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基于灰熔融温度的煤燃烧铅释放预测模型

中国电机工程学报 2023年第8期43卷 3071-3082页

作者：宋国畅徐文婷宋蔷清华大学能源与动力工程系北京市海淀区100084

铅(Pb)在煤燃烧过程中的迁移转化影响其排放特征。研究使用固定床实验系统,在1100~1300℃开展47种煤的燃烧实验,通过煤及燃烧产物的表征,分析煤中Pb经历高温燃烧的迁移行为。研究发现,不同煤种燃烧时Pb的释放比例有显著差异,整体呈现随... 详细信息

铅(Pb)在煤燃烧过程中的迁移转化影响其排放特征。研究使用固定床实验系统,在1100~1300℃开展47种煤的燃烧实验,通过煤及燃烧产物的表征,分析煤中Pb经历高温燃烧的迁移行为。研究发现,不同煤种燃烧时Pb的释放比例有显著差异,整体呈现随温度升高而增加的趋势,至1300℃时Pb基本完全释放。煤中Pb主要以碳酸盐及氧化物结合态、硫化物结合态和残渣态形式存在,各结合态Pb在煤燃烧过程中均不稳定,部分释放至气相,其余部分转化为残渣态保留在灰中。Pb在灰中的保留比例与灰的熔融程度有良好相关性。借鉴基于灰分组成的灰熔融温度预测公式,结合多煤种实验数据,建立煤燃烧Pb释放比例的预测模型,该公式对实验用煤种预测的相对偏差在-9.1%~19.3%。

关键词：铅释放煤燃烧预测模型灰熔融

磷酸二氢钙对玉米秆灰熔融烧结特性的影响研究

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化工学报 2020年第7期71卷 3313-3321页

作者：朱有健张显显陈奕名吴学红杨海平陈汉平郑州轻工业大学能源与动力工程学院河南郑州450002 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

农业秸秆通常含有较高的碱金属,在燃烧过程中易造成锅炉高温熔融烧结问题,影响锅炉正常运行。使用灰熔点测试仪并结合灰样烧结度测试研究磷酸二氢钙添加剂对玉米秆灰熔融烧结特性的影响规律。此外,使用固定床管式炉研究了磷酸二氢钙与... 详细信息

农业秸秆通常含有较高的碱金属,在燃烧过程中易造成锅炉高温熔融烧结问题,影响锅炉正常运行。使用灰熔点测试仪并结合灰样烧结度测试研究磷酸二氢钙添加剂对玉米秆灰熔融烧结特性的影响规律。此外,使用固定床管式炉研究了磷酸二氢钙与两种不同钾盐之间的反应特性。结果表明燃烧温度和磷酸二氢钙与钾盐混合比例对反应产物影响显著。在碱金属盐过量时,磷酸二氢钙与碱金属盐在温度高于300℃时开始反应,300~600℃产物以Ca2P2O7、Ca(PO3)2、KCa(PO3)3为主,700~900℃反应产物主要为K2CaP2O7。当磷酸二氢钙过量时,除磷酸二氢钙与钾盐的反应外同时存在磷酸二氢钙的高温分解反应以及反应产物间的二次反应。此外,研究发现磷酸二氢钙与K2CO3的反应活性显著高于KCl。在玉米秆中添加磷酸二氢钙后可在灰分中形成高熔点的Ca9MgK(PO4)7和CaKPO4,显著提高生物质灰的熔融温度并在实验温度范围内有效缓解玉米秆的熔融烧结。研究成果可为磷基添加剂在缓解生物质锅炉灰熔融烧结中的应用提供理论指导。

关键词：磷酸二氢钙灰熔融烧结特性熔融温度碱金属盐反应产物玉米秆二次反应

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循环流化床气化细粉灰熔融特性研究

燃料化学学报 2018年第3期46卷 273-282页

作者：邓鸿翔任强强张玉魁中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

利用灰熔融性测定仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了温度、气氛、残炭含量对茌平、宿迁循环流化床气化细粉灰熔融特性的影响。结果表明,弱还原气氛下两种气化细粉灰的熔融温度最低。高温下莫来石的出现导致宿迁气化细粉灰灰熔点明... 详细信息

