煤燃烧过程中的热应力破碎的研究

从理论上分析了煤燃烧过程中热应力破碎的特性．结果表明煤颗粒的抗压强度越小、煤的热传导系数越小、颗粒越大、炉膛内的温度越高、烟气对颗粒的传热性能越好,煤颗粒越容易或越早破碎．对于小颗粒的情况,尽管颗粒内部的温度梯度很小,但是由于温度的瞬时巨大的变化,在极短的时间内颗粒内部还是产生很大的应力,使得颗粒可能发生破碎。     

燃烧效果最佳的混煤喷吹配比计算方法

在归纳和比较常用高炉喷吹配煤方法的基础上,以计算法配煤的思想为指导,提出了以实现最佳燃烧效果为目标的混煤模型.通过曲线拟合得到混煤着火点随高挥发分煤种配比增大而减小的关系曲线,混煤着火点下降速率减小到某一较小值时的混煤比例即为该煤种组合燃烧效果最佳的比例.应用该方法对四组不同煤种组合混煤进行配比优化,经静态燃烧性实验证明,该计算法所得结果准确可靠,有一定实用性.     

燃煤锅炉PM微尺度流体力学研究模型初探

构建了燃煤锅炉及烟道内可吸入颗粒物的流动模型的框架，模型包含颗粒碰撞、凝并、冷凝、成核、破碎、化学反应等物理化学过程．提出了该模型的研究思路和研究方法，列出了研究的重点和关键问题，给出了颗粒数密度变化函数，为研究可吸入颗粒物的流动模型奠定了基础．     

Progress of energy system with chemical-looping combustion

Chemical-looping combustion with zero energy penalty of CO₂ separation is a significant breakthrough in resolving energy and environment problems for power generation systems. This paper summarizes the research on energy systems with chemical-looping combustion conducted in recent years, discloses the underlying mechanism of energy release of chemical-looping combustion, describes the trends of the key technology development, and presents the proposed chemical-looping combustion thermal cycles. This paper may provide a new direction to the synthesis of the next-generation energy system compatible with environment. Supported by the Natural Scientific Foundation of China (Grant Nos. 50520140517 and 50836005)     

Physicochemical properties and potential health effects of nanoparticles from pulverized coal combustion

Nanoparticles are thought to induce more severe health impacts than larger particles. The nanoparticles from coal-fired boilers are classified into three size fractions with a 13-stage low pressure impactor. Their physicochemical properties are characterized by the high-resolution field emission scanning electron microscope and X-ray fluorescence spectrometer (XRF). The results show that coal-derived nanoparticles mainly consist of individual primary particles of 20–150 nm and their aggregates. Inorganic nanoparticles primarily contain ash-forming elements and their aggregates have a dense structure. Organic nanoparticles are dominated by the element carbon and their aggregates have a loose structure. Nanoparticles from the same boiler have a similar composition and are primarily composed of sulfur, refractory elements and alkali/alkaline elements. Some transition and heavy metals are also detected. For different boilers, greater differences are observed in the production of the nanoparticles and their composition, possibly due to the use of low-NO _x burners. Coal-derived nanoparticles have a small size, large specific surface area and complicated chemical composition, and thus are potentially more harmful to human health. Supported by National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50721005, 50706013 and 50720145604)     

济南市春季大气中PM2.5、PM10颗粒物分布状态及元素分析

采用扫描电镜和能谱仪对济南市区春季大气中PM_(2.5)、PM_(10)颗粒物的显微形貌、粒径分布和化学元素进行连续30 d全天候研究,对大气颗粒物的粒径与数量进行统计回归分析,绘制相应粒径变化柱状图。依据检出的元素来推断大气颗粒物化学组成和来源,提出控制大气颗粒物PM2.5、PM10污染的有效对策。实验结果显示,大气颗粒物显微形态有球状、片状、棒状等不同形状且主要集中于0～1.0μm和1.0～2.5μm粒径范围,检出C、O、Cl、Si、Ca、K、Na、Mg、Al、Fe、S等多种化学元素,大多以矿物质氧化物、硫酸盐、硅铝酸盐等形式存在,主要来源于土壤尘、风沙尘、燃煤飞灰等。该方法简单、快速、科学,值得进一步推广应用。     

