含Na矿物的生成机制探究

准东煤储量丰富,但其中高含量的Na制约了准东煤的大规模利用,前人针对准东煤中Na的处理方法进行了大量研究,但大多针对较低温度情况及Na的迁移转化特性,对于高温下霞石等含Na矿物的生成机理和其Na保持率尚不明确。在管式炉700~1400℃研究高岭土等硅铝矿物与Na反应生成含Na矿物的机制。结果表明:高岭土与Na的反应活性高于二氧化硅和氧化铝混合添加剂,生成霞石的温度更低,但无法在高温下稳定存在,Na保持率最高可达81.54%;NaSiAl样在800~1400℃下均能将Na以霞石的形式固定在样品中,Na保持率最高可达69.73%;熵产率发生突跃的温度段反映了系统的结构变化,熵产率一阶导数为零的切点预示反应的平衡点。

巷道火灾燃烧过程热动力与热阻力特性的研究

以全尺寸非稳定流巷道火灾试验数据为依据,应用一维可压缩非稳定流理论分析了燃烧区热动力与热阻力的关系及其计算方法;研究表明:在近水平或水平巷道的火灾中,除了膨胀热阻力和黏性热阻力以外,还存在着垂直于流动方向的横向浮升阻力;在试验条件下,膨胀热阻力占30%～35%,黏性热阻力占20%～30%,横向浮升阻力占35%～55%.无论平巷或斜巷的燃烧,燃烧区的热动力势是最强的,其变化梯度为3～6Pa/m,压力最低点(吸点)位于燃烧区的出口;热动力的概念把巷道一般流动损失、火区流动损失和火风压完全统一起来了,解决了实际巷道火灾燃烧区热力计算的困难,使火灾时期的风网解算更符合实际.

巷道火灾节流过程及其影响因素的研究

通过实际规模的火灾试验, 三维空间布点, 全自动数据采集, 详尽地揭示了火灾节流效应发生时烟气温度、浓度、燃烧分支的入口与出口流速和风机风压时序变化的非稳态特性以及典型参数; 试验发现, 节流时段与挥发分的快速析出和燃烧是一致的, 温度峰滞后于氧气浓度谷点、节流函数最小点和压力峰(阻力峰), 使用温度峰值计算最大阻力的传统方法是错误的. 提出了用节流系数描述节流度的方法, 由此导出了影响节流效应的因素为系统的特性参数、风机特性参数、火灾发生的位置、火风压和热阻的方向及增长速率.

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究——PART Ⅰ:理论建模与热重实验

本文根据反应动力学的简单碰撞理论(SCT),建立了气固两相反应通用模型,进一步研究了煤焦燃烧和燃尽的统一动力学模型;粉煤悬浮燃烧时挥发分的析出模型也可包含在该模型中;该模型充分考虑了粉煤在热天平中与在炉内燃烧条件下氧气浓度和氧气可达比表面积变化规律的差异,并给出了计算活化能函数和氧气可达比表面积的新方法,可提高利用热天平获取的动力学参数对炉内煤粉燃烧速率预报的准确性。通过热重分析和已经报道的试验数据对模型的合理性进行了检验。

煤低温氧化的微区组分分析与反应性研究

煤的低温氧化对着火性能、反应性、煤焦质量以及煤的自燃有重要影响．本文通过TGA-DSC、FSEM和EBSP研究了烟煤和无烟煤的低温氧化特性,研究表明:活性较高的煤表面固相氧的浓度增量比热重低温段的表观增重量大得多;根据最大吸氧量确定的着火温度随煤变质程度的加深和升温速率的增加而增加;升温速率小于1／12 K／s时,最大氧化速率和最大吸氧量能代表煤的氧化活性;含灰量低的中等变质程度的煤氧化活性最高;化学吸氧经历了从临界活化能、到活化能减小再增加到极大最后吸附终止的过程．

巷道火灾过程中燃烧速率和释热速率的预测

根据燃料的元素构成、热化学反应式、反应物和生成物的焓变以及燃烧过程中监测到的烟气中氧气浓度随时间变化规律,提出了计算某一时刻燃料燃烧速率、释热速率和介质吸热率的关系式；通过实际规模的火灾试验,对其数据的计算表明,对木质类巷道火灾,最大比燃烧速率为0．193,最大释热速率约为1～3．5 MW,介质的吸热率为22%．

非稳定流巷道火灾试验系统的研制

介绍了巷道火灾试验系统的构成 ,测定燃烧区膨胀热阻时测点位置的确定方法 ,火灾时期烟气温度、壁温及岩体温度、烟流中 CO2及 O2 体积分数、沿程压力和风速等的测试方法及测试仪表精度 ,系统抗干扰方法 ,数据采集和处理软件的功能以及测试系统的调试方法。系统采用无补偿导线经济地解决了巷道燃烧区测温热电偶冷端温度补偿的方法 ,使测温系统误差由过去的 10 %左右下降到 3 %。