利用灰熔融性测定仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了温度、气氛、残炭含量对茌平、宿迁循环流化床气化细粉灰熔融特性的影响。结果表明,弱还原气氛下两种气化细粉灰的熔融温度最低。高温下莫来石的出现导致宿迁气化细粉灰灰熔点明显高于茌平气化细粉灰。两种循环流化床气化细粉灰的熔融特征温度均随着残炭含量的上升而升高,当残炭含量超过3%,温度超过1300℃时,两种气化细粉灰均会产生碳硅石。碳硅石的存在是使气化细粉灰熔融性变差的主要原因。

关键词：循环流化床煤气化气化细粉灰灰熔融残炭

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高温下灰熔融对神府煤焦反应活性的影响

煤炭转化 2006年第4期29卷 41-45页

作者：吴诗勇顾菁李莉吴幼青高晋生华东理工大学能源化工系上海博士生200237

采用慢速和快速两种升温速率,在热解温度为950℃～1500℃范围内制得各种神府煤焦,通过酸洗脱灰处理制得相应的脱灰焦,并采用扫描电镜对原煤焦及其脱灰焦表面灰熔融状况进行观察,结果发现:慢速和快速两种热解条件下,随热解温度提高,灰的... 详细信息

采用慢速和快速两种升温速率,在热解温度为950℃～1500℃范围内制得各种神府煤焦,通过酸洗脱灰处理制得相应的脱灰焦,并采用扫描电镜对原煤焦及其脱灰焦表面灰熔融状况进行观察,结果发现:慢速和快速两种热解条件下,随热解温度提高,灰的熔融状况不同;对原焦样酸洗脱灰处理只能除去表面的部分矿物质;同时,采用等温热重分析法,在反应温度为950℃～1400℃条件下,分别考察了灰未熔融热解煤焦(RP950和SP950)和灰熔融热解煤焦(SP1400和RP1400)脱灰前后的CO2气化反应性.对于灰未熔融热解煤焦脱灰后,其反应活性变化不大,在低反应温时略有下降,而在高反应温度时略有增加.对于灰熔融热解煤焦脱灰后,在整个反应温度范围内,反应活性明显增加,增加的程度取决于反应温度.灰熔融和未熔融热解煤焦及其脱灰焦的气化反应过程都是从低温的化学控制转变到高温的扩散控制.

关键词：煤焦气化反应活性灰熔融

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煤中矿物质定量灰熔融热分析方法

科学通报 2010年第8期55卷 728-732页

作者：赵永椿张军营邵新宇郑楚光华中科技大学煤燃烧国家重点实验室华中科技大学机械科学与工程学院

灰沉积结渣对燃煤电站锅炉安全经济运行有重要影响,结合低温灰化X射线衍射矿物定量分析和经典热分析理论,发展了一种基于煤中矿物质定量灰熔融动力学分析方法,通过低温灰熔融过程热量分析,计算获得了矿物质熔融反应进程曲线,与常规煤灰... 详细信息

灰沉积结渣对燃煤电站锅炉安全经济运行有重要影响,结合低温灰化X射线衍射矿物定量分析和经典热分析理论,发展了一种基于煤中矿物质定量灰熔融动力学分析方法,通过低温灰熔融过程热量分析,计算获得了矿物质熔融反应进程曲线,与常规煤灰熔融性测定方法测得的灰熔点相比,采用该方法计算的灰熔融特征曲线能更好地反映灰熔融动态变化规律;揭示了煤中矿物熔融多阶段反应过程,从理论上阐明了矿物熔融逐渐加剧的过程.

