煤粉预热燃烧特性及动力学分析

实验利用热重天平,采用非等温燃烧方法研究了国内某炼铁厂高炉喷吹的典型煤粉预热后燃烧特性及反应动力学参数。考察了煤粉在423,473,523,573,623,673,723,773K温度等级下,煤粉试样的燃点、燃烧峰值温度、结束温度、综合燃烧特性指数(G)、燃烧峰值速率等动力学特征参数,计算了煤粉燃烧过程的活化能(E)和指前因子(A)。分析结果表明,北区煤粉在423~773K不同温度等级燃烧过程中,着火点温度最多下降了240K,失重峰温度最多提前了263K,最大燃烧速率最大幅度提升了1.29倍,燃烧特性指数最大为29.8倍;从动力学角度分析出两段热解活化能和指前因子之间均存在良好的线性拟合关系,煤粉燃烧为一级反应;煤粉有明显预热效果温度应不低于673K。     

煤粉压力燃烧特性及动力学分析

利用加压热重分析天平,采用非等温燃烧方法对国内某钢铁厂高炉典型喷吹煤粉的燃烧特性及反应动力学参数进行了实验研究。研究了在0.1,1.1,2.1,3.1,4.1 MPa压力等级下试样煤粉的着火温度、最大燃烧速率温度、燃尽温度、综合燃烧特性指数(S)、最大燃烧速率等燃烧特征参数,计算了煤粉燃烧过程的活化能(E)和指前因子(A)。结果表明,北区煤粉在压力等级由0.1 MPa升至4.1 MPa的燃烧过程中,着火点温度最多下降了85.7K,失重峰值温度最多提前了249.3K,燃尽温度最多下降了375K,最大燃烧速率最多提升了10倍,燃烧特性指数最大为常压下的33.6倍;两段热解活化能和指前因子的对数值之间存在动力学补偿效应;煤粉的反应控制条件及燃烧方式转变的临界压力为3.1MPa。     

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.     

天然矿物添加剂对高炉喷吹煤粉燃烧特性的影响

利用热分析法研究了大贵白云石、荣富镁石、东燃镁石、里领石灰石和方解石五种天然矿物添加剂对无烟煤燃烧过程的影响.考察了着火温度、最大燃烧速率、挥发分释放特性指数和燃尽特征指数等燃烧特征参数,求出了反应动力学参数活化能Ea和指前因子A.实验结果表明:大贵白云石、荣富镁石和东燃镁石能够显著促进煤粉的燃烧过程,降低着火温度,增大煤粉的挥发分释放特征指数D和煤粉的燃尽特性指数Cb,使最大燃烧速率前移至挥发分着火燃烧阶段;里领石灰石和方解石则相反.同时,动力学计算表明:大贵白云石、荣富镁石和东燃镁石使煤粉的活化能分别降低10.4%、14.5%和10.7%,对煤粉燃烧有助燃作用;里领石灰石和方解石使煤粉的活化能分别提高2.0%和4.3%,对煤粉燃烧没有助燃作用.     

煤燃烧综合物理模型

本文通过对煤燃烧的物理化学过程的研究,提出了包括化学动力学、扩散、热解和炭燃烧的综合物理模型.并针对热天平中煤燃烧的具体情况,由计算机求解得出了与实际试验结果符合较好的试样煤燃烧动态特性.这对于煤粉燃烧器和层燃炉的设计以及开展燃烧过程数值计算具有实用意义.     

橡塑合金改性沥青混合料路用性能研究

为了研究橡塑合金改性沥青混合料的路用性能,采用精密开炼机将废轮胎胶粉和废塑料制备成橡塑合金,对基质沥青及混合料进行改性,采用正交试验确定AC-13型、SMA-13型橡塑合金改性沥青混合料的成型参数,通过车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和小梁弯曲试验,对橡塑合金改性沥青混合料和废轮胎胶粉改性沥青混合料的路用性能进行对比研究。结果表明,AC-13型橡塑合金改性沥青混合料的成型参数分别为油石比4.8%、拌和温度180℃、击实温度165℃;SMA-13型橡塑合金改性沥青混合料的成型参数分别为油石比6.1%、拌和温度185℃、击实温度170℃,与废轮胎胶粉改性沥青混合料相比,橡塑合金改性沥青混合料的高温稳定性和水稳定性更好,但低温抗裂性较差。     

煤粉与半焦的混合燃烧特性及动力学分析

为探究煤粉添加半焦后混合燃料的燃烧性能,通过热重分析研究煤、半焦及其混合物的燃烧过程,得到燃烧特性参数.由于不同温度区间的燃烧反应机理不同,利用分段法对燃烧过程进行动力学分析,对燃烧反应的前、后期分别使用缩核反应模型和缩核内扩散模型进行模拟,从而得到动力学参数.结果显示,随着混合燃料中半焦含量增加,其可燃性指数和燃烧特性指数都减少,燃烧前期活化能由76.79 kJ·mol-1增加到92.75 kJ·mol-1,后期活化能由102.62 kJ·mol-1增加到107.94 kJ·mol-1,说明半焦的添加会降低混合燃料的燃烧性能.对比不同半焦含量的混合燃料的燃烧特性参数和动力学参数,半焦的质量分数应控制在15%以内最适宜.     

