煤颗粒固定床加压富氧燃烧特性及污染物生成试验研究

为研究煤加压富氧燃烧及其污染物生成特性,建立了加压水平管式炉富氧燃烧实验系统.以山西浑源烟煤为实验原料,探究了不同燃烧压力(0.1～0.9 MPa)和不同气氛(空气以及O_2浓度分别为21%,26%,31%,36%,41%的O_2/CO_2气氛)对煤加压富氧燃烧过程的燃烧特性以及污染物生成的影响.结果显示,与空气燃烧相比,O_2/CO_2气氛下煤燃烧时间增加;随着O_2浓度的增加,煤燃烧时间缩短;升高反应压力,煤燃烧速率增大且增幅逐渐减小;随着反应压力的提高NO_x生成量逐渐减少,O_2/CO_2气氛下NO_x生成量小于空气气氛下NO_x生成量,随着O_2浓度增加,NO_x生成量增加;压力升高导致SO_2生成量明显减少,O_2/CO_2气氛下SO_2生成量小于空气气氛下SO_2生成量,SO_2生成量随着O_2浓度增加而增多.     

煤流化床加压富氧燃烧过程的动态特性

为全面深入地了解流化床加压富氧燃烧过程动态特性,建立了流化床加压富氧燃烧过程动态模型,充分考虑了燃烧气氛和燃烧压力改变对炉内燃烧以及烟气组成的影响.基于该模型分别研究了送风氧浓度、燃烧压力以及燃煤量改变时,炉内床温和烟气中各组分体积分数的动态响应,并对其在不同氧浓度和燃烧压力下的响应特性进行研究.研究结果表明,氧浓度、燃烧压力以及燃料量阶跃增加10%会引起炉内床温升高,其中密相区响应速度更快;同时,烟气中各组分体积分数在不同参数扰动下响应各异,主要受到此时炉内燃烧状况以及对应的风量、燃料量改变的影响.此外,床温和烟气中CO_2体积分数在压力以及氧浓度突然增加时的动态响应分别在高氧浓度、高燃烧压力下更明显,响应速度更快.整个变化过程中,烟气中CO_2体积分数为90%左右,烟气中O_2体积分数在8%以下.研究所得相关动态响应规律可对后续控制系统设计及优化提供参考与依据.     

白云石煅烧/加压碳酸化循环捕获CO2实验研究

在双固定床反应器系统上采用提高碳酸化反应压力的方法来改善白云石的CO2循环捕获性能.对白云石在不同碳酸化反应压力、温度、碳酸化气氛与煅烧气氛中CO2浓度以及颗粒粒径等条件下的循环碳酸化特性进行测试,并与石灰石的循环特性进行比较.结果表明,提高碳酸化反应压力有利于提高白云石的循环碳酸化转化率.反应压力一定,白云石的碳酸化转化率随碳酸化温度的增加呈先增加后减小的趋势.在700～750℃和0.5 MPa条件下,白云石获得较高的碳酸化转化率.白云石的加压循环碳酸化反应对一定的粒径范围和煅烧气氛具有较好的适应性.白云石的加压循环碳酸化性能较石灰石优越.     

稻秆富氧燃烧特性的热分析-傅里叶红外光谱试验研究

利用热分析仪(TGA)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对生物质能稻秆富氧燃烧过程和燃烧产物进行分析,研究不同O_2浓度对燃烧过程的影响。结果表明:稻秆的富氧燃烧过程大致分为释水、挥发分的析出与着火、焦炭的燃烧等阶段。在O_2-CO_2气氛下,随着O_2浓度的增加,焦炭的燃烧会在更低的温度下进行,燃烧特性参数会变好,但其燃烧特性与O_2-N_2气氛下相比会变差。燃烧后释放气体的主要成分是CO、CO_2和H_2O;对残留固体的分析表明,O_2浓度越高时,灰分中C元素的含量也越低,燃烧越充分。     

高硫石油焦化学链燃烧特性及硫的转化

为了有效利用石油精炼过程中固体残留废弃物石油焦,在批次进料小型流化床上进行了基于赤铁矿石的高硫石油焦化学链燃烧实验,研究载氧体的存在对燃烧过程中碳和硫转化的影响,以及不同燃料化学链燃烧中的反应特性.结果发现,赤铁矿石的存在使碳转化率从49.6%增加到80%,化学链燃烧过程中硫主要以SO_2形式释放,SO_2和H_2S总量提高了43%.不同燃料的碳转化率和碳转化速率与其固定碳含量成反比.同时进行14次循环实验发现,虽然CO_2相对浓度有轻微下降,但仍保持在60%以上,未发现载氧体表面出现硫中毒和明显烧结现象.因此,以赤铁矿石为载氧体通过化学链燃烧方式利用高硫石油焦实验是可行的.     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧热重分析及动力学特性

