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热解温度对低阶煤半焦动态燃烧机理演变的影响

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煤炭转化 2024年

作者：何江永张洁邹冲杨永林郑娥闫龙榆林学院化学与化工学院西安建筑科技大学冶金工程学院

采用热分析仪并借助等转化率的方法，研究了热解温度为450 ℃，550 ℃，600 ℃，650 ℃，750 ℃时制备半焦的燃烧特性和动力学参数，进一步利用Malek方法对不同转化阶段活化能对应的机理函数进行了探究。结果表明：随着热解温度的升高... 详细信息

采用热分析仪并借助等转化率的方法，研究了热解温度为450 ℃，550 ℃，600 ℃，650 ℃，750 ℃时制备半焦的燃烧特性和动力学参数，进一步利用Malek方法对不同转化阶段活化能对应的机理函数进行了探究。结果表明：随着热解温度的升高，半焦的燃烧性能变差，燃烧所需活化能升高，在α＞0.5时，活化能与转化率的二阶导数趋于稳定。不同转化阶段的燃烧动力学机理存在差异，α＜0.5时，不同热解温度制备半焦的燃烧动力学机制均以化学反应G（a）=（1-a）-1-1为主，随着转化率的提高，燃烧动力学机理通过随机成核和随后生长的标准机理模型G（a）=[-ln（1-a）]2/3转变为以扩散为主要限制性环节的动力学机理模型；随着热解温度的升高，半焦燃烧过程中更容易在较低转化率时转化为以扩散为主要的限制性环节。

关键词：半焦燃烧性能活化能 Malek方法动力学机理

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热解气氛对所得半焦燃烧污染气体释放的影响

煤炭转化 2019年第1期42卷 31-39页

作者：王昱邹冲赵俊学马成何江永西安建筑科技大学冶金工程学院西安硕士生710055

采用热质联用技术,考察了不同热解气氛下制备的半焦在燃烧过程中污染气体的释放特征。结果表明:加入氢气、甲烷和一氧化碳的热解气氛与纯氮气气氛下热解制备半焦相比,SO_2,NO_2和CO的释放强度均有显著降低,这反映出还原性气体能促进含... 详细信息

采用热质联用技术,考察了不同热解气氛下制备的半焦在燃烧过程中污染气体的释放特征。结果表明:加入氢气、甲烷和一氧化碳的热解气氛与纯氮气气氛下热解制备半焦相比,SO_2,NO_2和CO的释放强度均有显著降低,这反映出还原性气体能促进含硫有机官能团、含氮有机官能团和部分含氧羧基官能团的断裂与释放;在还原气氛下制备的半焦在燃烧过程中污染气体的释放温度区间也有明显缩短,进一步说明了还原性热解气氛有助于降低半焦燃烧过程中污染气体的释放;此外,还原性气体还显著提高了半焦的放热量。因此,提高热解气氛中还原性气体比例,是实现半焦清洁燃烧的有效方法。

关键词：低温热解半焦燃烧热解气氛污染气体放热量

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低温干馏煤气/富氧大当量比燃烧热力学分析

煤炭转化 2021年第4期44卷 13-19页

作者：任萌萌赵俊学邹冲何江永张红西安建筑科技大学冶金工程学院西安710055

为明确煤气/富氧大当量比燃烧过程中煤气各可燃组分间氧化剂竞争机制及其对内热火焰温度和干馏介质成分的影响,对该反应体系进行了热力学分析。结果表明:各组分的燃烧优先度随反应温度而变化,低温(1143 K)下CH_(4)优先燃烧;除选择性燃烧... 详细信息

为明确煤气/富氧大当量比燃烧过程中煤气各可燃组分间氧化剂竞争机制及其对内热火焰温度和干馏介质成分的影响,对该反应体系进行了热力学分析。结果表明:各组分的燃烧优先度随反应温度而变化,低温(1143 K)下CH_(4)优先燃烧;除选择性燃烧外,甲烷化和甲烷重整反应在800 K~1000 K发生转变、水煤气反应平衡等因素共同决定了反应体系平衡组分中的xCH_(4)随温度升高而降低,xCO和xH_(2)随温度升高而升高且CO和H_(2)相互共存;各燃料组分的选择性燃烧及不完全燃烧产物间相互转化的热效应,导致绝热火焰温度差值高达550 K以上;CO_(2)稀释对平衡温度的降低作用大于H_(2)O稀释对平衡温度的降低作用,但H_(2)O稀释条件下平衡组分中的xH_(2)更高;当量比大于6时,当量比对平衡温度的影响减弱。实际工艺参数设计中可以适当降低当量比以提高干馏介质中的氢气含量,有助于加氢热解。