粒径、升温速率及催化剂对废轮胎胶粉热解特性的影响

采用热重分析法探讨了不同粒径、升温速率及催化剂对废轮胎胶粉热解特性的影响。结果表明:随升温速率加快,废轮胎胶粉的TG/DTG曲线向着高温区段移动,且热解反应时间Δt会缩短,说明升温速率加快有助于废轮胎胶粉的热解反应;粒径(20目至100目)对废轮胎胶粉热解反应TG/DTG曲线影响很小,但目数增大最终失重率会变小。在低温段,NiCl2,CoCl2和Co/Ni 3种催化剂都能有效降低废轮胎胶粉热解的反应活化能,其中NiCl2效果明显,可以降低30.37 kJ/mol,而ZnO对低温区的反应活化能没有影响;在高温段,NiCl2能降低废轮胎胶粉的反应活化能,而CoCl2,Co/Ni和ZnO则使反应活化能分别升高16.966 kJ/mol,10.813 kJ/mol和7.5 kJ/mol;催化剂Cr2O3对低温段和高温段的反应活化能没有影响。     

城市生活垃圾可燃成分燃烧特性热重分析

通过热重分析仪研究城市生活垃圾单组分试样以及混合试样的燃烧特性,分别确定各试样的着火温度、燃尽温度及综合燃烧特性指数,并通过燃烧动力学分析得到各试样的活化能.垃圾在燃烧过程中表现为热解小分子气体的燃烧过程和剩余的固定碳燃烧过程.纸、织物燃烧猛烈,但持续时间短,塑料燃烧持续时间最长,最耐烧.尽管峰值有一些改变,各单一成分的燃烧特性在混合试样的燃烧特性曲线上均有所体现.     

超细活性废胶粉改性沥青的微观结构及其流变性能研究

采用超细活性废轮胎胶粉(UACR)和普通废轮胎胶粉(CR)分别制备了超细活性废胶粉改性沥青(UACRMA)和普通废胶粉改性沥青(CRMA).利用傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、光学显微镜和旋转流变仪研究了改性沥青的微观结构和流变特性.结果表明:UACRMA体系中胶粉与基质沥青发生了化学和物理作用,UACR颗粒均匀地分布在基质沥青中,且随着UACR份数的增加,体系逐渐形成网络结构,回弹性能和高温稳定性逐渐增大,界面松弛逐渐减弱;而CRMA体系中胶粉与基质沥青仅发生了物理作用,CR颗粒较大,无法形成网络结构.     

基于TG-FTIR研究O2/CO2气氛下烟煤的燃烧特性

在热重分析仪上进行了烟煤在O2/N2及O2/CO2气氛下的燃烧反应试验,分析了煤粉粒度对O2/CO2燃烧的影响,确定了燃烧反应的特性参数并进行了动力学分析,同时利用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对燃烧产物进行实时检测.结果表明,与O2/N2气氛下的燃烧相比,O2/CO2气氛煤粉燃烧速率降低,燃尽温度升高,燃尽时间延长,煤粉细化可使其燃烧特性得到改善;同时FTIR的谱图也显示,O2/CO2气氛下煤粉燃烧气体产物的释放情况与模拟空气气氛下燃烧时有明显不同.     

生物质焦与煤混合燃烧特性及动力学分析

利用热重分析天平,采用非等温燃烧的方法对生物质热解产物——生物质焦与两种无烟煤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,求出了反应的动力学参数活化能Ea和指前因子A.结果表明:活化能和指前因子均随混煤中生物质焦比例的增加而降低,存在动力学补偿效应;煤中掺入生物质焦后,试样燃烧的第一阶段和第二阶段的活化能分别呈现出"U形"曲线和"阶梯形"曲线的规律,且对混合燃料热解过程的作用要优于对固定碳燃烧过程的作用;活化能的计算表明生物质焦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.     

