颗粒油页岩在流化床燃烧过程中的传热Biot数

传热Ｂｉｏｔ数的大小是判别颗粒内部温度均匀性的依据，计算了颗粒油页岩在流化床燃烧条件下脱挥发分过程和半焦燃烧过程的Ｂｉｏｔ数。结果表明，脱挥发分过程中颗粒油页岩内部存在着较大的温度梯度，半焦燃烧过程的Ｂｉｏｔ数小于０．１，可将颗粒视为等温．讨论了相关的动力学处理方法。     

燃烧过程中脱挥发分引起煤颗粒破碎的研究

从理论上分析了燃烧过程中脱挥发分引起的煤颗粒破碎机理,并通过模型预测了脱挥发分过程中球型颗粒内部的压力和应力分布,研究了颗粒大小、温度等几个因素对脱挥发分引起的破碎的影响,研究表明,煤颗粒的挥发分含量越高、炉膛内的温度越高,颗粒越容易破碎;颗粒越小,发生破碎需要的时问越短,但是极小的颗粒可能不会发生脱挥发分破碎,这和颗粒内部的对流孔径有关;此外,挥发分含量极小的颗粒,可能不会发生脱挥发分破碎。     

油页岩半焦与玉米秸秆混合燃烧特性研究

在空气气氛下利用TGA/DSC1型同步热分析仪进行了桦甸油页岩半焦与玉米秸秆的混烧实验。研究了升温速率和质量比对燃烧特性参数的影响;并与单一油页岩半焦的燃烧特性进行比较。结果表明:混合样品的挥发分初析温度和着火温度远低于油页岩半焦,但略高于玉米秸秆;随着升温速率的提高,混合样品挥发分初析温度和着火温度逐渐提高。升温速率一定时,随着玉米秸秆质量比增大,燃烧过程呈现向低温区迁移的趋势;并且低温段曲线峰值高,挥发分释放剧烈,改善了混合物燃烧特性。玉米秸秆质量比大于10%时,混合样品的各项燃烧特性指标也增大。采用相互影响指数RMS和MR值评价混烧过程的相互影响,研究表明相互影响作用主要发生在第二、第三和第四阶段,第二、第三阶段为有利影响,第四阶段为不利影响。当半焦与玉米秸秆质量比为7:3时,其相互影响最大且均为有利影响。应用KAS模型,分析了混合物燃烧动力学,结果表明,随着反应进行,活化能总体呈上升趋势,与TG-DTG曲线变化规律一致。研究结果可以为油页岩半焦与玉米秸秆的高效燃烧提供参考。     

煤燃烧过程中颗粒表面的特性

利用不同的方法计算不同阶段半焦颗粒的表面分形维数,讨论了各种方法之间的差异,并利用簇分析对半焦颗粒表面SEM图像的孔洞进行重构,计算出不同燃烧阶段半焦表面颗粒孔洞分形维数,揭示了燃烧过程孔洞的生长过程.研究表明,利用这些方法可以获得SEM图像定量信息,有利于进一步研究煤颗粒燃烧这一复杂过程.     

O2含量对半焦燃烧动力学影响的热重研究

为了更进一步地清楚阐述半焦的燃烧过程,采用非等温热重法研究氧气体积分数对半焦燃烧动力学的影响。将半焦燃烧过程的第2次失重分为半焦热解脱挥发分(阶段1)、挥发分燃烧(阶段2)、挥发分燃烧且碳燃烧(阶段3)、碳单独燃烧(阶段4)4个阶段,采用Coats-Redfern法选取一级反应模型计算各个阶段的动力学参数。结果表明:24%φ(O_2)~30%φ(O_2)条件下,阶段3所需的表观活化能最小。24%φ(O_2)、26%φ(O2)、30%φ(O_2)条件下阶段4所需的表观活化能最大;28%φ(O_2)阶段2所需的表观活化能最大。     

