基于TG-FTIR的印染污泥与烟煤掺烧特性研究

采用热重红外联用仪研究了印染污泥与烟煤的掺混燃烧过程.结果表明:污泥燃烧存在3个主要阶段,分别对应于150~350℃区间纤维类挥发分的析出和燃烧、350~500℃区间细菌蛋白质等高分子有机质的燃烧以及500℃后无机染料矿物质的煅烧;烟煤中掺入印染污泥可提高着火特性,30%掺混时可降低着火点约20℃,同时综合燃烧特性指数下降;印染污泥燃烧初期活化能仅为70 k J/mol,燃烧后期活化能升至130~160 k J/mol;随烟煤中污泥添加量的增加,混合物初始阶段的活化能减小而后续燃烧阶段的活化能增大.综合分析发现,当污泥量低于20%时,对整体燃烧特性的影响较小.热重红外曲线表明:污泥与烟煤混合后,矿物质之间通过反应对污染物的行程产生影响;污泥灰分中的碱性氧化物以及起固硫催化作用的Fe_2O_3有利于将混合物中的硫固定在灰渣中;NO_x主要来源于燃料型NO_x的释放;由于污泥易于脱挥,析出小分子的可燃气体形成还原性气氛,有利于降低混合物燃烧前期NOx的生成.     

煤与生物质掺混燃烧特性

为实现能源高效清洁利用,利用热重分析法分别研究不同煤(兰炭、大同无烟煤)和生物质(稻壳、烟梗和玉米芯)以及二者混燃性能,分析生物质掺混种类、水洗预处理、掺混比例和升温速率对煤与生物质掺烧的着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性以及动力学特性的影响。结果表明:相比于煤单独燃烧,生物质与煤掺烧的着火温度和燃尽温度降低,煤的燃烧性能有所改善;预处理使燃烧曲线向高温区偏移,碱金属元素对燃料热解燃烧存在催化作用;随着稻壳掺混比例的提高,煤与生物质掺烧特性得到进一步提升,混合燃料反应活化能降低;提高升温速率,兰炭与稻壳燃烧曲线向高温区移动,综合燃烧特性指数增大,混合燃料反应活化能进一步减小;30%稻壳和70%兰炭混合燃料在升温速率20℃/min下燃烧产生协同效应。实验结果为煤和生物质在火力发电行业的应用提供参考和理论依据。     

胜利油田含油污泥的燃烧特性分析

依据胜利油田含油污泥的自身性质,以含油污泥的热重试验为基础,对比分析了含油污泥燃烧与热解的热重曲线,采用热重-微商热重(TG-DTG)法确定了不同升温速率条件下的着火温度和燃尽温度,利用Coats-Redfern积分法求解含油污泥的指前因子和表观活化能,并进一步分析升温速率对含油污泥燃烧特性的影响.结果表明:随着升温速率增加,燃烧速率、着火温度和燃尽温度不断提高,含油污泥的指前因子和表观活化能有所增大.     

用TG-DTG-DSC研究生物质的燃烧特性

利用TG-DTG-DSC(热重-微分热重-差示扫描量热法)热分析联用技术,对生物质稻杆(DG)、麦杆(MG)和油菜杆(YCG)分别在10℃/min,20℃/min和40℃/min升温速率条件下的燃烧动力学特性进行了研究.考察了其着火温度、最大失重速率和燃尽温度等燃烧特征参数,计算了综合燃烧特性指数和燃烧动力学参数.结果表明:随着升温速率由10℃/min增加到40℃/min,其最大失重速率和最大失热量分别增加了3倍和1.5倍左右,综合燃烧特性指数增加了13～16倍,活化能在其不同燃烧区段相差5～30kJ/mol.     

气化松焦油在SiO_2作用下的燃烧特性及燃烧动力学

为研究生物质气化焦油在SiO_2作用下的燃烧特性,用松树皮在水冷式固定床生物质气化炉进行气化实验,将炉膛内黏附的焦油在SiO_2作用下进行热质量实验,并进行燃烧特性分析及动力学分析。研究结果表明:少量的SiO_2能改善气化松焦油的可燃性、稳燃性和燃尽性;当添加剂质量达到焦油质量的18.7%左右时,可燃性和稳燃性迅速下降,试样的燃尽性达到最佳;少量SiO_2的加入在水分及轻质油挥发阶段增加了吸热量,在燃烧阶段活化能从14.75 k J/mol下降到8.85 k J/mol;SiO_2质量与焦油质量的比值不能过大,否则过多的吸热量仍将影响其着火及燃尽特性。     

天津市政污泥热解及燃烧动力学特性的分析

利用热重分析仪,在氮气和空气气氛下分别对天津市政污泥进行热分析实验,并采用热重、微分热重、差示扫描量热等方法分析了市政污泥的热解特性及燃烧特性.实验结果表明城市污泥燃烧热反应可分为4个阶段:水分蒸发析出、污泥有机挥发成分析出燃烧、污泥有机质及固定碳燃烧、燃烧残余物及难分解物的分解.在实验条件下,污泥样品着火温度为277.5,℃,燃尽温度为540,℃.建立了天津市政污泥燃烧动力学模型,采用连续两方程拟合的方式,得到了上述主要阶段的表观活化能Ea和指前因子A.     