不同自燃倾向性煤的氧化机理对比分析

为分析煤样的自燃发生发展过程以及实验煤样的自燃机理,研究从不同自燃倾向性煤样的氧化机理入手,选取具有不同自燃倾向性的阜生、五阳煤样进行实验,通过热重实验对比分析不同自燃倾向性煤样的特征温度、热失重速率及阶段质量变化率参数,并结合红外光谱实验对低温氧化过程中主要官能团的分布特征及随温度的变化规律进行对比分析。结果表明：不同自燃倾向性煤样的煤氧反应差别主要体现在热重实验的T2 -T3和T4 -T5两个阶段;硫对煤氧反应的影响主要体现为常温下发生氧化释放热,促进小分子化合物的氧化裂解,进而引发自燃;煤自燃特性与原始煤样中官能团的分布特征关系较小,主要由煤分子结构中的侧链体系（桥键、侧链基团及活性官能团）所决定,侧链体系作为直接与芳环骨架连接的煤分子结构,本身具有较高的化学活性,在氧化分解的过程中降低了煤分子结构的稳定性。     

燃煤固硫灰渣混凝土路面材料研究

降低农村公路造价具有重要的现实意义,利用地方工业固体废弃物是一种途径.通过对燃煤固硫灰渣胶凝系统的试验研究,结果表明:燃煤固硫灰渣表面疏松和阴离子聚合度低的特征,使其具有显著的火山灰效应,可与碱、硫酸盐激发剂组成胶凝系统,其中固硫灰渣占70%以上;掺加水泥和增大硫酸盐激发剂掺量能显著改善系统早期性能,硫酸盐掺量宜大于1.5%;燃煤固硫灰渣混凝土具有较好的强度性能和材料韧性,在农村公路中应用具有现实可行性.     

粉煤粒度对其燃烧特性的影响

就粉煤粒度对其燃烧特性的影响进行了实验研究，得到了粉煤燃烧火焰温度、粉煤颗粒燃烬度、燃烧产物中NOx生成量与粉煤粒度之间的关系。这些实验结果对进一步认识粉煤的燃烧机理、燃烧过程及其污染物排放具有重要意义。     

煤中掺混生物质混烧的热重分析及动力学特性

松木屑作为一种废弃的生物质资源,如能将其回收与煤粉掺混后作为锅炉燃料燃烧将具有重大的意义。利用热重分析仪研究了印尼煤与松木屑不同掺混比例(0%、15%、30%、45%、100%)对煤粉燃烧特性的影响,并计算出各掺混不同比例生物质下的动力学参数。结果表明:煤粉中掺混不同比例的松木屑燃烧后其着火温度提高,燃尽温度降低,综合燃烧特性指数降低;在掺混比例为15%时对煤的燃烧特性曲线影响不大,所以掺混15%的生物质是最合理的。随着生物质掺混比例的增加其活化能减少,频率因子降低,在掺混比例为15%时活化能最小,再增加比例后其活化能变化不大。不同掺混比例下反应活化能和频率因子之间存在动力学补偿效应。     

姚桥矿煤最短自然发火期实验和数值分析

针对目前煤炭自然的严重情况，利用大型煤低温自然发火实验台，对煤自然特性参数进行了测定和计算，确定了煤的自然发火期、临界温度、气体产生率、放热强度和极限参数，为煤自然过程的研究和煤自然火灾的预测和防治打下了基础。实验中所得数据能够很好的满足现场要求，实验精度在90％以上。     

无烟煤对高炉喷吹用混合煤燃烧性的影响

采用非等温热重分析法研究了5种单种煤及9种混合煤的燃烧特性,根据TG-DTG曲线得出各试验煤样的着火温度、燃尽温度、最大燃烧速率和平均燃烧速率,并进一步计算出其燃烧特性指数。探讨了不同无烟煤对高炉喷吹用混合煤燃烧性的影响,并对不同粒度区间的混合煤燃烧性进行了研究。结果表明,混合煤的燃烧性与配入单种煤的燃烧性相关,同时也受其可磨性的影响,当配入无烟煤的燃烧性能相近时,无烟煤对混合煤燃烧性的影响主要取决于无烟煤的可磨性。     

混煤燃烧特性的热重实验

将洞口和平煤分别与邵阳岩头岭、武冈龙坪老矿煤在不同配比下得到的混煤在STA449F3型热重分析仪中进行热重实验,利用热重分析法对两种不同掺烧方式下的混煤进行燃烧特性实验研究,分析两种掺混方式下混煤的着火温度和可燃性,并对其燃尽特性和综合燃烧特性进行研究,研究结果表明,各混煤的着火特性、燃烧特性和综合燃烧特性都是随着易着火煤种比例的增加而有所改善,通过对各项性能的分析,确定了混煤的最佳掺配比。