油页岩及其半焦混合燃料燃烧特性试验研究

用热重-红外联用仪对油页岩及其半焦混合物的燃烧特性进行了动态分析,考察了掺混比例以及升温速率对燃烧的影响,得到了温度范围为30～850℃,在20,50和80℃/min三种不同升温速下的燃烧特性曲线。油页岩及其半焦混合物的整个燃烧过程分为燃烧低温段(着火温度Ti～500℃)、过渡段(500～680℃)和燃烧高温段(680～850℃)3个阶段。随着掺混油页岩比例的增大,混合物着火温度随挥发份含量的增加而明显降低。升温速率越高,所需要的温度和热量越大,峰温移向更高的温度。同时利用傅里叶变换红外光谱仪对燃烧生成气体进行了实时分析。采用二元一次线性回归法得到混合物燃烧反应动力学参数。在低温段活化能和频率因子随着升温速率的增加而降低,而在高温段则随着升温速率的增加而增大。计算结果为油页岩及其半焦混合物的有效开发和经济利用提供了理论基础。

桦甸油页岩及半焦孔结构的特性分析

在美国康塔公司生产的AWTOSOB自动吸附仪上对桦甸油页岩及不同终温下制得的半焦进行等温氮吸附试验,得到油页岩及半焦的吸附型线和脱附回线,并应用BET和B.J.H方法分别计算了样品的比表面积和孔径分布.结果表明:干馏终温对油页岩的孔结构具有较大影响,在700℃以下,半焦比表面积和孔体积随干馏终温升高而增大;半焦的孔结构发达,吸水能力强,最好采用干法除焦方式,以便进一步利用油页岩半焦.

热化学法清洗页岩油泥实验

含油污泥主要产生于油田或炼油厂,对环境造成污染,部分油资源浪费。目前国内外局限于对石油油泥处理,但对页岩油泥处理少有报道,为了解决这一问题,本文提出用热化学法处理页岩油泥。本文以汪清炼油厂油泥为样品,采用热化学法清洗页岩油泥,回收页岩油,并获取最佳清洗工况参数。纯水清洗页岩油泥,考察温度、搅拌时间、搅拌频率、液固比对清洗效率的影响,并确定初始工况参数。通过化学药剂筛选、复配,确定AEO-9∶Na2SiO3=1∶2为最佳清洗剂配方。正交试验确定最佳清洗工况参数。试验分析表明,当清洗温度为75℃、液固比为8∶1、搅拌频率220r/min、搅拌时间30min、药剂投加量为4.0g/L时,含油率为45.26%样品油泥经热化学法清洗后,油泥残油率降为3.03%。清洗液可循环利用,分离出的页岩油经处理后可回收利用,将清洗后的油泥残渣与固硫剂、页岩粉尘等混合后压碇成型,经干燥,进行低温干馏生产,从而实现页岩油泥的资源化、无害化、减量化。

油页岩干馏残渣与烟煤混合燃烧试验研究

采用热重分析方法,对油页岩干馏残渣、烟煤及其混合物燃烧特性进行试验研究,考察不同比例混合燃料对着火、燃烬等特性的影响;通过混合燃烧试验TG/DTG曲线与计算各组分加权平均TG/DTG曲线的对比,分析燃烧过程中油页岩干馏残渣与烟煤相互影响的机理;比较混合燃料在不同升温速率条件下的着火、燃烬等特征参数的变化。结果表明:混合燃料中烟煤比例增大,着火温度略有降低,燃烧DTG曲线峰值增大,燃烬温度降低,燃烧特性趋好;混合燃烧相互影响主要发生在燃烧低温段450～645℃之间,且燃烧试验DTG曲线峰值大于计算曲线峰值,燃烧稳定性增强;不同升温速率条件下,混合燃料随着升温速率的提高,燃烧着火延迟,反应向高温区移动,DTG曲线峰值增大,综合燃烧特性趋好。