含油污泥与煤共热解特性的研究

采用热重分析方法分别对含油污泥、煤及其混合试样在氩气气氛下的热解特性进行了实验研究.分析了含油污泥、煤及其混合燃料的热解机理,通过对实验数据进行处理计算,确定了其表观活化能、频率因子和质量平均活化能等反应动力学参数.实验结果表明:含油污泥与煤的热解过程分为4个阶段,各阶段的热解反应十分复杂;在混合试样的热解过程中,含油污泥与煤在200～700℃基本保持各自的热解特性,在700℃以上发生热解的协同作用,含油污泥-煤混合燃料热解温度范围增大;各试样热解反应表观活化能计算结果与上述结论吻合;混合试样的质量平均活化能比含油污泥和煤单一组分的都低,含油污泥与煤的混合热解在一定程度上形成了2种组分的互补和促进,获得了一种热解性能更好的燃料.     

预处理对兰炭燃烧性能的影响

针对兰炭中碱金属含量过高,燃用中会出现严重的结渣问题,采用热重分析法研究不同预处理方式对兰炭燃烧特性的影响.研究表明,碱金属对兰炭热解燃烧存在催化作用,所以预处理使燃烧热重(thermogvimetry,TG)和微热重(derivative thermogvimetry,DTG)曲线向高温区偏移,燃尽温度和最大燃烧温度升高,水洗和酸洗后综合燃烧特性指数减小,但酸洗降低程度较小.兰炭经过液固比为30、45水洗后,活化能约提高4.56 kJ/mol,经过40、70℃热水水洗后,活化能约降低5.06 kJ/mol.兰炭经过不同液固比和不同温度热水水洗后活化能差别不大,但经不同质量分数盐酸洗涤后,活化能降低幅度差异较大.实验结果可为兰炭在火力发电行业应用提供参考.     

不同加热速率和粒径下城市污泥燃烧特性的实验研究

在热重分析仪上进行了城市污泥的燃烧实验,研究了在不同的加热速率(10℃/min、20℃/min、30℃/min)和不同的粒径(60~80目、80~100目和120目)的条件下的污泥燃烧特性,并求取了反应动力学参数。发现污泥的燃烧过程可以当成由三部分组成:水分的蒸发、挥发分逸出及燃烧、挥发分燃尽及固定碳燃烧,加热速率及粒径大小均会影响反应动力学参数,但加热速率的影响并不明显,而粒径的减小会使反应活化能降低。     

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。     

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.     

H_(12)MDI氨酯化反应动力学

依据—NCO与—OH二级反应特性,建立了动力学方程。采用二正丁胺滴定法,分别研究了4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(H_(12)MDI)与聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)、1,4-丁二醇(BDO)在不同温度下的反应特性。研究结果表明:H_(12)MDI与PTMG、PBA和BDO反应活化能E a分别为60.9 k J/mol、113.0 k J/mol和42.2 k J/mol,H_(12)MDI与醇类化合物反应时活性较低。     

劣质混煤的热解与燃烧特性

利用热重法研究了洗选煤矸石与洗中煤混合而成的劣质混煤的热解与燃烧特性,获得了着火温度、燃尽温度、综合燃烧特性指数、燃尽指数等特征参数,通过动力学分析得到了活化能与频率因子等参数。研究结果对优化循环流化床锅炉的运行、节约燃料减少污染排放具有重要意义。     

油页岩干馏残渣与含油污泥混烧特性

采用热重红外联用技术对油页岩干馏过程中产生的两种固体废弃物油页岩干馏残渣和含油污泥进行混烧实验,通过分析燃烧特性曲线、燃烧特性参数、混烧协同作用、样品中各组分的燃烧特性、混烧动力学参数及气体产物的析出特性,对两种固体废弃物的混烧特性进行了研究。结果表明,油页岩干馏残渣和含油污泥的混烧过程可分为三个阶段。含油污泥的掺入改善了干馏残渣的燃烧状况。干馏残渣与含油污泥的混烧协同作用主要发生在第一阶段和第二阶段。干馏残渣和含油污泥在不同燃烧条件下会出现相互促进或相互抑制的现象。高斯分峰拟合结果表明,混烧过程可分为五个燃烧子反应。基于高斯分峰拟合的Coats-Redfern法计算结果表明,各样品以及各样品中各组分的活化能均不同。含油污泥比例的变化对5个燃烧子反应的影响不同。Friedman法计算结果表明,三个混烧阶段的活化能分别处于50～150、150～200、250～350 k J/mol内。含油污泥促进了干馏残渣的前期和中期的燃烧,但没有改善其后期的燃烧。红外技术分析结果表明,各样品的气体析出规律一致。CO与CO_2排放量的相对值与含油污泥比例不成正比,表明高含油污泥比例不利于充分燃烧。     