关键词：低温煤干馏热力学分析选择性燃烧大当量比富氧燃烧

高炉入炉焦/风口焦微观结构与气化反应性对比

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钢铁研究学报 2020年第6期32卷 452-461页

作者：曾志昊邹冲折媛杨军马成何江永西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

以同一座高炉2次休风所取的入炉焦和风口焦为研究对象,采用XRD、SEM-EDS、N2吸附、热分析等方法比较分析不同样品的碳化学结构、碱金属富集程度、孔隙结构、CO2气化反应性,探究了焦炭在高炉中反应性变化程度和影响因素。结果表明:风口... 详细信息

以同一座高炉2次休风所取的入炉焦和风口焦为研究对象,采用XRD、SEM-EDS、N2吸附、热分析等方法比较分析不同样品的碳化学结构、碱金属富集程度、孔隙结构、CO2气化反应性,探究了焦炭在高炉中反应性变化程度和影响因素。结果表明:风口焦炭与入炉焦炭相比,气化反应性显著升高,比表面积增大,碳结构有序化程度升高,碱金属含量提高;金属钾在风口焦炭边部的存在形式以可溶性盐为主,在焦炭内部以钾霞石为主;入炉焦各部位差异较小,而风口焦边部、中部、芯部的气化反应性和结构性质存在显著差异,表明其各部位在高炉中所经历的气化反应过程不同;风口焦中碱金属含量为影响气化反应性的最主要因素,次要影响因素为碳化学结构和孔隙结构。

关键词：风口焦碱金属微观结构气化反应性

低温干馏煤气/富氧大当量比燃烧实验及数值模拟研究

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煤炭转化 2021年第2期44卷 25-34页

作者：任萌萌马成赵俊学邹冲何江永西安建筑科技大学冶金工程学院西安710055

在内热式低温煤干馏中,引入富氧燃烧,同时提高煤气当量比,是在维持炉内温度分布基本不变的前提下提高煤气质量的有效途径。通过不同富氧比及不同尺寸烧嘴下的大当量比煤气/富氧燃烧实验结合数值模拟分析,探究了富氧低温干馏中的内热火... 详细信息

在内热式低温煤干馏中,引入富氧燃烧,同时提高煤气当量比,是在维持炉内温度分布基本不变的前提下提高煤气质量的有效途径。通过不同富氧比及不同尺寸烧嘴下的大当量比煤气/富氧燃烧实验结合数值模拟分析,探究了富氧低温干馏中的内热火焰温度分布特性及其受工艺条件和烧嘴尺寸的影响。结果表明:增大富氧比的同时增大燃料当量比可以维持平均火焰温度与空气助燃工况基本一致,但火焰锋面温度受局部当量比及流动条件影响;减小燃料及氧化剂射流的初始速度差,可以减缓组分混合、延长火焰并降低火焰锋面温度;煤气中三种气体按参与反应的速率快慢排序依次为氢气、一氧化碳、甲烷,随着燃烧反应进入湍流混合速率控制模式,组分间的选择性燃烧特征相对减弱。

关键词：煤低温干馏大当量比富氧燃烧温度场计算流体动力学

高炉喷吹用兰炭与煤粉非等温/等温燃烧热分析动力学研究

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煤炭转化 2022年第4期45卷 34-45页

作者：何江永邹冲赵俊学任萌萌李玺俞楠西安建筑科技大学冶金工程学院西安710055

采用热分析仪并借助等转化率的FOW(Flynn-Wall-Ozawa)方法和Malek方法(非等温燃烧)以及模式配合法(等温燃烧)比较研究了喷吹用兰炭和煤粉在非等温燃烧和等温燃烧条件下的燃烧特性、动力学参数和机理模型,其中非等温燃烧实验是在50 mL/mi... 详细信息

采用热分析仪并借助等转化率的FOW(Flynn-Wall-Ozawa)方法和Malek方法(非等温燃烧)以及模式配合法(等温燃烧)比较研究了喷吹用兰炭和煤粉在非等温燃烧和等温燃烧条件下的燃烧特性、动力学参数和机理模型,其中非等温燃烧实验是在50 mL/min的空气气氛下,在升温速率分别为5℃/min,10℃/min,20℃/min条件下升温至900℃;等温燃烧实验需预先将炉腔抽成真空,随后通入Ar,在分别达到预设温度1000℃,1100℃,1200℃之后切换成空气进行反应。结果表明:非等温燃烧与等温燃烧条件下两者的燃烧反应性顺序存在显著差异,非等温燃烧条件下燃烧反应性与挥发分含量关系密切,表现为挥发分含量高的Char 1#和Coal 1#的燃烧性能较好;等温燃烧条件下兰炭粉的燃烧性能优于喷吹煤粉的燃烧性能;非等温燃烧过程的机理模型较为复杂,反应级数与扩散模型能较好地模拟燃烧动力学过程;等温燃烧过程兰炭和喷吹煤粉均以扩散为动力学模型,传质成为燃烧过程的控速环节;等温燃烧表观活化能明显小于非等温燃烧表观活化能,表明以扩散为限制性环节的等温燃烧过程更容易发生;整体上看,兰炭燃烧反应的活化能普遍低于喷吹煤粉燃烧反应的活化能。

