随机孔模型应用于煤焦燃烧的动力学研究

采用热重法研究煤焦在变温和等温条件下的燃烧过程,分析升温速率和温度对煤焦燃烧行为的影响,用随机孔模型(RPM)研究煤焦的燃烧失重过程,得到了煤焦燃烧变温和等温动力学方程. 实验结果表明,变温实验中,随着升温速率的增加,煤焦燃烧的失重曲线向高温方向移动,最大燃烧速率增加,升温速率由5℃/min增加到20℃/min时,最大燃烧速率由3.2%/min增加到11.3%/min;等温实验中,随着燃烧温度的提高,煤焦最大燃烧速率增加,燃烧温度由510℃增加到630℃时,最大燃烧速率由2.1%/min增加到8.3%/min,煤焦燃烧性能得到改善. 动力学计算结果表明,RPM能较好描述煤焦变温和等温燃烧过程中煤焦转化率与温度和时间的关系,煤焦变温和等温燃烧的表观活化能分别为84.27和64.16 kJ/mol.     

内在矿物质对煤焦燃烧特性影响的实验研究

以宁夏地区两种烟煤和两种无烟煤为原料,用浮沉方法得到灰分在40%左右的煤粉,然后在马弗炉900 ℃制焦,再用HCl-HF酸制取脱灰焦.通过比较煤焦脱灰前后热重燃烧曲线的特征参数的变化和转化速率的快慢,分析了内在矿物质对煤焦燃烧特性的影响.结果表明,内在矿物对两种烟煤焦前期的着火有阻碍作用,对后期燃尽有一定促进作用;内在矿物质对两种无烟煤焦的着火有促进作用,对后期燃尽有阻碍作用.     

不同煤质煤焦燃烧模型的研究

在高温悬浮反应试验台架上,对烟煤、无烟煤、高挥发分褐煤等煤焦的燃烧模型进行了研究。通过传递函数修正后的燃尽率与时间的关系曲线与收缩核模型、收缩圆柱体模型、化学反应级数等模型进行拟合,通过相关系数来选取最合适的燃烧模型。运用这种方法求取了D烟煤、X低挥发分煤、K褐煤的煤焦燃烧模型和S无烟煤、L无烟煤等煤焦的燃烧模型。列举了D烟煤与S无烟煤煤焦燃烧模型的实验曲线与模拟曲线,并用求出的模型对同种煤焦的其它工况进行求解,所得的结果与实验的测定值比较吻合,说明了求取模型方法的可靠性。模型的正确选择为分解炉中煤粉燃烧与碳酸钙分解的耦合研究奠定了基础。     

煤焦结构及其气化反应影响因素的研究进展

简述了国内外研究中煤焦结构的研究方法,对煤焦结构研究现状进行了综述,讨论了煤焦气化剂、灰分、温度、压力、升温速率、制焦时间、变质程度和显微组分含量等这些气化反应的影响因素。因此,在气化过程中,煤焦的气化反应活性不但要考虑原煤的性质,还要综合考虑气化剂、温度、压力、升温速率、制焦时间,尤其是温度和压力在气化过程中的影响。掌握了煤焦结构的研究方法和影响气化反应的因素可以更好的对煤进行清洁利用和转化。     

内在矿物质对煤焦燃烧特性影响的动力学研究（Ⅰ）等温热重研究

选择宁夏地区2种烟煤和2种无烟煤作为实验煤样,用浮沉法得到灰分在30％左右的煤粉在马弗炉上900℃制焦,然后用化学脱灰法处理煤焦样,得到超低灰煤焦样。在WCT-2型热重分析仪上,在消除内、外扩散影响的条件下对高灰煤焦和脱灰煤焦进行等温热重实验。动力学分析的结果表明：2种烟煤焦脱灰后的活化能降低,2种无烟煤焦脱灰后的活化能升高;烟煤中的矿物质对烟煤的燃烧有阻碍作用,无烟煤中的矿物质对烟煤的燃烧有促进作用。     

