准东煤高温燃烧过程中含钙矿物质的转化规律

采用3种萃取液(水、醋酸铵和盐酸)对准东煤进行逐级萃取实验,使用高温气氛炉对准东原煤及萃取后的煤样进行燃烧实验,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪和X射线衍射物相分析仪对萃取前后的固体煤样及燃烧后煤灰样品分别进行Ca元素分析和矿物检测。研究结果表明,准东煤中的钙元素主要以醋酸铵溶钙和盐酸溶钙形式存在。在燃烧过程中,准东煤中含钙矿物质与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、斜硅钙石与钙铝石等;其中经水萃取后碱酸比减小,灰熔融温度升高,盐酸溶钙与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、硅铝石等,不溶钙主要以稳定的硅铝酸盐形式存在。

成型工艺参数对生物质热压成型燃料理化特性的影响研究

以棉秆、木屑为研究对象,分别将2种单一生物质原料和二者质量比为1∶1的混合原料进行热压成型,利用热重分析仪考察成型燃料的燃烧性能,并通过差示扫描量热仪、电子万能试验机研究不同成型温度和成型压力条件下成型燃料物理性质的变化规律,以反映草本生物质与木本生物质的成型规律及燃料物性的差异。结果表明：棉秆成型燃料燃烧性能较好,但灰分产率较大、热值较低,将2种生物质原料混合制得的成型燃料综合燃烧性能较好。随着成型温度的升高（室温～105℃）,成型燃料的表观密度和抗压强度均呈先增后减的趋势,其中棉秆成型燃料的表观密度增幅较小,而抗压强度增幅较大,且远大于木屑成型燃料,但在木屑中掺混棉秆并未使混合成型燃料的抗压强度得到有效提高。随着成型压力的增大（40～80MPa）,成型燃料的表观密度和抗压强度均呈增强的趋势,其中棉秆及混合成型燃料的表观密度和抗压强度增幅均较大,而木屑成型燃料的增幅较小。

预处理工艺对生物质成型燃料理化特性的影响研究

棉杆(CS)和木屑(WS)经水热预处理(HT)和低温热解预处理(DT)后在同一条件下压制成生物质成型燃料,分析生物质成型燃料的物理性质(表观密度、抗压强度)和燃烧特性(热值、着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性指数),考察HT和DT对不同种类生物质成型燃料理化特性的影响规律。结果表明:与未预处理的棉杆与木屑成型燃料相比,低温热解预处理后的两种生物质成型燃料的表观密度和抗压强度分别降低了0.03%~16.7%、23.2%~61.0%,200℃与230℃水热处理后的两种生物质成型燃料的表观密度和抗压强度则分别增加了9.5%~27.3%、114.0%~241.3%,而且,水热处理后的生物质成型燃料的热值增加了5.1%~59.0%。与未预处理生物质成型燃料相比,低温热解后的两种生物质成型燃料的燃烧特性基本不变,而200℃与230℃水热处理后的两种生物质成型燃料的最大燃烧速率显著增大。230℃水热处理后的生物质成型燃料热值为20.23~21.33MJ/kg,最大燃烧速率为9.06~9.49%·min-1,综合燃烧特性指数为4.94~5.56min2℃3,表观密度和抗压强度分别为1152.5~1154.3kg/m3和3.4~3.5MPa,具有高热值及优燃烧性能,且物理性能佳,适合作为生活、工业锅炉燃料使用。

生物质成型炭燃烧特性研究

使用固定床反应器对成型棉秆、成型木屑及二者混合成型生物质进行炭化实验,利用快速氧弹量热仪、热重分析仪等对生物质炭的成型质量、着火温度、燃尽温度和综合燃烧系数S进行研究。应用Coats-Redfern积分法建立其氧化反应动力学模型,分析成型炭的反应动力学参数和燃烧机理。结果表明,随着炭化温度的升高(400~600℃),成型炭的热值提高,灰分产率增加,燃烧性能变差。相同炭化温度下,棉秆成型炭的燃烧性能优于木屑成型炭,但灰分高、热值低。在木屑中掺混棉秆可有效改善成型炭的燃烧性能。燃烧动力学方面,成型生物质炭化后,其燃烧过程由内扩散阻力控制的片状燃烧反应机理变成化学反应阻力控制的球状燃烧反应机理,反应活化能增加。通过先成型再炭化制得的成型炭,其灰分产率(4.9%~9.1%,wt)和固定碳产率(67.8%~83.8%,wt)均符合欧标要求,尤其灰分产率明显低于欧标;与商用机制烧烤炭相比,该成型炭燃烧性能优,反应活化能低(18.71~41.99 kJ/mol)。

水热处理对生物质成型炭理化性质的影响

棉秆(CS)及木屑(WS)经高压反应釜水热预处理后压制成型,并于固定床热解炉内进行炭化实验,利用电子万能材料试验机、热重分析仪等分析手段分析水热预处理对生物质成型炭的产率、物理性能(机械强度和表观密度)、热值及燃烧性能的影响。研究表明:随着水热温度的升高,生物质成型炭的产率增加且热值稳定,但燃烧性能变差;经水热预处理制得的生物质成型炭灰分产率均小于18%,固定碳产率均大于60%,满足欧标要求;随着水热温度的升高,生物质成型炭的表观密度及抗压强度均先增加后减小;对比所有实验样品,经230℃水热预处理制得的生物质成型炭(CS/WS-HT230-CB)物理性能及燃烧性能最佳,且均优于商用烧烤炭性能。

成型生物质高温炭化及成型炭理化性能研究

分别将棉杆、木屑两种单一的生物质原料及其混合原料成型(炭化压力60 MPa)造粒,并于固定床热解炉内对成型生物质进行炭化实验,分析炭化温度(400、500和600℃)及棉杆的掺混比例对成型炭理化性能的影响。研究表明:物理特性方面,随着炭化温度的升高,生物质成型炭的表观密度和抗压强度均呈先减小后增大的趋势;相同炭化温度条件下,随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的表观密度增大,但抗压强度呈先减小后增大的趋势;化学特性方面,随着炭化温度的升高,成型炭的热值增加,但燃烧特性变差,灰分产率增加;随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的燃烧特性改善,但热值降低,灰分产率增加;通过先成型再炭化制得的成型炭灰分和固定碳产率均优于欧盟标准EN1860-2:2005;在炭化温度为400、500和600℃时成型生物质中至少含有20%、40%和60%的棉杆可使其燃烧特性指标优于商用烧烤炭。