煤焦膨胀特性与残灰颗粒物的形成

研究了煤焦的膨胀特性及其对1~5μm残灰颗粒物生成的影响.将一种烟煤筛分为小于63μm,[63~100)μm和[100~200)μm三种粒径,并在实验室沉降炉中进行了热解和燃烧实验,反应温度分别为1 373 K,1 523 K和1 673 K.利用激光粒度分析仪和扫描电子显微镜等对热解和燃烧产物进行了分析.研究结果表明,该种烟煤由于含有较高的镜质组成分,在热解过程中表现出明显的膨胀特性,而且煤粉粒径越小,其镜质组含量越高,因此在热解过程中膨胀越厉害,形成的煤胞型颗粒越多.膨胀厉害的煤焦在燃烧过程中很容易发生破碎,形成更多的1~5μm残灰颗粒物.     

TGA-MS联合技术研究煤中氯含量与氯的析出特征之间的关系

借助TGA-MS技术研究了煤中的氯含量(高氯、中氯、低氯煤)对煤在燃烧时氯的析出特征的影响.MS的结果表明,HCl第一个析出峰是一个热作用过程,这部分氯是以离子状态存在于煤的内表面上,第二个HCl析出峰与煤的变质程度有关,而氯则是与煤的有机结构相连,当煤燃烧时,以HCl形式与CO2、SO2、H2O一起析出.第三个HCl析出峰是由于煤中无机氯化物而导致的.     

燃烧过程中铅颗粒粒径分布的实验研究

使用高3.4m、内径0.15m的一维炉实验台,对燃烧中铅颗粒的粒径分布进行实验研究。铅元素以醋酸铅溶液的形式通过空气雾化引入到燃烧液化石油气的炉膛中。使用切割粒径从0.48~12.63μm的8级A ndersen撞击器和切割粒径从0.030~10.0μm的12级静电低压撞击器(ELP I)进行采样,同时对铅颗粒物的质量浓度粒径分布和数量浓度粒径分布进行了测量。使用场发射扫描电镜(FESEM)对铅颗粒微观形貌进行了观察。结果表明:在质量方面,铅颗粒主要集中在亚微米区间,质量浓度的峰值在0.2~0.6μm之间;在数量方面,铅颗粒主要集中在0.03~0.4μm区间,数量浓度的峰值在0.2~0.3μm之间。     

燃烧过程中铅颗粒粒径分布的实验研究

使用高3.4m、内径0.15m的一维炉实验台,对燃烧中铅颗粒的粒径分布进行了实验研究。铅元素以醋酸铅溶液的形式通过空气雾化引入到燃烧液化石油气的炉膛中。使用切割粒径从0.48～12.63μm的8级Andersen撞击器和切割粒径从0.030～10.0μm的12级静电低压撞击器(ELPI)进行采样,同时对铅颗粒物的质量浓度粒径分布和数量浓度粒径分布进行了测量。使用场发射扫描电镜(FESEM)对铅颗粒微观形貌进行了观察。结果表明,在质量方面,铅颗粒主要集中在亚微米区间,质量浓度的峰值在0.2～0.6μm之间;在数量方面,铅颗粒主要集中在0.03～0.4μm区间,数量浓度的峰值在0.2～0.3μm之间。     