关键词：矿物质定量灰熔融热分析灰沉积

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复配CaO对焦炭灰熔融性的影响研究

应用化工 2019年第12期48卷 2830-2834,2842页

作者：郭振坤武建军张一昕江尧郭旸中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国矿业大学国家煤炭加工与洁净化工程技术研究中心江苏徐州221116

将氧化钙配入原煤中,经过焦化实验后,进行煤灰激冷实验,分析配入氧化钙后焦炭灰在不同温度下矿物质的组成变化,进而研究矿物质组分差异对焦炭灰熔融性的影响。结果表明,大量存在的氧化钙会和焦炭灰中无定型的硅铝氧化物反应生成较多的... 详细信息

将氧化钙配入原煤中,经过焦化实验后,进行煤灰激冷实验,分析配入氧化钙后焦炭灰在不同温度下矿物质的组成变化,进而研究矿物质组分差异对焦炭灰熔融性的影响。结果表明,大量存在的氧化钙会和焦炭灰中无定型的硅铝氧化物反应生成较多的钙长石、钙铝黄长石,长石类矿物和石英、假硅灰石等矿物质反应容易形成低温共熔体。从815℃升高到1050℃阶段,硬石膏的衍射峰逐渐减小,衍射强度减弱,在1150℃时硬石膏完全消失。当CaO添加比例改变时,焦炭灰熔融温度随着变化,所以配入氧化钙可以有效改善焦炭灰熔融温度。

关键词：氧化钙相转变灰熔融焦炭

生物质成型颗粒燃烧过程中灰熔融对燃烧反应性的影响

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生物质成型颗粒燃烧过程中灰熔融对燃烧反应性的影响

作者：刘树彬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

生物质能源储量十分丰富,相比较传统化石能源具有非常大的环保优势,是一种可再生能源,对于生物质能源的开发利用在当下显得非常重要,生物质成型颗粒燃烧是生物质开发利用中较为重要的一种利用方式。但是生物质成型颗粒在燃烧过程中灰分... 详细信息

生物质能源储量十分丰富,相比较传统化石能源具有非常大的环保优势,是一种可再生能源,对于生物质能源的开发利用在当下显得非常重要,生物质成型颗粒燃烧是生物质开发利用中较为重要的一种利用方式。但是生物质成型颗粒在燃烧过程中灰分会发生熔融现象,灰的熔融会给颗粒的燃烧反应性造成影响,因此有必要弄清楚这种影响以便更加科学有效的利用生物质来缓解目前的能源和环境问题。本文研究了花生壳成型颗粒(正常、掺灰和水洗,下同)、小麦秸秆成型颗粒、玉米秸秆成型颗粒和稻壳成型颗粒四种生物质成型颗粒的灰熔融特性以及燃烧过程的反应性变化,为生物质成型颗粒在实际燃烧设备中的高效燃烧奠定基础。首先对生物质原料进行了工业分析和元素分析,发现四种生物质的挥发分含量很高,都在66%左右,固定碳的含量较少;S元素含量低。在进行灰熔融特征温度测定时发现稻壳的四个特征温度均大于1500℃,其他三种生物质灰熔融特征温度在1100℃和1300℃之间。其次通过宏观观察和微观分析结合的方式来研究燃烧过程中灰的熔融现象以及灰熔融的内在机理。在高速摄像机下发现了在1100℃和1300℃温度下,除了稻壳,其他三种生物质多数工况下都发生了熔融,经过SEM分析,两种温度下的全部实验颗粒都发生了熔融,经过XRD和EDS分析发现发现灰样中的主要物质为KCl,SiO,CaCO,MgO,FeO以及各种碱金属和碱土金属的硅酸盐等,不同的样品中成分相差较大,不同温度下元素的存在形式有很大不同。KCl的大量存在是小麦秸秆和玉米秸秆颗粒燃烧中灰熔融的主要因素,而花生壳成型颗粒和稻壳颗粒中的熔融则与低熔点的碱金属和碱土金属的硅酸盐有关;灰不熔和SiO,CaCO以及高熔点的硅酸盐有关。另外,在前面的宏观观察中未见熔融的稻壳成型颗粒和1100℃下的花生壳掺灰颗粒在电镜下发现了熔融灰的存在最后在高温大颗粒热重实验台对成型颗粒进行恒温热重实验,通过对热重结果的定性和定量分析发现,在1300℃下,灰的熔融对花生壳、小麦秸秆和玉米秸秆成型颗粒的燃烧起到了促进作用,稻壳颗粒为抑制作用;在1100℃下,灰熔融对花生壳成型颗粒起促进作用,对小麦秸秆、玉米秸秆和稻壳颗粒起抑制作用。

