煤粉在富氧气氛下燃烧反应动力学的实验研究

在同步热分析仪上分别对年轻褐煤(小龙潭煤)和烟煤(富源煤)进行了不同O2含量下的O2/CO2燃烧特性实验,确定其燃烧特性参数及动力学参数. 结果表明,随氧气浓度从21%增大到80%(j),小龙潭年轻褐煤和富源烟煤的着火温度分别从591.65和756.15 K降到561.55和722.45 K,燃尽温度分别从898.75和984.95 K降到721.05和872.45 K,燃烧时间缩短,综合燃烧特性指数增大,煤粉的频率因子呈上升趋势,小龙潭年轻褐煤的活化能增大,高温段富源烟煤在氧气浓度达30%(j)及以上时活化能变化趋于平缓,后者的反应活化能和频率因子高于前者. 在不同氧气浓度下,两种煤粉的活化能E和频率因子A之间存在动力学补偿效应.     

富氧气氛下升温速率对煤燃烧及动力学的研究

在同步热分析仪上对小龙潭褐煤进行了不同升温速率(5K/min,10K/min和20K/min)下的O2/CO2燃烧特性实验,确定不同升温速率下煤粉的燃烧特性参数及动力学参数.实验结果表明,随着升温速率的增大,煤粉的TG曲线和DTG曲线均向低温区偏移,煤样的着火温度和燃尽温度升高,燃烧时间延长,可燃性指数和综合燃烧特性指数增大,同时,反应动力学参数随升温速率的变化而不同,频率因子呈上升趋势.     

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。     

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。     

TG-DTG/DTA研究混煤的燃烧特性

采用TG-DTG和DTA(热重-热重微分和差热)技术分析研究了褐煤、烟煤以及无烟煤混煤的燃烧特性,获取了混煤燃烧的特性参数,如着火温度(Tb)、最大失重温度(Tm)以及燃尽温度(Tf).TG-DTG结果表明,升温速率为20℃/min时基本能够反映三种煤样的热解特性;DTA结果表明,无烟煤与褐煤之比为3∶7时,烟煤与褐煤之比为3∶7时混煤具有较好的燃烧特性.     

基于热重-质谱联用的煤粉富氧燃烧动力学及污染物生成特性

富氧燃烧是最具工业化前景的燃烧中碳捕集技术之一,为更深入掌握煤粉富氧燃烧的着火模式和污染物生成特性,本文构建了热重-质谱联用实验系统,以烟煤和无烟煤标准煤样为对象,针对3个不同的氧气体积分数:21%、30%和50%,研究了O_2/Ar和O_2/CO_2气氛下煤粉的富氧燃烧特性。结果表明,O_2/CO_2气氛下煤粉着火温度和燃尽温度均降低,燃烧速率提高,燃烧时间缩短;两种煤粉在O_2/Ar气氛下的燃烧都属于非均相着火,而富氧燃烧都属于均相着火模式;氧气体积分数在30%以上时,无烟煤O_2/CO_2燃烧的表观活化能明显低于O_2/Ar气氛,在相同工况下烟煤的表观活化能均低于无烟煤;O_2/CO_2气氛促进了CO和挥发分NO的逸出,生成温度均低于O_2/Ar气氛,CO会对NO起到还原作用。     

高温高压快速加氢热解褐煤残渣的燃烧特性

利用热分析技术研究了催化剂Ca(CH_3COO)_2,Fe_2O_3,K_2CO_3和CH_3COONa,升温速率10℃/min,15℃/min和20℃/min及O_2/N_2和O_2/CO_2气氛对朔州褐煤高温高压快速加氢热解残渣燃烧特性的影响。结果表明:催化剂能使残渣的TG-DTG曲线向低温区移动,最大失重峰对应的温度显著降低,着火指数、燃尽指数和综合燃烧特性指数增大,催化剂对残渣的燃烧有促进作用,影响程度由高到低的顺序为CH_3COONa,K_2CO_3,Fe_2O_3,Ca(CH_3COO)_2。提高升温速率,残渣的DTG曲线逐渐向高温区移动,着火指数、燃尽指数和综合燃烧特性指数增大,能够有效改善残渣的燃烧性能。同种气氛下,着火指数、燃尽指数和综合燃烧特性指数随氧气体积分数增大而增大;相同氧气体积分数时,残渣在O_2/N_2气氛下燃烧的着火指数、燃尽指数和综合燃烧特性指数均大于其在O_2/CO_2气氛下燃烧的相应特征指数,这可能与CO_2的比热容及扩散系数有关。     

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。     

基于热重-质谱联用的煤粉富氧燃烧动力学及污染物生成特性

富氧燃烧是最具工业化前景的燃烧中碳捕集技术之一,为更深入掌握煤粉富氧燃烧的着火模式和污染物生成特性,本文构建了热重-质谱联用实验系统,以烟煤和无烟煤标准煤样为对象,针对3个不同的氧气体积分数：21%、30%和50%,研究了O₂/Ar和O₂/CO₂气氛下煤粉的富氧燃烧特性。结果表明,O₂/CO₂气氛下煤粉着火温度和燃尽温度均降低,燃烧速率提高,燃烧时间缩短;两种煤粉在O₂/Ar气氛下的燃烧都属于非均相着火,而富氧燃烧都属于均相着火模式;氧气体积分数在30%以上时,无烟煤O₂/CO₂燃烧的表观活化能明显低于O₂/Ar气氛,在相同工况下烟煤的表观活化能均低于无烟煤;O₂/CO₂气氛促进了CO和挥发分NO的逸出,生成温度均低于O₂/Ar气氛,CO会对NO起到还原作用。     