石油焦与油页岩混合燃料流化床的着火特性

对石油焦与油页岩混合燃料的着火特性进行了试验。在流化床(CFB)中对2号混合燃料(油页岩与石油焦质量比3∶7)采用床下油枪点火,在冷态条件下,当底部床层温度增加到420℃左右时,少量燃料颗粒着火燃烧;待床层温度升到650℃时逐渐减少投油量,可使试验燃料顺利着火并稳定燃烧。当油页岩与石油焦的质量比为3∶7时,混合燃料的着火特性完全满足流化床运行要求;燃料挥发分含量是其着火温度的主要影响因素,除1号混合燃料外,其他4种混合燃料挥发分均大于茂名石化CFB锅炉设计烟煤的挥发分,2号混合燃料着火特性优于该CFB锅炉设计烟煤。     

COREX熔融气化炉Rist操作线的建立和应用

考虑了块煤在熔融气化炉上部挥发分的析出和采用部分氧气燃烧析出挥发分中的焦油和碳氢化合物这一特点,利用改进的Rist操作线原理,建立了熔融气化炉操作线图,直观地体现了不同因素对炼铁过程能耗的影响.讨论了COREX熔融气化炉内上部吹氧燃烧焦油和碳氢化合物后操作线的变化,对比了加入不同块煤和半焦对上部吹氧量、能耗的影响,分析了将块煤中挥发分脱除后以半焦的形式加入炉内,熔融气化炉上部煤气氧化度、温度和煤气量的变化,以及对能耗的影响.     

茂名油页岩燃烧特性及其大型CFB锅炉设计分析

为了有效地利用劣质燃料油页岩,采用ZRY-2P综合热分析仪对茂名油页岩进行热重试验,利用热重试验数据分析了油页岩的燃烧特性,并对燃烧特性曲线进行了分析.结果表明,油页岩燃烧分为低温段和高温段,低温段挥发分的燃烧为后期高温段固定碳的前期燃烧提供了热量,试样S3的综合燃烧性能最好;试样S1的热重曲线变化异常陡峭,所有试样的微商热重曲线均呈现出挥发分燃烧和固定碳燃烧的2个峰.在此基础上,对大型油页岩循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉的设计进行了分析,同时提出掺烧石油焦的大型油页岩CFB锅炉的设计新方案并对其优势进行了分析.     

油页岩半焦燃烧过程中官能团演化特性研究

对汪清油页岩半焦、龙口油页岩半焦、窑街油页岩半焦在空气气氛下,进行管式炉燃烧试验;分别制备不同燃烧终温(400~900℃)的灰样;然后,用傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)光谱仪进行样品测量官能团的测定,通过FTIR的分峰拟合处理,对试样进行定性及半定量的分析。结果表明:WQSC、LKSC、YJSC三种半焦的红外谱图结构相似,部分吸收峰的峰强度存在差异,且羟基区的振动吸收很弱,半焦中不存在明显的羧基振动吸收。随着燃烧的进行,羟基吸收逐渐消失,酚、醇、醚、酯的C-O键相对含量增加,羰基含量呈波动变化;同时在燃烧过程中芳香骨架振动逐渐减弱,脂肪烃也随不断氧化而减少。     

循环流化床油页岩半焦燃烧优化运行技术分析

针对目前油页岩生产页岩油时生成的副产物半焦难以处理的问题,在3.3 MWth循环流化床中试实验装置上分别进行油页岩、油页岩和半焦混合、半焦的燃烧实验研究.考察给料粒度、二次风份额和一二次风温对炉膛温度分布、污染物排放浓度、底渣与飞灰含碳量的影响.研究结果表明:油页岩和半焦混烧时,随着半焦的混烧比例增加,炉膛内温度整体下...     