在综合热分析仪上进行了3种煤粉在O_2/N_2及O_2/CO_2气氛下的非等温燃烧试验,研究了不同气氛下煤粉燃烧特性参数的变化,并计算出各工况下的动力学参数.结果表明:在相同O_2浓度下,煤粉在O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下燃烧特性有所不同,用CO_2代替N_2后煤粉着火温度和燃尽温度均升高,燃烧时间延长,综合燃烧特性指数下降;O_2/CO_2气氛下,增加O_2浓度后,燃烧热重曲线向低温区域移动,着火提前,燃尽温度降低,燃烧时间缩短,综合燃烧指数明显提高,燃烧性能得到改善;煤粉燃烧反应低温段的活化能和频率因子较高温段低,反应级数较小;不同工况下,煤粉2个阶段的反应活化能和频率因子之间存在动力学补偿效应.     

汽油在O_2/CO_2氛围下燃烧特性的试验研究

基于定容燃烧可视化光学平台,模拟缸内直喷(GDI)汽油机缸内燃烧环境,研究汽油在O_2/CO_2氛围和空气氛围下均质燃烧特性以及火焰传播特性。研究结果表明当循环喷油量一定时,相比于空气氛围,汽油在氧气浓度为40%的O_2/CO_2氛围下燃烧的压力升高率提高了1.8倍,着火落后期和明显燃烧期缩短近50%,放热率的峰值增大了近1倍;且峰值相位提前。过量空气系数对汽油在O_2/CO_2氛围下燃烧的影响较大,化学当量比时放热率的峰值达到最大。随着过量空气系数增大,最大燃烧压力增大,最大压力升高率下降,放热率的峰值下降,且峰值相位后移,反应速率下降,明显燃烧期增大,且火焰传播速度明显下降。     

半焦加压燃烧的污染物排放及灰渣特性

为研究煤加压分级转化中的半焦燃烧过程,建立了半焦加压燃烧机理实验研究系统.以陕西黑龙沟煤半焦为对象,研究了燃烧压力(0.1~0.5 MPa)、半焦种类(煤气和N2下热解所得)、半焦粒径(0~3和0~6 mm)对半焦燃烧污染物排放和灰渣矿物转化的影响.结果表明,随着燃烧压力的升高,碳氧化物排放量增多,NO和SO2减少,NO排放浓度随压力升高呈多峰分散分布,SO2排放滞后且峰值减小,半焦粒径越大,半焦燃烧产生的CO2和NO越多,CO和SO2越少,煤气气氛热解所得半焦在燃烧时释放出的4种污染物均略大于氮气气氛.同时,随着压力的升高或半焦粒径的减小,由于半焦燃烧过程由非均相燃烧向均相燃烧过渡,灰渣中高温矿物减少,低温矿物增多,不同气氛下制得的半焦燃烧灰渣特性差别很小.     

O2/CO2气氛下混煤燃烧过程中NOx排放特性

在滴管炉上对无烟煤、烟煤及其混煤在O2/CO2气氛下燃烧时的NOx排放特性进行了研究,重点分析了燃烧气氛、温度、氧浓度、掺混比例等对NOx排放浓度及氮转化率的影响.实验结果表明,较之O2/N2气氛下,无烟煤与烟煤在O2/CO2气氛下混烧时NO排放浓度平均低大约12%;随O2体积分数增加,NO排放浓度仅小幅增加;随混煤中无烟煤所占比例的增加,NO排放浓度先减小后增加,当无烟煤/烟煤比例为1:1时,其达到最小值;混煤的氮转化率随混煤中无烟煤比例的增加而逐渐减小.混煤的氮转化率与掺混比例有较大的关联,但并非简单的线性关系.     

煤粉富氧燃烧锅炉改造的热力计算研究

以四种不同容量锅炉为研究对象,分析了空气气氛锅炉进行富氧燃烧改造的可行性,以及改造前后热力性能参数的变化情况.研究表明:在结构不改变的条件下,空气气氛锅炉可以通过调整循环倍率实现富氧燃烧,但是由于CO2的高热容,因此导致受热面吸热不均匀和烟气流速大幅度降低,影响整个锅炉的安全运行;有针对性地提高烟气流速和减小受热面面积可以达到实现富氧燃烧锅炉改造的目的.结果表明:锅炉经富氧燃烧改造后各参数达到与空气近似的热力性能,其容积热负荷和截面热负荷与空气气氛相比降低了0.7%~2.5%,烟气量降低20%左右,而锅炉热效率可增加0.42%~4.10%.     