随机孔模型研究煤焦O2/CO2燃烧动力学特征

在热重分析仪上对焦作无烟煤焦和云浮烟煤焦O₂/CO₂条件下燃烧特性进行研究。确定在不同温度下不同煤焦O₂/CO₂燃烧的特征。利用随机孔模型(RPM)表征两种煤焦反应速率与碳转化率的关系,同时与未反应缩核模型(Model Ⅰ)和混合模型(Model Ⅱ)的拟合结果进行比较。研究表明,在不同反应条件下,随机孔模型具有最佳的拟合效果,相关系数都在0.986以上。比较RPM、ModelⅠ和Model Ⅱ计算结果发现,焦作无烟煤焦的O₂/CO₂等温燃烧的活化能比云浮烟煤焦的高,且同一煤种燃烧反应温度越高反应速率常数越大。由于随机孔模型的结构参数ψ可以很好地表现孔结构变化对煤焦燃烧反应的影响,因此随机孔模型能更加准确地描述煤焦O₂/CO₂燃烧特征。     

神府煤粉燃烧特性

为了给煤粉锅炉用户提供煤粉优选理论依据,以煤粉锅炉主要用煤神府煤制备的煤粉为研究对象,采用TG-DTG对煤粉的燃烧特性进行研究,分析了不同煤粉及升温速率对煤粉燃烧特性的影响。结果表明:在空气气氛下,升温速率提高,TG、DTG曲线向高温方向移动,煤粉的着火温度升高,最大质量变化速率增大,最大失重温度提高,燃尽指数增大;随着灰分和粒径改变,升温速率为10或20℃/min时,煤粉的着火温度变化不显著,燃尽指数及综合燃烧特性指数均有影响。灰分减小,粒径不变时,D煤粉的综合燃烧指数为1.51,优于粒径74μm、灰分9.5%的P煤粉。     

超细煤粉快速热解动力学特性实验研究

采用居里点裂解器及气相色谱仪研究了3种超细煤粉的快速热解特性。实验发现:超细煤粉挥发分的快速热解释放主要发生在升温阶段,烟煤与无烟煤挥发分中焦油的质量分数均最大,其中烟煤焦油释放量占挥发分的质量分数达到50%以上,高于无烟煤。烟煤气态挥发分中CO质量分数最大,达到40%以上,其次为CO2,然后依次为CH4、其他碳氢化合物CnHm,H2。无烟煤的CO,CO2,CH4释放质量分数基本相当,H2质量分数与CnHm接近。根据热解产物的释放数据,采用单方程反应模型计算出了煤粉升温速率、热解频率因子及活化能,为进一步研究超细煤粉的着火及燃烧提供了理论基础。     

高碳灰资源化利用过程中燃烧特性试验研究

利用STA-449C同步热分析,对比研究了高碳灰与三种典型无烟煤的着火与燃尽特性。根据热分析曲线,分别计算出了高碳灰和无烟煤的着火与可燃性指数、综合燃烧特性指数。试验结果表明:高碳灰以固定碳为主,灰分含量高,干燥无灰基挥发分极低,其着火燃烧特性与无烟煤存在显著差异。与无烟煤相比较,高碳灰着火温度与燃尽温度均为最高,可燃质燃烧速率峰值与平均燃烧速度均为最低,计算结果显示高碳灰可燃性指数与综合燃烧特性指数指标均明显低于无烟煤。通过试验基本掌握了高碳灰着火燃烧与综合燃烧特性特性,为燃煤电站锅炉高碳灰资源化利用以及与无烟煤优化掺烧提供依据。     

包含反应阶数变化的分形煤焦颗粒燃烧模型的建立与实验验证

为了深入研究煤焦燃烧的机理并提高对煤焦燃烧过程的预测精度,建立了一个综合的煤焦燃烧模型。该模型考虑了煤焦颗粒孔隙内二次反应与扩散的耦合作用、煤焦燃烧反应阶数的变化和反应过程中CO/CO₂比例等问题。使用热天平(TGA)对11种煤焦的燃烧特性进行分析,测得各种煤焦的表观活化能与指前因子,以确定模型中的待定参数。在沉降炉(DTF)中对这11种煤焦做燃烧实验,用TGA基于灰分守恒测得DTF炉管出口处的煤焦样品的转化率。运用建立的模型模拟这些煤焦的燃烧过程,预测的转化率与实验结果有较好的吻合度,相比传统的本征动力学模型,该模型预测的精度有了较大提高,证明了该模型能适用于从褐煤到无烟煤的较广煤焦范围。研究还发现,煤焦燃烧的表观反应阶数在燃烧过程中不断减小并最终趋于稳定。     