CO2-水-方解石相互作用后岩石表观形貌及渗透率变化特征

将CO_2注入地下油藏用于驱替原油是减少温室气体的排放及提高原油采收率的一种有效方法。CO_2注入地层后会与地层流体和岩石发生反应,其中岩石组成中的碳酸盐矿物极易与CO_2和水发生反应导致储层岩石物性发生改变。论文以方解石为代表样品,采用X射线衍射仪(XRD),电诱导双等离子体原子排放光谱测定仪(ICP-AES),扫描电镜(SEM)及在5 MPa压力下填砂模型的试验方法进行评价,分别考察了方解石的矿物学性质、CO_2-水-方解石反应前后方解石的表面物性、反应前后溶液的离子浓度变化及方解石填砂模型与CO_2、水反应后渗透率的变化。实验结果表明,与CO_2和水反应后,方解石出现溶蚀现象;反应压力增加,方解石溶蚀现象增加,反应后溶液中Ca~(2+)、HCO_3~-浓度增加;反应温度增加,方解石溶蚀现象增加,反应后溶液中Ca~(2+)、HCO_3~-浓度先增加,后降低;与CO_2和水反应后的方解石/石英砂填砂模型水测渗透率增加。     

煤燃烧过程中碱土金属化合物的固氟实验究

为了开发高效燃烧固氟剂，通过实验研究了碱土金属化合物的燃烧固氟效果。结果表明：ⅡA族碱土金属的碳酸盐和氢氧化物对煤中氟的析出均有不同程度的固定作用。且随ⅡA族元素原子序数的增大，其化合物的固氟效果越好。根据廉价易得、广泛可取的原则，吸收剂的选取以钙基碳酸盐和氢氧化物最为合适。燃烧温度和停留时间对钙基吸收剂固氟效果有较大的影响，在燃烧固氟实际中，应针对不同燃烧方式选用相应类型的钙基固氟剂或开发耐高温固氟剂。     

灰分对煤自燃特性影响的实验研究

为了研究灰分对煤自燃能力的影响作用,利用绝热氧化实验装置对不同灰分含量煤样进行升温氧化实验,采用R_(70)、T_(CPT)、B3种指标表征灰分含量对煤样自发氧化过程的影响。结果表明:1)灰分含量越大,煤样低温氧化阶段温升速率越小,温升加速点温度越高,煤样的自发氧化过程越慢,煤越不易自燃;灰分含量大于40%后,煤自燃倾向性快速减弱。温升加速点是反应微观信息的零活化能温度的宏观累计结果,具有直观且滞后的特点。灰分越大,滞后越明显,温差越大。2)R_(70)、T_(CPT)、B3种指标与灰分关系表现为二次函数。R_(70)和T_(CPT)两种指标显示灰分越大,自燃倾向性越弱,与实践经验相符。受水分权重影响,B指标显示煤样在灰分小于40%时,灰分越大,煤样自燃倾向性越强,这与实践经验相悖。因此,B在判定灰分对煤样自燃倾向性的影响时具有一定的局限性。     

配煤降低淮南煤灰熔点的研究及机理初探

通过配煤的方法,对高灰熔融性淮南煤与4种低灰熔融性煤进行配加,可以显著的降低淮南煤的高灰熔点。配煤灰熔点的变化不是两种单煤灰熔点简单的加和关系,而是非线性的关系,配煤灰熔点与煤灰组成之间也有很大的关系。通过灰样及熔渣的红外光谱分析,初步探讨灰熔融性变化机理。     

煤燃烧过程中痕量元素分布规律的实验研究

以流化床燃煤过程为研究对象，在实验室小型一维煤粉燃烧炉上进行实验，研究了煤燃烧过程中痕量元素的排放特点．实验模拟流化床低温燃烧的特点，采用焦作无烟煤、西山贫煤、六盘水贫煤、萍乡烟煤、平顶山烟煤和小龙潭褐煤等6种典型煤分别在650℃，800℃和950℃3个工况下燃烧，结果表明Hg在灰中几乎不富集，是易挥发的痕量重金属元素；Pb在灰中的含量随温度升高有下降的趋势，部分富集在细微颗粒上随烟气排出；Cr和CA两种痕量元素大部分留在灰渣中，不易挥发。     