水蒸气和石灰石对流化床富氧燃烧NO的影响

借助循环流化床试验台架研究了水蒸气和石灰石对煤流化床富氧燃烧时NO析出的影响.结果表明:与空气燃烧相比,煤在体积分数比φ(O2)∶φ(CO2)=21%∶79%气氛下燃烧时NO的析出量降低.O2+CO2气氛下,随着O2体积浓度的增加,NO的析出量逐渐增大.水蒸气加入后,燃烧温度降低,且受到水煤气反应和水的离解等化学作用的影响,NO还原反应增强,析出量降低;水蒸气体积浓度越高,析出量的降低越大.CO2体积浓度的增加对NO还原反应的影响要大于水蒸气体积浓度增加时.石灰石煅烧产物CaO对密相区NO还原反应的催化作用占主导地位,进而致使NO的析出量降低;且其对挥发份较高的黄陵烟煤的影响要小于对挥发份较低的晋城无烟煤的影响.水蒸气会加速CaO的烧结,降低CaO对NO还原反应的催化作用.     

富氧度和粒子浓度对硅橡胶绝热材料烧蚀行为影响对比

为探究富氧度和粒子浓度对硅橡胶绝热材料烧蚀行为影响机理间的联系,基于自主研发的氧-煤油烧蚀试验系统,对某型硅橡胶基绝热材料进行了烧蚀试验。试验共设计有0%、5%、9%、15%、20%5组富氧度条件,每组均设置4%、6%、8%、10%4类粒子浓度,试验后测算各试样烧蚀率,并绘制了烧蚀率、富氧度和粒子浓度的三维曲面图,同时利用扫描电镜(SEM)对试样进行微观形貌研究。结果表明:在试验参数范围内,当富氧度一定时,随粒子浓度的增加,材料的2类烧蚀率均有所增大;而粒子浓度不变时,材料烧蚀率随富氧度的增加先上升后下降,在9%左右达到极值;粒子浓度直接影响材料表面的机械受力状况;富氧度影响材料中SiO_2的生成速率,在低富氧度条件下,SiO_2的生成析出量无法全面包裹保护纤维,致使烧蚀率略有上升;而在高富氧度条件下,生成的SiO_2附着在纤维丝表面加强了耐冲蚀性能,减缓了粒子破坏;粒子浓度对材料烧蚀行为的影响大于富氧度对材料烧蚀行为的影响,在开展的实验条件下,约是富氧度影响的5倍。     

压力对湍动循环流化床煤气化的影响分析

在实验室规模的湍动循环流化床试验装置上,以高温预热空气和水蒸气为气化剂进行了加压煤气化特性试验,考察了湍动循环流化床气化的可行性及其操作参数,并研究了气化炉压力对煤气化行为的影响.研究结果表明:压力能改善气化炉床内流化质量,提高了碳转化率,从而影响煤气热值.气化压力由常压提高到0.3M Pa时,煤气热值提高15%,碳转化率由57.52%增加到76.76%,干煤气产率和冷煤气效率也随压力增大而小幅增大.对于特定的循环流化床气化工艺,气化压力存在最佳气化效果区域,在本实验条件下,0.3~0.4M Pa时气化效果最佳.     

基于铁基载氧体的燃煤加压化学链燃烧循环反应特性

在煤加压化学链燃烧试验装置上,以巴西CVRD铁矿石为载氧体,徐州煤为燃料,进行了煤加压化学链燃烧还原/氧化循环反应试验研究.试验结果表明:随还原/氧化循环次数增加,载氧体反应能力有所增加,载氧体及碳的转化率基本保持稳定;提高反应压力,CO2的捕获效率增加,载氧体还原程度加深,载氧体以及燃料的转化率增加.对载氧体进行表征分析结果表明,随循环次数增加,载氧体颗粒比表面积及孔容积逐渐增加.高压下载氧体颗粒的平均孔径减少,且没有明显发现Fe基载氧体与煤灰相互作用形成复杂的化合物导致载氧体不可逆失活.SEM分析表明,随着循环反应进行,载氧体表面变为疏松多孔状结构,没有发现载氧体颗粒的团聚、烧结现象.试验结果表明该铁矿石载氧体可以应用于煤加压化学链燃烧.     