热重-红外联用分析制革污泥的燃烧特性

利用TG-FTIR对制革污泥的燃烧特性和燃烧过程气体释放情况进行了研究。研究发现,制革污泥挥发分和灰分含量较高,固定碳含量低、热值低。不同升温速率下,制革污泥的燃烧在800℃时已经比较充分,随着升温速率的增加,制革污泥碳燃烧的失重速率和峰值温度有所增加。运用Ozawa法进行活化能计算表明,制革污泥燃烧所需活化能随着反应程度的深入而增加。制革污泥的挥发分燃烧阶段符合三维扩散的Z-L-T方程反应模型,固定碳燃烧阶段符合自催化反应的P-T方程反应模型,且制革污泥在不同升温速率下燃烧动力学参数存在动力学补偿效应。TG-FTIR分析表明,不同升温速率对气体析出基本特征没有影响,在低温阶段,制革污泥的燃烧产物中有少量的有机酸组分析出。     

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。     

煤焦燃烧反应性与其物理化学性质的关系

利用热重技术考查八种不同煤焦的燃烧反应性,研究了不同煤焦的燃烧反应性与其灰分碱指数、比表面积、微孔表面积、石墨化程度和化学吸附量等物理化学性质之间的关系.结果表明:不同煤焦的燃烧反应性随煤阶的升高而降低,影响煤焦燃烧反应性的因素由强到弱依次为化学吸附量、石墨化程度、比表面积、微孔表面积、灰分碱指数.其中,化学吸附量可用来表征活性位点的数量;灰分碱指数、比表面积以及微孔表面积越大,石墨化程度越低,煤焦的化学吸附量越大,燃烧反应性越好.不同煤种煤焦的燃烧反应性与化学吸附量之间的线性相关系数最高达0.94,这说明化学吸附量是影响煤焦燃烧反应性的决定性因素.     

Fe2O3和K2CO3对高灰分煤催化燃烧影响及机理分析

为提高淮北矿区高灰分煤的燃烧效率,采用热重分析实验对比分析了Fe2O3和K2CO3对煤粉着火与燃尽温度、燃烧特性指数、放热面积的影响.结果发现Fe2O3和K2CO3可分别将煤粉的着火温度由480.3℃降低470.4℃和397.3℃,燃尽温度由628.4℃降到609.7℃和547.7℃,燃烧特性指数提高,放热量增大.利用SEM、XRD和FTIR测试技术对煤粉燃烧残余物的微观结构、物相组成及官能团变化进行研究,分析燃煤催化剂在燃烧反应中的作用机理;通过BET方程计算燃烧煤焦的比表面积,分析其孔隙结构的变化.结果表明Fe2O3和K2CO3的主要作用机理是促进燃烧反应过程中挥发分的析出,增强煤粉的吸附性能,加快燃烧反应过程中固定碳的燃烧.     

废塑料与兰炭混合燃烧动力学分析

通过热重法研究了废塑料和兰炭混合物的燃烧特性,分析了着火温度(Ti)、燃尽温度(Tf)、燃烧率(x)、点火指数(C)、综合燃烧特性指数(S)等参数的变化规律。运用体积模型(VM)、随机孔模型(RPM)和未反应核心模型(URCM)三种动力学模型对混合物的燃烧率曲线进行计算,得到不同的拟合曲线,比较拟合效果。结果表明:废塑料和兰炭混合物的燃烧过程由少量水分蒸发、挥发分析出、固定碳燃烧三个阶段组成。在兰炭中添加废塑料会改善兰炭的燃烧性能,随着废塑料配加量的增加,混合物的着火温度降低,平均燃烧速率、点火指数和燃烧特性指数均增加;增大升温速率对混合物的燃烧有促进作用。在三种动力学模型中,随机孔模型(RPM)的拟合结果优于体积模型(VM)和未反应核心模型(URCM)的拟合结果;由RPM模型计算的活化能E和指前因子k0具有相同的变化规律,存在明显的"补偿效应";随着废塑料配加量的增加,活化能先降低后增加,表明废塑料和兰炭混合燃烧存在协同效应。     

