Gas release characteristics during carbonization of iron coke hot briquette and influence of heating rate

The release characteristics of CH_(4),H_(2),CO and CO_(2) from iron coke hot briquette(ICHB)during carbonization were studied.The results show that compared with briquette without iron ore,Fe_(3)O_(4) can inhibit the release rate of H2 and promote the production of CO and CO_(2).In addition,when the heating rate increases from 3 to 7℃/min,the release rates of CH4 and H2 increase,while the release rates of CO and CO_(2) first increase and then decrease.The carbonization process of ICHB was segmented,and corresponding kinetic analysis was carried out.The results show that the activation energy of StageⅡand StageⅣis higher in the carbonization process of ICHB,and the active pyrolysis of coal and the reduction of iron ore occur in these two stages.In addition,the effect of heating rate on the kinetic parameters of ICHB carbonization process was investigated.It was found that when the heating rate increased,the reaction activation energy of StageⅣdecreased first and then increased,which was consistent with the release law of CO and CO_(2).The analysis showed that the increase in heating rate leads to more reactions at higher temperatures,resulting in an increase in the release rate of some gases.In addition,thermal hysteresis can also cause some processes to fail to fully react at the end of heating.It is also found that the apparent activation energy and preexponential factor have kinetic compensation effect during the car-bonization of ICHB.

地铁车站月平均气温随运营年限演化特性

建立了地铁车站空气热平衡理论模型,基于区间隧道空气温度和车站围岩土体蓄放热量,得到车站月平均气温在运营初期、中期和远期的逐年演化特性。研究结果表明:随着地铁车站运营年限的增长,月平均气温呈现逐年上升趋势,运营第15年较第1年,车站月平均气温在1月温升最低为3.1℃,8月温升最高为10.6℃;在现有地铁行车密度随运营年限增大的运行模式下,地铁车站运营初期行车密度仅为15对/h,夏季车站最高气温出现在第5年,为26.4℃,远低于夏季站厅站台空调设计温度平均值29℃,所以运营初期车站空调系统提供的冷量远大于车站的冷负荷需求,初期车站空调系统存在一定的节能空间。

加热卷烟芯基材料热性能及气溶胶释放特性分析研究进展

芯基材料是加热卷烟烟碱及香味成分的来源,加热卷烟烟草薄片是目前最常用的加热卷烟芯基材料,烟草薄片生产工艺主要有造纸法、干法造纸法、稠浆法和辊压法等,与传统卷烟烟草薄片相比,加热卷烟烟草薄片在理化特性和感官质量方面均存在较大差异。加热卷烟以低温加热方式供吸烟者抽吸,其气溶胶的释放特性也与传统卷烟有显著差异。本文结合近几年加热卷烟芯基材料研究工作,从制造工艺、热性能和气溶胶释放特性分析3个方面对加热卷烟芯基材料进行综述,为加热卷烟产品的设计开发和品质提升提供参考。

装配式柔性墙体日光温室联合储热系统蓄放热特性

增设多蓄热介质联合主动蓄放热系统是解决装配式柔性墙体日光温室“重保温、轻蓄热”问题的有效方法,但当前对于“土壤-空气-水”多介质联合储热系统蓄放热特性和加温效果尚不明确,针对此问题,该研究以配备“空气源地中热交换-水源后墙循环换热”联合储热系统的装配式柔性墙体日光温室为研究对象,采用现场跟踪测试和能量转移测算,对联合储热系统各自和组合的蓄放热特性进行研究。结果表明,配有联合储热系统的装配式柔性墙体日光温室室内夜间最低空气温度维持在10℃以上,室内外最大温差达26.5℃。0~50 cm的土壤层是该温室主要蓄热介质,晴天土壤层蓄热量最高占总蓄热量的63.5%。地中热交换系统最高占土壤蓄热量的54.4%。水循环系统蓄热量可达424.04 MJ,最高占总蓄热量的45.1%,通过循环蓄热可将储水池内8 m3水的温度提高到35℃。连阴天时,通过引入蓄放热比指标,对联合储热系统的运行效果进行定量评价,发现水循环系统具有蓄放热速度快的特点,蓄放热比绝对值最高可达1.62,是当天土壤蓄放热的1.8倍。但从总量上看,土壤仍是连阴天主要放热来源,在北京地区联合蓄放热系统能够维持3个连阴天的热量需求。水循环系统平均性能系数(coefficient of performance,COP)为9.16,地中热交换系统平均COP为6.82,联合蓄放热系统综合COP为8.85,对比热泵,其节能率达60.26%。研究结果为联合储热系统蓄放热机理研究提供了理论依据。