关键词：生物质成型颗粒灰熔融碱金属恒温热重燃烧反应性

基于两阶段的生物质/褐煤共燃及其灰熔融特性研究

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基于两阶段的生物质/褐煤共燃及其灰熔融特性研究

作者：余冬北京交通大学

学位级别：硕士

本文应用热分析技术对桉树皮、玉米秸秆及其混煤样品在空气气氛下的燃烧动力学特性进行实验研究,得到了生物质种类、混合比例和升温速率对燃烧特征、污染物排放和燃烧动力学特性的影响。揭示生物质种类、混合比例和升温速率对灰熔融特... 详细信息

本文应用热分析技术对桉树皮、玉米秸秆及其混煤样品在空气气氛下的燃烧动力学特性进行实验研究,得到了生物质种类、混合比例和升温速率对燃烧特征、污染物排放和燃烧动力学特性的影响。揭示生物质种类、混合比例和升温速率对灰熔融特性的影响,并确定灰熔融的动力学特性。基于生物质/褐煤燃烧的TG/DTG曲线并进行理论分析发现：生物质燃烧性能强于褐煤。随着生物质混合比例的增大,各样品综合燃烧特性指数逐渐增大。当桉树皮混合比例超过20%时,混煤样品的挥发分释放性能、综合燃烧性能得到显著提升。随着升温速率的提高：混烧样品的挥发分初析指数增大(60%桉树皮/40%褐煤除外);各样品的着火指数和综合燃烧特性指数增大。混合比例和升温速率对桉树皮/褐煤的挥发分初析指数和综合燃烧特性指数有显著性影响,且挥发分初析指数主要受混合比例的影响,而综合燃烧特性指数主要受升温速率的影响。通过分析质谱曲线,随着混合比例的增加,桉树皮混煤样品的CO2和NO2排放强度先减小后增大,40%桉树皮/60%褐煤排放效果最佳。H20的排放强度远超过其他气体,SO2排放强度与样品含硫量有关。随着升温速率的提高,H20和S02排放强度明显增大;桉树皮混煤样品的C02和N02的释放强度逐渐增大;而玉米秸秆混煤的CO2和NO2的释放强度逐渐减小。对生物质/褐煤燃烧的动力学特性进行分阶段分析及描述,研究结果表明,在生物质混煤样品挥发分燃烧阶段：峰前均呈现三维扩散的反应机理(60%桉树皮/40%褐煤在10℃/min下除外);峰后包括Mampel Power法则和三维扩散机理。峰前峰后的表观活化能范围为49.28～113.98kJ/mol和50.23～131.26kJ/mol。在其焦炭燃烧阶段：峰前、峰后呈现Mampel Power法则和三维扩散机理。峰前峰后的表观活化能范围为25.20～76.13kJ/mol和24.18～100.64kJ/mol。生物质混煤样品在焦炭燃烧的峰前阶段均存在协同效应,且20%桉树皮/80%褐煤在10℃/min下最为明显。褐煤灰的熔融温度高于生物质混煤灰,褐煤灰和生物质混煤灰的熔融温度区间分别为1320-1458℃和1173-1420℃。生物质混合比例越高,灰样灰熔点越低。为避免灰熔点大幅下降,桉树皮混合比例要控制在40%以内。生物质／褐煤灰样峰前、峰后的反应机理包括Mampel Power法则、三维扩散以及随机成核和随后生长。表观活化能范围为294.37～814.38kJ/mol和311.48～701.64kJ/mol。20%桉树皮/80%褐煤在15℃/min下熔融协同效应最为明显;40%玉米秸秆/60%褐煤仅在15℃/min下熔融发生协同效应。本文研究结果可以为生物质混煤燃烧的进一步研究提供基础数据。