吐哈盆地褐煤的热解和燃烧特性及动力学分析

吐哈盆地褐煤的热解和燃烧特性研究利于煤的清洁高效利用及煤炭地下气化的开展,为探究吐哈盆地褐煤煤粉颗粒的热解特性和燃烧特性及动力学特性,通过热重实验、热解特征指数计算、综合燃烧指数计算及动力学软件Kinetics Neo模型拟合法,研究了煤粉在不同升温速率(5℃/min, 10℃/min, 20℃/min)和不同粒径(大于0.8 mm, 0.2 mm～0.6 mm,小于0.1 mm)下分别在氮气气氛中的热解特性和空气气氛中的燃烧特性,获得了不同条件下煤粉颗粒热解和燃烧过程的动力学参数。结果表明：升温速率升高有利于煤粉颗粒热解和燃烧,显著提升了热解和燃烧性能;煤粉颗粒粒径增大有利于煤粉热解,不利于煤粉燃烧;不同粒径煤样热解和燃烧焦产率没有明显区别,粒径增加对于挥发分释放的影响不大;热解与燃烧过程中活化能与指前因子分别在一次热解阶段和干燥挥发阶段较高,说明在这两个阶段反应速率较慢,单位时间内化学反应程度较高。     

低氧气氛下煤粉燃烧特性

为研究煤粉低氮燃烧时CO_2成分在低氧含量气氛下对燃烧的作用,在热重分析仪上进行了煤粉低氧气氛下的燃烧试验。通过模拟真实燃烧反应中的反应气氛,研究了O_2/CO_2混合比例、升温速率对煤粉燃烧特性的影响。结果表明,在O_2/CO_2混合气氛下,温度为1 000℃以内均存在着燃烧反应和气化反应的竞争关系。CO_2含量高时,CO_2与煤粉的气化反应对煤粉燃烧反应抑制程度逐渐增加。O_2/CO_2比例降低,煤粉的燃尽温度升高幅度明显,煤粉难以燃尽;煤粉的点火温度受CO_2含量影响不大;升温速率由10℃/min升至20℃/min对煤粉可燃性和着火稳定性提升明显,20℃/min升至30℃/min影响不大。     

碳酸盐对高灰分煤粉燃烧的动力学研究

采用非等温热重分析技术对比研究了Na2CO3，BaCO3和CaCO3对高灰分煤粉（灰分〉44％）燃烧反应动力学参数的影响。非等温热重分析以20℃／min的升温速率从室温升到1000℃，动力学参数采用Coats—Redfern方程进行计算．结果表明：与空白煤样对比，掺有碳酸盐的煤样着火温度均有不同程度的降低，而煤样的最大燃烧速率增大且燃烧最大速率出现的温度前移；当煤粉样品中分别掺有3％的Na2CO3，BaCO3和CaCO3时，煤粉燃烧的活化能比纯煤粉分别降低了15．63％，12．39％和14.23％，且指前因子与活化能之间存在着线形关系，其关系为In（А）=0．2783E-12．882。     

补连塔煤燃烧特性综合分析

补连塔煤具有较大的储量和广泛的用途,为深入探究补连塔煤的燃烧特性,通过热重测试,计算出煤的多种燃烧特性指数并迚行了综合分析。研究结果表明,较慢的升温速率和较高的氧气含量更利于煤粉的点燃和燃尽,具有较低的活化能和较高的燃尽特性指数。同时,补连塔煤在较慢的升温速率和较高的氧气含量下,也具有较高的燃烧稳定性指数和综合燃烧特性指数。因此,较低的升温速率和较高的氧气含量更有利于煤的高效燃烧和应用。     

无烟煤荷电煤粉流燃烧实验研究

基于煤粉燃烧高效与低污染的综合考虑,出于对"电晕荷电煤粉流的强化着火与燃烧"理论进行验证的目的,进行了荷电无烟煤煤粉流燃烧实验研究.采用气动-螺旋微量给粉器进行煤粉供给与输送,利用电旋风荷电器实现煤粉颗粒荷电,连接于可视滴管炉完成煤粉流着火燃烧,利用高分辨率数码摄影记录其着火与燃烧状态,借助专用软件进行图像分析,通过燃烧残余物取样热分析方法分析其燃尽程度.实验结果表明,荷电无烟煤煤粉流与无荷电无烟煤煤粉流相比,着火距离和着火时间至少分别提前约5%和6%,燃烧掉的可燃物质至少增加约21%;荷电煤粉流燃烧具有较好强化着火与燃烧的效果.