石长沟油页岩及其热解半焦特性研究

为分析石长沟油页岩和其半焦热解特性以及为半焦的有效利用提供理论基础,利用元素分析、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)分析、N₂等温吸附/脱附法和扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)对石长沟矿区油页岩及不同热解条件下生成的半焦进行特性研究。元素分析表明,油页岩中C、H元素含量分别为11.48%、1.68%,N、S元素的含量相对较少,随热解的进行,C、H元素含量下降明显,S元素含量有所升高,N元素含量略有降低;XPS分析表明,油页岩中的氮以氧化型氮和吡咯型氮、硫以无机硫酸盐硫为主要存在形式,半焦中氮以吡咯型氮为主,有机硫化物硫随热解的进行析出;氮气等温吸附脱附实验分析表明,半焦孔隙分形维数和表面分形维数在2.5～2.8;扫描电镜结果表明,油页岩表面有机质部分多为光滑条状或块状结构,无机盐形成明显的层状结构,有机质结构热解后会形成较深圆孔隙。     

油砂及其热解半焦的燃烧研究

通过X-射线衍射(XRD)对油砂、其热解半焦以及两者燃烧灰样的物相进行了分析,利用氮气等温吸脱附研究了灰样表明特性,采用热重分析法对比了油砂和半焦的燃烧特性,并借助平行反应模型进行了动力学分析。结果表明油砂和热解半焦中所含矿物质主要为方解石,其分解温度主要在873-973 K内。灰样的分形维数D、孔容积和BET比表面积随燃烧温度变化的趋势相近。TG-DTG曲线表明油砂在低温段有明显的燃烧失重趋势,而焦炭不明显,但两者在高温段的失重过程相似,同时油砂着火及燃烧性能比半焦高。平行反应模型可以很好地描述油砂及半焦的燃烧过程,两者动力学模型有一定相似性;半焦燃烧的平均表观活化能Em比油砂高,反应活性较低。     

油砂及其热解半焦的燃烧过程及活性

通过X-射线衍射(XRD)对油砂、其热解半焦以及两者燃烧灰样的物相进行了分析,利用氮气等温吸脱附研究了灰样表面特性,采用热重分析法对比了油砂和半焦的燃烧特性,并借助平行反应模型进行了动力学分析。结果表明,油砂和热解半焦中所含矿物质主要为方解石,其分解温度主要在873~973 K内。灰样的分形维数D、孔容积和BET比表面积随燃烧温度变化的趋势相近。TG-DTG曲线表明油砂在低温段有明显的燃烧失重趋势,而焦炭不明显,但两者在高温段的失重过程相似,同时油砂着火及燃烧性能比半焦高。平行反应模型可以很好地描述油砂及半焦的燃烧过程,两者动力学模型有一定相似性;半焦燃烧的平均表观活化能Em比油砂高,反应活性较低。     

超细水雾对甲烷-煤尘爆炸过程抑制机理研究

为了研究超细水雾对甲烷-煤尘混合爆炸过程的作用规律，在20 L长方体爆炸装置中进行了抑爆实验.同时基于甲烷气体、雾滴颗粒、煤尘颗粒在受限空间内的蒸发、脱挥发、燃烧过程，建立了超细水雾抑制甲烷-煤尘混合爆炸的数学模型.同实验进行对比可知，数值模拟得到的爆炸压力可准确反映实际爆炸过程.结果表明，超细水雾的加入改变了爆炸的传播规律.与无抑制的甲烷-煤尘混合爆炸相比，加入超细水雾降低了已燃区的气相温度及煤尘颗粒温度，并推迟了火焰阵面沿轴向的传播过程.煤尘颗粒温度分布表明，超细水雾在推迟煤尘颗粒升温过程的同时，反应区煤尘颗粒的中位温度也明显降低.随着超细水雾浓度的不断增加，其对甲烷-煤尘混合爆炸的气相燃烧过程和颗粒脱挥发及燃烧过程的抑制效果也不断增强.研究可为工业生产中甲烷-煤尘爆炸强度预测和水雾抑制提供参考.     