关键词：混烧生物质褐煤质谱动力学灰熔融

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准东煤中钠的迁移及配煤灰熔融特性的研究

准东煤中钠的迁移及配煤灰熔融特性的研究

作者：唐诗华中科技大学

学位级别：硕士

我国以煤炭资源为主的能源结构在短时间内不会改变。新疆准东地区蕴藏丰富的煤炭资源,由于地理位置造成的外运成本高和“疆电外送”战略的推行,合理地利用准东煤发电显得尤为重要。由于燃用准东煤锅炉,无论是煤粉炉,还是流化床锅炉,其... 详细信息

我国以煤炭资源为主的能源结构在短时间内不会改变。新疆准东地区蕴藏丰富的煤炭资源,由于地理位置造成的外运成本高和“疆电外送”战略的推行,合理地利用准东煤发电显得尤为重要。由于燃用准东煤锅炉,无论是煤粉炉,还是流化床锅炉,其换热面均发生严重的沾污、积灰和结焦,严重影响了锅炉的安全经济运行。本文针对这些问题展开研究具有重要意义。首先,以准东煤、新桥煤和彬县煤为研究对象,进行煤质对比分析,并通过TGA-DSC曲线分析反应动力学。结果表明:准东煤高钠(6.43%)高钙(41.78%),酸碱比为9.2,属于严重结渣煤种。准东煤具有较早着火点(385℃),其DTG/DSC单峰较为狭窄剧烈,挥发分和固定碳燃烧峰重合,燃烧特性较好。准东煤TGA活化能为88.02kJ/mol,DSC活化能为97.41 kJ/mol,均优于彬县和新桥煤样,原因在于中高挥发分和高碱金属/碱土金属含量。然后,以准东煤中的钠为研究对象,研究其热行为。通过三步萃取实验可得,其总钠量为3.406mg/g,有机钠、水溶钠和不可溶钠分别约占总量的25.38%、54.21%和20.42%。通过蒸发实验可知,有机钠在200-300℃开始蒸发,400-700℃钠析出最快,800℃钠基本结束蒸发。同时,利用Gibbs最小能原理模拟了准东煤钠迁移转化的热力学平衡系统,重点讨论NaCl、NaSO、NaOH和NaO·SiO等气相和凝结相相互转化与相关的化学反应过程。通过钠冷凝实验可得,其化合物在670±20℃冷却效果最好,冷凝易发生在粗糙表面,较为分散,通过SEM观察的钠化合物流动性也为“内白层”的形成和腐蚀性提供依据。最后,以准东煤灰及其配煤灰为研究对象,利用TGA-DSC(判断相变温度段)、XRF(分析灰样元素)、XRD(分析矿物转变机理)和FSEM-EDS(分析微观形貌)四种方法研究灰样的熔融机理。结果表明:准东煤灰样分解产物CaO,游离态SiO,熔体Fe-S-O促进灰样发生低温共熔反应。高钙灰样在900℃以后形成尺寸1um正方块状颗粒叠加,随温度升高,颗粒嵌入熔融基底,到高温完全熔融,可见流动痕迹。而高Al、Si煤样高温烧结颗粒无规则,最后大片渣样相互叠加成光滑致密玻璃体,但仍可见少量气孔。

关键词：准东煤钠的蒸发冷凝 TGA-DSC 灰熔融