分解窑混煤富氧燃烧研究

以2 500 t/d带四通道煤粉燃烧器的水泥分解窑为研究对象,通过理论分析和数值仿真方法,对分解窑内混煤富氧燃烧特性和燃烧规律进行研究,并通过实验验证仿真计算结果的可靠性。研究结果表明:随着燃烧器一次风O_2摩尔分数增加,煤粉着火温度逐渐降低,燃烧温度、窑内传热速率逐渐增加;应用富氧燃烧技术能显著改善分解窑混煤燃烧特性,大幅提高无烟煤掺混比;与一般空气助燃相比,当一次风O_2摩尔分数提高到27%时,火焰平均温度提高97 K,焦炭燃尽率提高5.09%,在此O_2摩尔分数下,无烟煤掺比增至60%时,混煤仍能高效稳定燃烧,火焰温度和形状仍能满足熟料煅烧要求。     

富氧条件下碱金属对煤与生物质混烧特性的影响

将贫煤与生物质及去碱金属生物质混合进行热重燃烧实验,研究了生物质中碱金属和富氧气氛对煤燃烧特性的影响。实验结果表明,富氧条件能够有效降低固定碳燃烧部分的着火温度和燃尽温度,30%氧浓度的O2/CO2气氛下煤的综合燃烧特性指数S与空气气氛相比从1.93% 2/℃ 3·min 2提高到3.05% 2/℃ 3·min 2,掺混生物质后燃烧性能进一步得到改善,综合燃烧特性指数提高到了5.57% 2/℃ 3·min 2;当贫煤中掺混去碱金属生物质后,综合燃烧特性指数介于原煤和掺混生物质煤之间;对煤掺混Na、K、Ca     

CFD耦合化学动力学模拟EGR对柴油机燃烧的影响

研究了柴油机低速部分负荷工况引入不同EGR对缸内燃烧排放特性的影响.将CHEMKIN-Ⅱ化学反应求解器集成到KIVA 3V Release 2程序中,用正庚烷化学反应机理替代柴油燃烧,建立柴油机缸内燃烧数值模拟模型;结合试验数据,模拟分析喷油时刻保持不变,EGR率(废气再循环)从0%增加到60%的燃烧过程、NOx和碳烟排放.结果表明:引入大比例EGR后点火延迟明显增长,燃烧相位推迟,燃烧温度降低;较低燃烧温度避开了NOx的高浓度生成区,EGR率60%时NOx排放比无EGR时降低93.5%;但高EGR率未使燃烧路径避开碳烟生成区,加之较低的氧浓度不利于碳烟的氧化,碳烟排放增高.     

苯酚在CeO_2-ZSM-5固定床反应器上的湿式催化降解

采用浸渍法制备CeO_2-ZSM-5分子筛催化剂,并将其用于固定床反应器来湿式催化氧化苯酚废水.采用X射线衍射、N_2吸附和脱附对分子筛的物相结构、比表面积和孔结构进行表征,然后对比不同温度、床层高度、进料流速对苯酚转化率、H_2O_2转化率、TOC(总有机碳)转化率、活性组分浸出率和CO_2选择性的影响.表征结果表明,CeO_2-ZSM-5分子筛催化剂为微孔材料,负载活性组分前后其晶型没有明显变化,但比表面积减小.活性评价实验结果表明:随着温度的升高和进料流速的减小,H_2O_2转化率、苯酚转化率、TOC转化率和CO_2选择性逐渐增大;随着床层高度的增加,H_2O_2转化率、苯酚转化率、TOC转化率逐渐增大,CO_2选择性则逐渐降低;各条件下,催化剂活性组分浸出率较小,稳定性较好,且降解过程不产生副产物.     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

高压高温甲烷-空气混合物爆炸极限试验

通过室内试验,研究甲烷-空气混合物在0.1～20 MPa和25～100℃条件下的爆炸极限和理论临界氧含量。采用高能量的通电钨丝点火系统,按照逐步逼近法获取爆炸极限点。基于试验数据,建立甲烷-空气混合物的高压高温爆炸极限预测模型。结果表明:随着初始压力和温度升高,甲烷的爆炸下限降低,爆炸上限显著增加,爆炸极限范围扩大,爆炸所需的最低临界氧含量降低,爆炸风险增加;甲烷-空气混合物在20 MPa和100℃条件下的爆炸极限为2.87%～64.40%,爆炸所需理论临界氧含量可降低至5.74%。爆炸上限处为贫氧状态,反应后有CO生成,爆炸下限处为富氧状态,反应产物多为CO_2。