、污泥样品共燃的动力学特征,揭示了煤和污泥的燃烧特性。研究结果表明,煤在529℃出现一个失重峰,污泥分别在140, 293和430℃出现三个失重峰,表明污泥的燃烧过程分为三个失重阶段,而煤只有一个失重阶段。煤的可燃性指数与综合燃烧特性指数为11.36×10–6 mg/(K–2•min), 47.16×10–10 K–3•min–2,与煤相比,污泥的可燃性指数与综合燃烧特性指数较低,分别为10.74×10–6 mg/(K–2•min), 13.04×10–10 K–3•min–2。在煤中添加污泥可以提高反应的燃烧特性,混合质量比以90(煤):10(污泥)为宜。随升温速率升高,煤与污泥的失重减少,燃烧失重速率增加,DTG曲线向高温区移动,产生热滞后现象。在固定碳燃尽阶段,混合燃料的活化能均位于两种原料之间,并且随污泥添加量增加而降低,表明污泥的添加有效提高了煤的反应活性并促进其燃烧过程。     

吸湿性纤维热重干燥特性及动力学研究

为研究吸湿性纤维的干燥特性及动力学反应机理,采用非等温热重法对粘胶纤维在30—200℃温度区间范围内的干燥特性进行实验研究,利用等转化率KAS及FWO方法求解干燥过程表观活化能,并借助于固体热解的积分主曲线法(IMP)探讨纤维干燥动力学机制。结果表明:随着升温速率的提升,转化率α(TG)曲线及水分比MR曲线均向高温侧偏移;KAS和FWO方法计算所得的表观活化能值E_a值较为接近,且随转化率α升高而呈现单调性增高;通过最概然机理函数分析发现当干燥过程转化率大于0.5时,干燥过程以直接吸附水分的蒸发为主,更接近于物理化学反应,可由随机成核与随机生长A6机制描述。     

低温烘焙下城市生活垃圾与烟煤的混燃特性

为了探讨垃圾与煤的混燃特性,选取城市生活垃圾(MSW)和烟煤(BC)为研究对象,通过热重分析法研究烘焙温度、掺混比例、升温速率对样品燃烧特性的影响,并采用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法计算样品的活化能。结果表明:MSW经220℃,260℃和300℃低温烘焙后,热值都有所提升,随着烘焙温度上升,其质量产率和能量产率逐渐降低,挥发分析出与燃烧区间逐渐减小,固定碳燃烧区间逐渐增大;MSW-260与BC掺混能有效改善烟煤的燃烧特性,提高混合样的燃烧速率;升温速率上升会产生热滞后现象,MSW-260与BC混合燃烧各反应阶段向高温侧移动,且升温速率越快偏移越明显。综合动力学分析以及燃烧特性参数分析来看,在保证资源高利用率和良好的燃烧状况条件下,MSW-260与BC混燃质量比可以选用5∶5。     

基于热重法的准东煤等转化率热解动力学模型

准东煤热解脱挥发分特性对其热加工利用过程具有重要影响,建立准东煤热解通用动力学模型对预测挥发分产率及反应性能具有重要意义。采用热重测量了不同升温速率条件下的准东煤脱挥发分失重特性,使用Friedman、Flynn-Wall-Ozawa（FWO）和Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）3种等转化率模型来处理热重实验数据,仔细分析了不同模型参数的获得方法及不同模型中活化能及指前因子的差异。研究结果表明,准东煤活化能分布函数呈现单峰分布;相比其他模型,FWO模型能够较好地描述准东煤的热解过程。     

A comparative reactivity and kinetic study on the combustion of coal-biomass char blends