电磁感应高温空气加热特性试验研究

将电磁感应加热技术应用到空气加热领域,研制新型高温空气加热装置。在电磁感应磁场中依靠加热装置内部感应加热件所产生的感应热对空气进行加热。在高温空气加热试验装置上,进行加热功率、空气流量、加热件初始温度对空气加热特性的影响规律的试验研究。结果表明:电磁感应高温空气加热装置能够快速方便地产生高温空气,空气终温可达900℃以上;通过改变电源功率或进入加热装置的空气流量,可以产生不同终温的高温空气。

油页岩及半焦流化燃烧热破碎特性

在小型流化床燃烧试验台上对桦甸油页岩及其干馏半焦、霍林河褐煤燃烧过程破碎特性进行试验研究,考察燃料粒径、床温、燃烧时间、流化风速对样品热破碎程度的影响。结果表明:油页岩及半焦的破碎主要在颗粒表面上进行,破碎后主要为细颗粒碎片,半焦的破碎程度比油页岩剧烈;燃料粒径增大、床温升高,停留时间延长均会加大样品破碎程度;干馏终温对半焦破碎特性有重要影响,随着干馏终温增大,半焦破碎严重。灰色关联分析表明:干馏终温为400、500℃的半焦和原油页岩热破碎影响因素排序为床温最大,粒径次之,燃烧时间最小;而600℃半焦略有不同,流化风速影响程度大于粒径的影响。

油页岩流化燃烧过程中表面特性的变化

在自行设计搭建的小型流化床试验台上进行油页岩的燃烧试验,从不同床温中获得各燃烧时间下的油页岩焦样,通过Gemini 2380快速比表面积分析仪测定焦样吸附等温线,采用BET法计算样品的比表面积,由BJH法计算孔分布,FHH模型计算表面分形维数.结果表明焦样具有较连续完整的孔系统;油页岩焦样的比表面积及孔径分布具有相似的特点,在3nm附近有极值;随着燃烧时间的增加,比表面积和孔体积先迅速增加再逐渐降低,但相对于比表面积,孔体积变化曲线的波峰有一定的延迟;不同温度焦样的比表面积相差很大,750℃的最大值是850℃时的1.5倍左右;燃烧前期,焦样分形维数迅速增加,而后略有减小,燃烧后期几乎不再变化;燃烧过程中焦样分形维数明显大于油页岩原样.

油页岩含油率的测定及其影响因素分析

采用铝甄低温干馏的方法对桦甸矿区六个油页岩样品进行含油率的测定，并考察了升温速率、粒径、干馏终温及持温时间等因素对页岩油产率的影响。结果表明，页岩油的产率随着挥发分含量的增大而增加，在一定范围内提高升温速率，页岩油产率增大．但升温速率过快，反而使页岩油产率降低；终温在500℃-510℃，持温时间20min的条件下，产油率最高，继续增加干馏终温和持续时间对产油率影响不大：同时适宜的粒度可以适当提高页岩油的产率。

油页岩挥发分析出及燃烧反应中活化能变化规律研究

为研究油页岩脱挥发分和挥发分燃烧动力学机制,并考察矿物成分对反应过程的影响,利用程序升温热分析技术进行了桦甸油页岩脱挥发分和燃烧实验。采用分布活化能模型获得了反应过程中活化能的变化规律。研究结果表明:油页岩热解挥发分析出和挥发分的燃烧均存在矿物质的催化作用,且催化类别不同,反应中矿物质催化作用使热解和燃烧的活化能出现了降低的趋势,频率因子和活化能之间的补偿关系表现出严格的分段;通过油页岩及相应半焦的燃烧特性对比表明挥发分燃烧过程中挥发分含量导致频率因子和活化能之间的补偿关系改变程度不同。