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。     

宁夏石沟驿煤气化残炭燃烧特性研究

利用TG/DTA 6300型热分析仪研究了宁夏石沟驿煤的气化残炭的燃烧特性,从着火特性、燃尽特性和稳燃特性三个方面分析了升温速率、粒径和氧气浓度对气化残炭燃烧特性的影响,并采用正交实验分析了升温速率、粒径和氧气浓度三个因素对气化残炭燃烧特性影响的耦合作用.实验结果表明,提高升温速率可以改善气化残炭的燃尽特性;粒径的减小有助于气化残炭的着火;氧气浓度的增加对改善气化残炭燃烧特性有明显的作用,但这种改善效果随氧气浓度的增加而减弱;升温速率对气化残炭的着火特性影响最大,而氧气浓度对气化残炭的燃尽特性和稳燃特性影响最大.     

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.     

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.     

热重法研究介休煤的热解与燃烧特性

采用热重(TG)分析仪对介休水峪煤样的热解及燃烧特性进行了研究,并考察了升温速率对煤的热解与燃烧特性的影响,得出了不同升温速率下的燃烧特性参数,如着火温度、燃烧最大速率、燃尽温度、燃烧特性指数等,并计算了不同升温速率下的反应动力学参数。经研究发现:煤在热解与燃烧区间的某一温度范围内能较好地满足一级反应方程,且线性相关系数都在0.98以上。由一级反应动力学模型得出的活化能与指前因子等数据能较好地验证煤的TG/DTG曲线所得出的一些结论。     

补连塔煤低温氧化特性的热重研究

为研究煤粉的低温氧化特性,对实验煤样在不同升温速率和氧气体积分数条件下进行了热重实验,并利用Coats-Redfen积分法计算了不同实验条件下最大失重开始时的温度至燃点间的活化能。结果表明:在实验条件范围内煤样的特征温度随升温速率的增大而升高,随氧气体积分数的增加而降低;活化能随升温速率的增大而增大,随氧气体积分数的增大而增大。同时,TG曲线随着升温速率的增加向高温段漂移,随着氧气体积分数的增大向低温段漂移,说明在一定范围内,氧气体积分数的增加可以缩短反应时间,而增大升温速率则会延长反应时间。     

乌拉盖褐煤热解特性及反应动力学参数研究

为获得较好的褐煤半焦制备工艺参数,研究了不同制备条件(热解终温、升温速率、原煤粒径、热解气氛)下制得的乌拉盖褐煤半焦的燃烧性能和燃烧动力学参数。结果表明,热解终温对半焦品质的影响最大,热解升温速率、原煤粒径和热解气氛对半焦燃烧特性的影响不显著。热解终温由350℃升至600℃时,反应指数RI由235℃升至292℃,半焦着火性能变差;燃尽指数Cb由4.68升至6.15,半焦燃尽性能变差;爆炸指数Kd由2.54降至0.46,半焦爆炸倾向性变低;反应活化能由44.4 k J/mol升至63.4 k J/mol,半焦燃烧动力学特性变差。热解终温为520℃时制得的半焦反应指数、燃尽指数、爆炸指数和反应活化能分别为265℃,5.34、0.80和53.2 k J/mol,属于易着火、易燃尽、中等爆炸燃料,燃烧特性良好。     

富氧条件下煤粉气流的着火性能变化

利用一维火焰炉对不同富氧条件下的煤粉气流着火燃烧特性进行了研究,得到了富氧条件下煤粉气流的着火性能变化规律。研究结果表明:随着助燃气体氧浓度的提高,各煤样的着火温度均大幅下降,其中低挥发分煤种在着火方面对富氧条件的改善更为敏感,即富氧条件的改善可减弱煤种间着火性能方面的差异性;随着氧浓度的提高,煤粉气流的着火方式明显从均相着火向非均相着火转变,其中燃用褐煤时发生着火方式转变所对应的氧浓度为50%~60%,燃用烟煤时约为40%,燃用贫煤和无烟煤时都约为30%;对于烟煤和褐煤,随着氧浓度的提高,对应的最佳煤粉浓度值先增大后减小,而对于贫煤和无烟煤,由于其在整个实验氧浓度范围内基本上都以"非均相着火"为主,因此随着氧浓度的提高,对应的最佳煤粉浓度的值基本上呈缓慢下降的趋势。     

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。     

富氧气氛下煤粉燃烧及动力学特性的实验研究

采用综合热分析仪研究了两种煤粉在三种不同粒径范围下氧浓度对其燃烧特性参数的影响,并计算得到各工况下的动力学参数.结果表明,随着氧浓度增加,燃烧DTG曲线向低温区移动,着火及燃尽温度降低,燃尽时间缩短,综合燃烧指数明显提高,燃烧特性得到改善,尤其对粒径较大的煤粉改善更为明显;煤粉燃烧反应低温段的反应活化能和频率因子比高温段低,反应级数较小;不同氧浓度下,煤粉燃烧活化能和频率因子间存在动力学补偿效应.     

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。