煤燃烧固氟技术的工业试验

采用热力学计算分析煤燃烧过程中钙基固氟剂固氟反应平衡过程，探讨钙基固氟剂燃烧固氟的可行性及耐高温复合钙基固氟剂的开发原理，进行钙基固氟剂流化床和链条炉燃烧固氟工业试验。结果表明：流化床燃烧时石灰石固氟效果明显，在Ca／F=60～70时，脱氟率可达66．70％～70．00％，石灰石的添加量和粒度对固氟效果有显著的影响。对于工业链条炉，利用工业废料开发的耐高温复合钙基固氟剂固氟效果显著，在Ca／F=65—80时，脱氟率达57．32％～75．19％，在燃煤过程添加石灰石和钙基固氟剂具有固氟固硫的双重作用。     

煤燃烧过程中钙基材料除砷脱硫的试验研究

文章以贵州高砷煤为研究对象,运用固定床管式炉对钙基材料在煤燃烧过程中的除砷脱硫性能及影响因素进行了系统研究,并对燃煤灰渣进行了X-射线衍射分析和扫描电镜观察,简单地探讨了钙基材料的除砷脱硫机理。实验结果表明:在燃烧温度为1 050℃,钙基材料用量n(Ca)/n(S)=2.0时,粒径越小的钙基材料除砷脱硫效果越好,钙基材料在一定的条件下具有良好的同时除砷脱硫的性能;其除砷脱硫的机理是钙基材料的加入促进了As2O3和SO2的扩散,并且与As2O3和SO2生成了Ca3(AsO4)2和CaSO4以固相停留在燃煤灰渣中,从而降低了砷和硫挥发进入大气的程度。     

城市森林对大气颗粒物(尤其PM2.5)调控作用研究进展

随着工业化进程的加快,近年来大气颗粒物已成为我国城市大气的主要污染物, 其中PM_2.5备受关注,如何有效降低PM_2.5对城市环境的危害已成为亟须解决的问题。笔者阐述了城市森林植被对大气颗粒物的减尘、滞尘、阻尘等的作用机制,从植被个体层面讨论了植物叶表面形态特征对阻滞大气颗粒物影响研究的最新进展,分析了大气颗粒物对植被生长发育的影响,以及不同树种对大气颗粒物(尤其PM_2.5)的滞留能力; 从森林植被层面分析了森林植被对大气颗粒物的调控作用研究进展,比较了不同植被类型阻滞大气颗粒物的效益。总结认为,在今后的研究中应根据不同区域筛选区域代表树种,对各代表树种阻滞吸收颗粒物的效果进行定量分析,明确各个树种单位面积吸附颗粒物的滞留量,并根据区域大气颗粒物中的主要化学成分,有针对性地挑选易于吸收相对应化学物质的植被类型。     

Fe_2O_3对煤焦热解反应的催化作用研究

采用热分析仪、滴管炉等研究了Fe_2O_3对煤焦热解过程的催化作用,借助XRD分析了Fe_2O_3在不同反应温度下的转变产物。结果表明,添加Fe_2O_3后煤焦热解吸热量明显下降,生成烟气中CO、CO_2含量显著上升;Fe_2O_3在1000℃和1100℃时的主要转化产物分别为Fe_3O_4和FeO,在1200℃时转变为Fe_3O_4、FeO和Fe。     

超临界CO2对无烟煤孔隙结构影响的实验研究

通过实验室自主研发的超临界CO_2高压加压装置,对临涣矿区的无烟煤进行处理,获得对比煤样。采用压汞法测试了超临界CO_2处理前后煤孔隙的变化情况,获得了处理前后无烟煤孔隙结构的关键参数;同时对进退汞曲线进行分析,进而研究了孔径分布的变化规律。研究结果表明:超临界CO_2处理后的无烟煤在微孔阶段(3~10 nm)多峰现象明显减少,孔隙分布更加连续,大孔阶段(≥1 000 nm)的进汞量明显高于处理前的曲线,大孔和可见孔数量增多。无烟煤的孔隙度和总孔容在处理后增幅达到0.2336%和6.4%;超临界CO_2在一定程度上促进了无烟煤的渗流孔的发育,抑制了吸附孔的发育。