油页岩脱挥发分动力学的分布活化能模型解析

为了研究矿物质催化对油页岩脱挥发分行为的影响,文中利用热天平对桦甸油页岩脱挥发分行为进行了考察,采用分布活化能模型(DAEM)对其进行了动力学解析,结果发现,桦甸公河第4层和第5层油页岩脱挥发分过程中频率因子的对数lnA和活化能E之间的补偿效应发生了明显分段,活化能的变化趋势发生了改变。通过分析得出结论,矿物质催化作用改变了公河4层和公河5层油页岩脱挥发分过程中的络合物的性质,并使活化能有所降低,络合物性质的不同使补偿效应出现了明显分段,其中矿物质的催化作用对补偿效应影响较大。另外,活化能的变化趋势和补偿效应对判断催化反应具有一定的参考价值,补偿效应的折点是催化反应和非催化反应的分界点。

油页岩干馏瓦斯积碳特性

为深入研究干馏瓦斯在金属管内的积碳特性,采用自制的连续流动反应装置,以06Cr25Ni20不锈钢管为反应器,对不同温度(600,650,700,750℃)、不同反应时间(30,60 min)、不同气体流量(10,20 m L/min)等条件下干馏瓦斯在反应器内的积碳特性进行了试验研究,得出了瓦斯气初始积碳的温度区间为450~470℃;通过程序升温氧化方法,结合扫描电子显微镜对积碳的微观形态进行分析,分析结果显示积碳中有两种不同类型的焦炭,即无定型碳和纤维焦炭;用能谱分析剥离下来焦炭的结果显示,焦炭中含有质量分数为15.574%,4.463%,17.283%的铬、镍、铁原子,说明金属发生了渗碳现象;运用气象色谱仪对不同试验前后瓦斯气体的组分进行分析,从分析结果可以看出小分子烯烃为主要的成碳物质。

油页岩干馏瓦斯积碳影响因素的实验研究

采用自制的连续流动反应装置,以06Cr25Ni20不锈钢管为反应器,对不同温度(600,650,700,750℃)、不同反应时间(30,60 min)、不同瓦斯流量(10,20 m L/min)等条件下油页岩干馏瓦斯在反应器内的积碳情况进行了实验研究。实验结果表明,积碳量随着反应温度、反应时间和瓦斯流量的增加而增大。前者是由于反应由表面反应决定,受反应动力学控制;后两者由于积碳反应所需前驱体不断增多所致。过渡型催化金属表面积碳是积碳速率随着反应时间的增加而降低的主要原因。利用多因素混合水平方差分析方法分析了影响油页岩干馏瓦斯积碳的因素,分析结果显示,反应温度、反应时间和瓦斯流量对油页岩干馏瓦斯积碳的影响均极为显著,说明从事油页岩干馏瓦斯积碳的相关研究,此3种因素必须予以考虑。

油页岩燃烧过程的DSC实验研究

利用显示差热量热法(DSC)研究了桦甸大层子四层油页岩及500℃半焦热量的转移过程,分析了升温速率和颗粒粒度对DSC曲线的影响。研究发现油页岩在燃烧的过程中出现四个峰分别为干燥段(100℃-300℃)和碳酸盐分解(700℃-800℃)的吸热峰、挥发分(300℃-400℃)和焦炭燃烧(500℃-600℃)的放热峰;而500℃半焦仅有难于挥发的有机质和焦炭的放热峰以及碳酸盐的吸热峰。随着升温速率和粒径的增大,燃烧时峰值向高温区温度移动。为油页岩及半焦的燃烧奠定一定的理论基础。

油页岩干馏残渣与烟煤的混烧试验研究

在流化床燃烧试验台上对桦甸油页岩干馏残渣与鸡西烟煤的混烧特性进行试验研究。重点考察了质量掺混比、二次风率对床层温度与NOX等排放浓度的影响。结果表明:随着烟煤掺混比例的增大,炉膛出口温度升高,NOX生成量逐渐减少;随二次风率的增加一次风率降低,密相区与稀相区温差增大且NOX排放浓度减少,NOX排放满足国家标准。