燃煤链条炉掺烧半焦NOx生成特性及配风优化数值模拟研究

针对煤炭分级分质转换过程中产生的过剩副产品热解半焦，为更加高效清洁的利用煤炭资源，本文提出在链条炉中掺烧热解半焦。使用Fluent软件对链条炉中烟煤与半焦的掺烧工况进行了数值模拟，研究了炉膛内流场、温度场和组分场的变化规律以及配风优化的影响，探讨了掺烧过程中NO_x的生成特性以及配风优化对炉内燃烧性能的影响。结果表明，提高半焦的掺混比例，炉膛中NO的体积分数升高，炉膛出口平均烟温降低。推迟配风有助于炉内形成贫氧程度更深的局部还原性区域，从而抑制NO_x原始生成，减少炉膛NO_x最终排放。层燃室燃复合燃烧时，烟煤在炉排上燃烧的同时将半焦粉末喷入炉膛，半焦比例每增加5%,炉膛出口平均温度约增加30℃;半焦粉末在炉中喉口位置喷入时，炉膛出口烟温最高。本文的研究结果能够为链条炉高效低污染掺烧利用热解半焦等低挥发分煤基固体燃料，提供一定的理论依据和科学指导。     

移动床中褐煤直接热解特性

为了获得高含水率褐煤在移动床内不经预处理直接热解的可行性及其热解行为,建立管式炉移动床褐煤直接热解实验装置;考察含水率、热解温度和粒径等参数对褐煤热解损失质量、产物产率以及产气特性的影响。研究结果表明:褐煤在热解过程中蒸发出的原位水蒸气参与半焦的气化以及挥发分的重整反应;随着含水率的增加,褐煤的原位水蒸气气化反应加强,碳转化率逐渐提高,H_2产率由277.13 m L/g增大至527.77 m L/g;提高热解温度使气体产率逐渐增大,液体和固体产率逐渐降低,碳转化率由38.19%增大至52.74%;增大粒径使煤中水分和挥发分在颗粒内部的停留时间延长,在一定程度上强化半焦的气化反应以及挥发分的重整反应;此外,增大粒径使挥发分在褐煤颗粒孔隙中的传质阻力增大,二次反应加强,褐煤直接热解的最佳粒径为1.6~3.2 mm。     

大型炉膛燃烧过程的数值模拟

介绍了一个针对大型炉膛燃烧过程进行数值模拟的完整三维湍流、燃烧和热传递计算模型，该模型预示了气体流动、组分浓度和温度、颗粒轨迹及燃烧、壁面辐射热流。气相的动量、烛和组分的守恒方程采用ｋ－ε模型来描述湍流粘性系数，用颗粒随机轨道法模拟煤粉的运动轨迹，并且考虑了挥发分的燃烧及热解、焦炭燃尽过程。对辐射热传递采用离散传递法。     

流化床内煤燃烧的传热过程DEM数值模拟

采用离散单元法（DEM）对流化床内煤颗粒燃烧过程中的传热过程进行了数值模拟．气相湍流采用融e模型，颗粒相采用离散单元法（DEM）．颗粒传热过程考虑了颗粒与气相的对流传热、颗粒与床层的辐射传热、煤颗粒的燃烧热以及颗粒碰撞传热；燃烧过程中化学反应包括焦炭与O2和CO2的异相反应、挥发分燃烧及CO和O2的均相反应．模拟得到了煤颗粒的加热升温和燃烧过程中各种热量对煤颗粒传热的贡献大小，并对不同颗粒刚度系数、考虑颗粒旋转与不考虑颗粒旋转以及不同颗粒摩擦系数对各种传热量的影响敏感性进行了模拟．     

循环流化床锅炉防磨探讨

通过各种入炉煤颗粒度、灰分、挥发分、灰颗粒度的大小、形状对锅炉燃烧的影响进行分析，从而找出最佳燃烧工况，以减轻因燃烧调整不当造成对受热面管壁的磨损。     

大型炉膛燃烧过程的数值模拟

介绍了一个针对大型炉膛燃烧过程进行数值模拟的完整三维湍流、燃烧和热传递计算模型，该模型洋了气体流动、组分浓度和温度、颗粒轨迹及燃烧、壁面辐射热流。气相的动量、焓和组分的恒方程采用ｋ－ε模型来描述湍流粘性系数，用颗粒随机道法模拟煤粉的运动轨迹，并且考虑了挥发分的燃烧及热解、焦炭燃尽过程。对辐射热传递采用离散传递法。