The combustion behavior and kinetics of various biomass chars, a lignite and a hard coal char and their blends were investigated. Pure fuel chars were compared to blended chars with respect to their performance during combustion. Non-isothermal thermogravimetry experiments were performed in air atmosphere, over a temperature range of 25-850 °C and at a heating rate of 10 °C/min. Kinetic evaluation was performed using a power law model. Reaction kinetic parameters were obtained by modeling the combustion of biomass and coal chars as a single reaction, with the exception of lignite and olive kernel chars, the combustion of which was modeled by two partial reactions. A single reaction model was used in the case of coal-wood char blends, while for the lignite-biomass char blends two partial reactions were used. Reactivity was assessed using the specific reaction rate, as a function of conversion. Biomass chars were generally more reactive than those of hard coal and lignite. The combustion behavior of the blends was greatly influenced by the rank of each coal (hard coal or lignite) and the proportion of each component in the blend. Combustion performance of the blends showed some deviation from the expected weighted average of the constituent chars. An attempt was made to estimate the kinetics of the blends using, as a basis, the parameters estimated for the individual components. In this case, because of the interactions between the components of the blends, the kinetic parameters needed to be slightly modified. Alteration in reactivity was more pronounced in the case of lignite-biomass chars than coal-wood chars.     

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。     

非等温热重法研究聚苯硫醚热分解动力学

采用非等温热重法对聚苯硫醚的热分解动力学进行研究,通过比较计算结果选定拟合结果更好的迭代法计算反应活化能,采用积分法结合36种动力学函数来判断聚苯硫醚热分解的机理函数。得到了聚苯硫醚热分解动力学参数平均活化能E、指前因子A和对应的热分解动力学方程。     

烟煤与无烟煤混合煤粉燃烧过程的动力学研究

利用热重分析(TGA)方法系统研究了配加烟煤对无烟煤燃烧特性的影响。结果表明:煤粉燃烧主要由3个阶段组成,烟煤配加量和升温速率对燃烧过程有重要影响,随着烟煤配加量的增加,燃烧DTG曲线向低温区移动;实验所用煤种中的主要矿物元素是Si,Ca,Al,Fe,S,P,其中Mg,Zn,K,Na,Cl等含量较低,这些元素主要以氧化物、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物和磷酸盐等形态存在,在低温燃烧过程中,矿物质挥发损失量对煤粉燃烧率的影响较小。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增加到100%时,煤粉燃烧活化能从133.94 kJ/mol降低到78.03 kJ/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。     

煤粉添加高炉除尘灰混合燃烧特性及动力学研究

利用热重分析天平,采用非等温燃烧方法对除尘灰与2种煤粉的混合试样的燃烧特性及其反应动力学参数进行了实验研究. 考察了不同配比的混合试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数,计算了反应的动力学参数活化能Ea和指前因子A. 结果表明,两参数均随混煤中除尘灰比例的增加而降低,存在"动力学补偿效应". 煤中掺入除尘灰后,试样燃烧的第一和第二阶段的Ea均呈现下降规律,但对不同煤粉影响效果程度有较大差别. Ea的计算表明,除尘灰的存在有助于改善煤的着火性能,对煤的燃烧有催化促进作用,且5%为最佳掺混比例.     

麦秆与麦秆成型块燃烧特性研究

利用热分析法(TG-DTG)对麦秆和麦秆成型块分别在10、20和30 ℃/min的升温速率条件下的燃烧特性进行了研究,考察了其燃烧过程、着火温度、燃尽温度,计算了综合燃烧特性指数,并进行了燃烧动力学分析。结果表明:麦秆和麦秆成型块的着火温度在250～260 ℃左右,随着升温速率的增加而增加;综合燃烧特性指数明显高于煤。麦秆和麦秆成型块的燃烧反应遵循燃烧动力学的基本方程,属于一级反应。     

煤焦燃烧特性及反应活性探究

中国褐煤资源丰富,然而由于褐煤自身特点使其应用受到了极大的限制。针对中国褐煤应用最广的途径———燃烧,借助热重分析仪对不同热解终温的褐煤半焦及热解终温为1273 K的褐煤半焦与原煤的混合燃料的燃烧特性进行了分析。并利用Coats-Redfern法进行了燃烧动力学的分析,通过求得的表观活化能表征煤焦的燃烧反应活性。研究发现：热解终温越高,煤焦的燃烧特性越差;掺混褐煤有助于提高其半焦的燃烧特性,而掺混燃料的燃烧稳定性几乎和原煤无差别,且随着掺混比例的增加,混合燃料的活化能逐渐增大,越不易点燃,掺混半焦对燃料的燃烧特性和反应活性都有影响。相同制备条件下的烟煤半焦和褐煤半焦的燃烧动力学参数尤其是活化能相差很大,可见煤焦的燃烧反应活性与煤种有关。