油页岩半焦部分燃烧升温输送实验研究

在自行设计和搭建的喷动床升温输送实验台上完成了黑龙江柳树河油页岩半焦的升温输送实验,获得温度分布、压力分布、分离物料粒径分布和含碳量分析、烟气成分分布特性等特征参数。实验结果表明:对于柳树河油页岩半焦的喷动床升温输送,为了保证出口氧量控制在3%以内,出口温度在750℃以上,同时保证实验稳定运行,则入口氧量应控制在17%以内;输送段风速应控制在最大粒径颗粒终端速度1.2～2倍之间;运行过程中需严格控制喷动段底部温度在950℃以内。

页岩油泥催化热解研究

在管式反应器上,考察了页岩油泥在不同催化剂(Al2O3、K2CO3、Fe2O3)及比例(质量比为1 3、1 5、1 10)下的热解行为,着重研究了催化剂对产油率和热解油馏程的影响。结果表明:油泥催化热解效果良好,碳酸钾在1 5时,产油率达到44.08%,氧化铝在1 3时,产油率达到45.42%,与无催化剂相比,分别提高了28.97%和32.89%。对馏程的促进方面,氧化铁表现突出,在1 5和1 10时,均使得重、柴油含量下降,汽油含量上涨。催化热解是按碳正离子机理进行的,重质油发生裂化反应,烷烃出现聚合反应,均提高轻质油的产量。

循环流化床锅炉气动防磨技术研究

循环流化床锅炉水冷壁的磨损问题已经严重影响了循环流化床锅炉的安全运行。通过利用Fluent软件对循环流化床锅炉炉膛内的磨损机理进行数值模拟研究,分析了炉膛内水冷壁的磨损情况。针对循环流化床锅炉水冷壁的磨损问题提出了一种新型的水冷壁防磨方法,利用气体动力学中气膜形成机理,在磨损区按一定规律加装多个气体喷嘴,形成多孔气流,并在气流的作用下,在磨损区域的水冷壁与循环流动的物料之间人为构建气膜,以避免循环流动的物料继续与已经磨损的水冷壁相接触,降低了烟气与物料对水冷壁的压力,从而来防护水冷壁。因此这种措施可以很好的缓解磨损问题,增加了循环流化床锅炉的安全运行周期,通过数值模拟来验证了此措施的有效性。

流化床启动过程中底料磨损行为研究

以国内首台自主研发的65t/h低倍率油页岩循环流化床锅炉底料灰为研究对象,在小型流化床试验台上考察了流化风速、流化时间和床层温度等因素对底料磨损程度的影响,据此建立了二阶磨损模型.结果表明:流化状态下页岩灰的磨损先后经历快速衰减和稳定磨损2个阶段,页岩灰在流化床内的质量保持率呈指数衰减趋势;随着流化风速增大,床层温度升高,磨损相对加剧;二阶磨损模型能够很好地描述流化床内页岩灰质量的变化规律.

卧式煤气化—无烟燃烧锅炉炉内流动特性研究

采用标准本K -ε双方程模型和SIMPLE算法分别对具有同心轴和偏心轴二次风布置型式的卧式煤气化—无烟燃烧锅炉的炉内流场进行数值研究 ,预报了炉膛烟气速度分布、压力分布 ,并对计算结果进行定性分析。表明对于卧式煤气化—无烟燃烧锅炉 ,采用同心轴和偏心轴“多孔分层错列撞击流式”二次风 ,均可形成良好稳定的炉内空气动力场 。

集消烟除尘于一体的新型二次风装置

针对传统层状燃煤锅炉效率低、烟尘排放严重超标两大主要问题,提出了在煤层上部空间采用“多孔分层错列射流式”二次风组织空间燃烧,并在同一台“0.3 t/h立式锅炉”上进行了煤气化—无烟燃烧和普通手烧2种运行方式的对比性工业性试验。试验结果表明,在无炉外除尘器情况下实现了排烟无色、烟尘排放浓度符合国家环保标准GWPB3-1999中一类区要求,该新型二次风装置可有效地实现炉内消烟除尘。