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究——PART Ⅲ:氧气可达比表面积

根据不同温度下氧分子平均自由程的大小,比较了小孔、中孔和大孔中三种扩散速率与煤焦表面燃烧速度的大小。研究表明: 2000 K以内,颗粒表面分子扩散速率比氧化反应速率大1个数量级以上,过度扩散速率不小于氧化速率。温度小于1200 K时,燃烧速率比Knudsen扩散速率小1-5个数量级,扩散孔径小于15-28 nm,反应主要在内外表面进行;1200-1600 K时,燃烧速率与Knudsen扩散速率相当,扩散临界孔径28-38 nm,反应在外表面及浅层内表面进行;温度1600 K以上时, Knudsen扩散速率比燃烧速率小1个数量级,孔径38-50 nm以下内表面上碳的氧化速度受扩散控制。煤焦的氧化主要发生在Knudsen扩散临界孔径10-50 nm以上的氧气可达表面上。

火灾节流过程参数变化时序及其影响因素的研究

巷道火灾节流过程中各物理参数变化时序是正确模拟非稳态火灾过程和救灾决策的基础。通过实际规模的火灾试验,三维布点,自动采集数据。研究揭示:节流发生的时段为着火初期燃料挥发分的快速释放和燃烧的数分钟以内;此时,烟温小于330℃,升温速率为138℃/min,耗氧速率为3.4%/min,阻力的响应速率为8.5Pa/min;着火分支节流函数的最小值为0.83,其入口风速滞后下降速率为1.67×10-3m/s2;温度峰滞后于氧气浓度谷点、节流函数最小点和阻力峰的时间分别为1.6min,4.2min和5.6min,使用温度峰值计算最大阻力的传统方法是错误的。提出了描述节流度的定量方法,并导出了影响节流效应的因素为系统和风机特性参数、火灾发生的位置、比燃料消耗速率、火风压和热阻的方向及增长速率。

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究—PART Ⅱ:颗粒表面的氧气浓度分布模型

为了较准确地预报炉内煤粉燃烧速率,正确区分TGA中滞止煤粉表面与炉内载流煤粉表面氧气浓度的变化规律是非常关键的。从TGA中非稳态条件下坩埚内颗粒表面氧气浓度分布的数理解知,煤样的氧化过程是同时进行的,只是上部的氧化速率大一些,底部的氧化速率小一些;同一样品,同一升温速率,试样的堆积厚度的差异,会影响实验结果的重复性。分析表明,在初始和反应结束时,坩埚内颗粒表面氧气浓度等于环境浓度;反应速率达到最大值时,颗粒表面氧气浓度达到最小值。颗粒在炉内流动燃烧过程中,环境中氧气浓度值是单调减少的,煤焦表面氧的浓度是非线性变化的。

快速密闭时火区热物理参数变化规律的研究

在全尺寸巷道火灾试验中,利用48路全自动数据采集系统,研究了快速密闭条件下火区的燃烧状况及温度和压力变化规律。试验发现,作用在风门上的抽吸力很大,很快降到很小;而燃烧区的温度迅速上升,烟及挥发分的产物迅速增加,氧的相对含量下降,之后燃烧减弱,温度迅速下降;燃烧区高温烟气沿着顶板逆向迁移至密闭墙,使附近的温度迅速上升至2 93℃;快速密闭设施必须要有一定的刚性和耐火特性;对贫氧燃烧,有利于火区的惰化,而对富氧高挥发分燃料火灾,有爆炸的危险;适当减少供风量。

煤粉加压燃烧过程中氧气可达比表面积的实验研究

针对煤粉燃烧SCT模型中的氧气可达比表面积,进行了不同煤种的加压热重分析(PTGA)和不同燃尽度下煤焦N_2/BET比表面积的测试,研究表明:煤粉加压燃烧过程中,当平均孔径大于2 nm时,累积比表面积和氧气可达比表面积均随燃尽度的增加而增加,说明该孔径以上的比表面积与燃尽度有很好的相关性;常压下TGA中不同燃尽度下煤焦氧气可达比表面积是PTGA下的1.5～2倍,这部分说明了加压反应速率不可能与压力等倍数增加。