关键词：兰炭高炉喷吹燃烧性能机理模型活化能

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不同热解工艺下半焦的微观结构特点及其对燃烧性能的影响

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钢铁研究学报 2019年第7期31卷 601-611页

作者：康毅邹冲赵俊学何江永马成张小蕊西安建筑科技大学冶金工程学院

对比研究了3种直立内热炉半焦(熄焦方式分别为水泡熄焦、喷水熄焦及烟气干熄焦)及一种流化床热解半焦的微观结构及燃烧性能。通过对半焦组成、孔隙结构、有机官能团、碳化学结构及半焦微晶结构分析,获得了不同低温热解工艺半焦的组成及... 详细信息

对比研究了3种直立内热炉半焦(熄焦方式分别为水泡熄焦、喷水熄焦及烟气干熄焦)及一种流化床热解半焦的微观结构及燃烧性能。通过对半焦组成、孔隙结构、有机官能团、碳化学结构及半焦微晶结构分析,获得了不同低温热解工艺半焦的组成及微观结构特点,明确了组成及微观结构与燃烧性能之间的关系。结果表明,不同热解工艺半焦的组成和微观结构差异明显,其对半焦的燃烧性能影响显著。干熄焦碳化学结构缺陷比例大,快速热解半焦孔隙结构发0达、挥发分高,与水喷焦相比水泡焦石墨化程度低;水喷焦燃烧性能优于水泡焦,干法所得半焦的燃烧性优于湿法;半焦的挥发分含量决定其燃点,在快升温速率条件下孔隙结构对半焦的燃烧性能影响较大,而慢升温速率条件下有序化度对半焦的燃烧性能影响较大。

关键词：低阶煤低温热解半焦微观结构燃烧性能

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兰炭和喷吹煤组成与结构特征对可磨性的影响

钢铁 2020年第8期55卷 86-92,159页

作者：施瑞盟张龙邹冲吴浩何江永高雅琪西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055

低变质煤低温热解产物兰炭(半焦)用于高炉喷吹,可降低焦比,节约炼铁成本;但多数兰炭可磨性差,限制了其使用。以神木两种典型兰炭和两种喷吹煤为研究对象,分析比较了其破碎特征,采用XRF和XRD检测了兰炭和喷吹煤灰分中物相组成,采用SEM和... 详细信息

低变质煤低温热解产物兰炭(半焦)用于高炉喷吹,可降低焦比,节约炼铁成本;但多数兰炭可磨性差,限制了其使用。以神木两种典型兰炭和两种喷吹煤为研究对象,分析比较了其破碎特征,采用XRF和XRD检测了兰炭和喷吹煤灰分中物相组成,采用SEM和氮气吸附法研究了兰炭和喷吹煤的破碎形貌和微观结构。结果表明,喷吹煤的可磨性高于兰炭,烟煤可磨性最优;钙、硅含量与可磨性之间存在协同和抑制作用,即钙含量越多,可磨性越高,且钙元素主要以CaO形式存在,硅的作用则相反;喷吹煤表面致密平整,而兰炭表面孔隙结构发达。在球磨过程中,喷吹煤以体积粉碎为主,而兰炭则以表面粉碎为主,粉碎方式不同是两者可磨性差异大的主要原因。

关键词：兰炭高炉喷吹煤粉可磨性粒度分布

低阶煤热解条件对高炉喷吹半焦燃烧性能及动力学特性的影响

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过程工程学报 2020年第4期20卷 449-457页

作者：吴浩邹冲何江永王凯刘占伟师帅西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 舞阳钢铁有限责任公司炼铁厂河南平顶山462500

采用热重分析法研究了不同热解条件下半焦的燃烧性能和动力学特征,利用Ozawa法求取动力学参数。结果表明,热解温度越低、保温时间越短时,半焦的燃烧性能越好;热解升温速率对半焦燃烧过程的反应程度影响不大;粒度越大,燃烧性能差异性越... 详细信息

采用热重分析法研究了不同热解条件下半焦的燃烧性能和动力学特征,利用Ozawa法求取动力学参数。结果表明,热解温度越低、保温时间越短时,半焦的燃烧性能越好;热解升温速率对半焦燃烧过程的反应程度影响不大;粒度越大,燃烧性能差异性越明显。热解温度对半焦燃烧性能影响较大,550℃是本研究中制备高燃烧反应性半焦的适宜热解温度。两种不同粒度原煤制得的半焦均随转化率增大,活化能减小。1~3 mm原煤在热解温度为550℃时所得半焦在燃烧过程中符合反应级数模型,化学反应为限制性环节,反应最概然机理函数为f(α)=(1–α)~2。

关键词：热解条件半焦燃烧性能热重分析动力学特性