不同粒径城市污泥热解和燃烧动力学研究

采用德国耐驰公司STA 409pc热重分析仪,对3个不同粒径的污泥颗粒(d≤0.25mm,0.25mm0.83mm)以升温速率20℃/min在纯氮和空气气氛中进行实验,并对污泥进行了元素分析和工业分析,对金属的含量进行测定.采用MATLAB 7.11.0(R2010b)中的surface fitting tool进行平面拟合的方法计算了相关的动力学参数.结果表明,污泥的热解可以分为3个阶段:水析出阶段(100～180℃)、挥发份热解阶段(205～550℃)和部分难挥发有机物与无机物的降解阶段(550～900℃).而污泥的燃烧可以分为4个阶段:水析出阶段(100～180℃)、挥发份的燃烧阶段(180～475℃)、碳燃烧阶段(475～595℃)和无机盐分解阶段(595～900℃).不同粒径下污泥热解第2阶段活化能约为48kJ/mol,反应级数为1.5～1.8.燃烧第2阶段的活化能约为33kJ/mol,反应级数为1.1～1.8.燃烧第3阶段活化能约为176kJ/mol,反应级数为1.1～1.2.     

挤塑聚苯乙烯泡沫热解特性和动力学研究

基于热重红外分析仪对挤塑聚苯乙烯泡沫(XPS)的热解特性和动力学机理进行研究。在空气和氮气气氛下选取10、20、40、50℃/mim四种升温速率。改进的Vyazovkin方法用于计算XPS热解的活化能,多元非线性回归方法用于确定动力学模型和相应的动力学参数。结果表明,随着转化率的增加,XPS在空气中分解的活化能由128.3 k J/mol增加到159.2 k J/mol;而在氮气中XPS分解的活化能维持在171.1 k J/mol左右。XPS在空气中热解为连续的两步反应,可分别由二级反应模型(F2)和简单的Prout-Tompkins方程(B1)描述。在氮气中分解为单步反应,可由三维相界反应模型(R3)描述。通过对比非等温和等温条件下实验和计算得到的热重曲线,对反应动力学模型进行了验证。     

生物质与煤的混合燃烧实验研究

为了解生物质和煤的混燃特性,利用热天平对生物质、煤及其混合试样进行了热重实验研究,考察各试样的着火温度、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,并对实验数据进行了分析处理,求出了反应的动力学参数活化能E和频率因子A.结果表明,同烟煤比较,生物质有较低的燃烧特征温度和较快的燃烧速率;在烟煤中加入生物质共燃后,着火燃烧提前,同时可以获得更好的燃尽特性.     

固化剂对环氧沥青固化反应动力学的影响研究

采用示差扫描量热法(DSC)研究利用癸二酸、甲基四氢苯(Me THPA)和桐油酸酐(TOA)用为固化剂时所制备的环氧沥青的固化过程,得到固化反应的表观活化能Ea、频率因子A和反应级数n等动力学参数,并计算出该环氧沥青材料的起始固化温度、固化温度和后固化温度等固化参数.研究发现:试样Ⅰ(只采用癸二酸作为固化剂)、Ⅱ(采用癸二酸和甲基四氢苯复配作为固化剂)、Ⅲ(采用癸二酸、甲基四氢苯和桐油酸酐复配作为固化剂)的反应活化能Ea分别为81.29 k J/mol、67.61 k J/mol和70.41 k J/mol,频率因子A分别为32.87×104、1.30×104和3.57×104,反应级数n分别为0.91、1.00和0.89;3种试样的开始固化温度T0分别为392.09 K、382.46 K和399.83 K,恒温固化温度Tp分别为458.60K、455.36 K和441.55 K,固化完成温度Ti分别为524.38 K、520.60 K和519.26 K,综合对比而言,试样Ⅲ更适合实际的工程应用.     

烘焙芝麻秸秆与煤混合燃烧特性及动力学研究

文章以烘焙芝麻秸秆(torrefied sesame straw, TSS)和煤为研究对象，通过热重分析法研究不同掺混比例和不同升温速率下样品的燃烧特性，利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法计算样品的活化能大小。研究结果表明：烘焙预处理有利于燃烧反应的进行；烘焙芝麻秸秆的掺混有助于改善混合物样品的燃烧性能；升温速率的提高会产生热滞后现象，但对样品的总失重影响不大；烘焙芝麻秸秆与煤混合燃烧时会出现协同效应，且高温阶段更加显著；烘焙芝麻秸秆掺混比为70%的混合物样品活化能最小，FWO法和KAS法计算的活化能分别为60.51、51.43 kJ/mol。     

城市污泥燃烧特性的实验研究

在热重分析仪上进行了城市污泥的燃烧实验,研究了在不同的加热速率（10℃/min、20℃/min、30℃/min）和不同的粒径（60-80目、80-100目和>120目）的条件下的污泥燃烧特性,并求取了反应动力学参数。发现污泥的燃烧过程可以当成由三部分组成：水分的蒸发、挥发分逸出及燃烧、挥发分燃尽及固定碳燃烧,加热速率及粒径大小均会影响反应动力学参数,但前者的影响并不明显,后者的减小会使反应活化能降低。