煤粉高压着火特性及影响因素

高压气化炉内煤粉的着火特性对煤粉烧嘴和气化室的设计与运行调控具有重要意义。笔者采用加压热重分析法对3个煤样的着火特性进行研究,根据升温过程中的能量守恒原理和谢苗诺夫着火理论提出了一种新的处理PTG曲线求取着火温度的拐点法,并与传统经验切线法进行对比;讨论了压力、氧气体积分数、升温速率、挥发分和颗粒粒径对着火温度的影响。研究结果表明,煤粉着火温度区间为从初始着火温度(Ti)到极限着火温度(Tig),环境换热条件所决定的切点位置是唯一定解条件,高温工业炉高加热速率对应的为极限着火温度;与常压条件下相比,加压下固定床煤粉的着火为异相着火,着火温度随挥发分的增加而略有增加;在0.1~1.0 MPa和3~5 MPa的压力范围内,随压力的升高,着火温度下降,且比常压下低很多,虽然在1~3 MPa的着火温度略有增加;氧气体积分数对着火温度的影响规律与常压的类似,随氧气体积分数的增加,着火温度降低;虽然加压条件下煤粉的快速反应,拐点法与切线法得到的着火温度相近,但切线法无法响应环境条件的变化,且常压下,经验的切线法无法给出令人满意的结果。

空气中沼气的迁移和输运

本文用亥姆霍茨函数论证了重力场中大气压下沼气和空气自由混合后,其混合物是非均匀的,并利用Fick定律和重力场中的压力分布函数求出了沼气浓度的分布函数;给出了用Chapman-Enskog公式计算沼气在空气中的扩散系数的计算结果,并讨论了扩散系数与温度、压力和浓度的关系;求出了呆滞空间沼气传质方程的解析解,据此阐述了沼气积聚的空间、时间概念;应用湍流混合理论分析了沼气层和风流相对运动的混合效应,并给出了最小混合风速的理论计算式。

煤焦燃烧过程中的亚观和微观形态及反应机理

通过FESEM和EBSP对煤粉在TGA、DTF和电站锅炉内燃烧过程中的亚观和微观形态及碳的含量变化的研究表明:炭的形态可分为5类:薄壁网架炭、厚壁网架炭、浅孔实体炭、实体炭和含碳矿物;同一煤样同一温度条件下炉内炭比TGA和DTF中的炭具有更大的反应比表面积;炉内炭的表面含碳量变化不大,不存在低温反应器的表面灰壳,因此,应用球形灰壳理论预报炉内煤粉的燃烧速率是值得怀疑的;亚观形态与微现形态间不存在几何分形上的自相似性.

通风机效率测算误差分析

探讨了通风机效率测算过程中的构造误差、原理误差和动态误差的来源及影响程度；提出了测定有关参数所需仪器仪表的精度要求和系统误差的避免方法。

井巷中的冲击波热力参数变化规律的探讨

根据等熵条件下冲击波的关系式,计算了不同超压下,冲击波速度、压缩空气层速度、温度和密度变化值,具有一定的工程价值;指出了压缩空气层密度增长超过极限比的错误。

化学链燃烧中CaSO_4复合载氧体的实验研究

采用浸渍法制备CaSO4复合载氧体,在固定床上进行甲烷化学链燃烧实验研究。探讨了还原温度、CH4含量、载氧体的颗粒粒径和质量等因素对还原反应的影响。结果表明,Ni-Fe混合添加剂显著提高CaSO4载氧体的反应活性;合适的还原温度为925℃左右;CH4含量的降低和载氧体质量的增加,将抑制积炭的发生,并获得较高气体转化率;而载氧体颗粒粒径的变化对还原反应影响较小;长时间的还原/氧化循环实验和XRD分析证明CaSO4能完全转化成CaS,CaS也能全部转化成CaSO4。

煤粉稳燃技术的发展历程和展望

上世纪80年代以来在国内应用的煤粉稳燃技术可分为2种主要类型:早期以强化回流为主要技术特征的第一代稳燃技术,和后来以浓淡分离为主要技术特征的第二代稳燃技术.系统地介绍了这2类技术的发展历程.分析了煤粉稳燃技术在解决燃烧经济性、低污染排放、煤种和负荷适应性、防结渣腐蚀等各方面问题中的基础性地位,强调了目前仍需大力研发新型煤粉稳燃技术.提出了煤粉稳燃技术的发展目标:既具有优良的稳燃、燃尽、低污染物排放、防结渣和腐蚀性能,又能够自动适应煤种、负荷大范围的变化,保持锅炉运行良好的性能.

煤的热天平燃烧反应动力学特性的研究

采用热天平获得同一种煤在不同升温速率下的TG、DTG曲线,可求出燃烧速率、燃烧温度随燃烬度的变化曲线,根据两个不同升温速率下的数据,可计算出化学动力学参数活化能和指前因子随燃烬度的变化曲线。根据实验数据计算得到四个煤种的反应动力学参数随燃烬度变化的曲线,并预测其中一种煤在第三个升温速率下的燃烧速率随燃烬度的变化曲线,计算结果与实验结果符合较好。用此模型预测了在不同的恒定温度下试验煤种的煤粉燃烧速率随燃烬度的变化趋势。