H_(2)O对合成气火焰热释放特性及NO生成路径的化学影响

利用Chemkin软件研究了H_(2)O的化学效应对不同含氢量的合成气(H_(2)/CO体积比=10∶90和50∶50)火焰温度、热释放特性及NO生成路径的影响规律。结果表明,尽管H_(2)O相比N_(2)具有更高的比热容,但是其能够直接参加化学反应,促进了OH和HO_(2)自由基的生成,提升了H+O_(2)+H_(2)O=HO_(2)+H_(2)O、H+HO_(2)=2OH、OH+CO=H+CO_(2)、OH+H_(2)=H+H_(2)O等反应的热释放速率,导致H_(2)O的化学效应能够提升合成气火焰温度,且对低氢含量的合成气火焰温度提升作用更加明显。不论H_(2)/CO比例高低,H_(2)O的化学效应均促进了热力型NO生成,抑制了NNH路径对NO生成的贡献;在高氢含量的合成气(H_(2)/CO=50∶50)火焰中H_(2)O的化学效应促进了N_(2)O路径对NO生成,但是抑制了低氢含量的合成气(H_(2)/CO=10∶90)火焰中N_(2)O向NO的转化。

不同粒径焦煤高温燃烧特性参数研究

为研究不同粒径煤样在高温条件下的燃烧特性,利用锥形量热仪对粒径为0.200~0.450、0.125~0.200、0.097~0.125 mm的焦煤及其混合煤样的燃烧特性参数进行测试,并计算燃烧效率参数,分析其与煤样粒径之间的关系。结果表明:随着粒径的减小,点燃时间逐渐缩短,表明粒径越小越易燃烧;达到热释放速率峰值所需时间及峰值高低随粒径的减小而减小,其中混合煤样的峰值最低;当热释放速率曲线趋于平稳后,随着粒径的减小,热释放速率及总热释放量均呈增大趋势,且关系均为0.097~0.125 mm>0.125~0.200 mm>混合煤样>0.200~0.450 mm;质量损失速率峰值及稳定后的质量损失速率随粒径的减小而增大,总质量损失也随之增多,且关系均为0.097~0.125 mm>0.125~0.200 mm>混合煤样>0.200~0.450 mm;CO释放量随着粒径的减小呈减小趋势;随着粒径的减小,火灾性能指数逐渐减小,而火灾蔓延指数逐渐增大,其中混合煤样火灾性能指数最大,火灾蔓延指数略高于0.200~0.450 mm煤样;煤样粒径越小火灾危险性越大,混合煤样火灾危险性较低。

贵州龙凤煤矿无烟煤自燃特性及动力学参数

为研究贵州龙凤煤矿采空区遗煤自燃特性,首先采用同步热分析(TG-DSC)试验装置,测试该矿无烟煤在不同升温速率和氧气浓度条件下特征温度和放热量的变化规律,然后使用Coats-Redfern积分公式定量分析活化能。结果表明:相同氧气浓度条件下,煤样特征温度点均随升温速率增大呈升高趋势;相同升温速率的煤样其特征温度点T_(2)随氧气浓度的增大出现波动性变化,T_(3)先增加后降低,而T_(1)、T_(4)、T_(5)和T_(6)则逐渐降低;随着升温速率的增大,煤样放热峰值、峰值温度及放热量逐渐增加;煤样初始放热温度和峰值温度随氧气浓度的增大而减小,而放热峰值和放热量则先增加后降低,并在15%氧气浓度时达到最大;煤样受热分解/燃烧阶段的最概然机理函数符合n=4的A-E方程,在21%氧气浓度、不同升温速率下的活化能分别为141.18,12984,118.03,102.05,84.38 kJ/mol,随升温速率升高而降低,而在10 K/min升温速率、不同氧气浓度下的活化能分别为85.24,97.79,114.51,125.18,129.84 kJ/mol,随氧气浓度升高而增大。试验结果为该矿的煤自燃防治提供了理论依据。

河北省某高校地源热泵系统地温场监测与分析

为了掌握地源热泵地埋侧土壤的吸热放热特性,以某高校地源热泵供暖供冷为例对地埋侧土壤的吸热放热特性进行了研究,对6口地埋井在纵向按照每10米一个测点进行了温度监测,经过1a的监测数据分析得出,热泵系统一年内向地下的净排热量为10560.1GJ,热不平衡率为61.8%,存在热累积现象。分析了岩土体在供暖季、过渡季、制冷季的温度变化情况,换热区域地层平均温度升幅在1.65-2.24℃之间,平均累计上升1.89℃,为该地区同类项目的开发具有一定的借鉴作用。

煤低氧自燃及其残余物复燃特征试验研究

为研究煤的低氧自燃及其残余物的复燃过程,在氧浓度5%的条件下,分别在200,300,400℃对煤样进行恒温氧化,采用同步热分析法,测试了原煤低氧自燃及残余物复燃过程中的质量及放热量变化规律,并进一步分析其动力学特征。结果表明:相对于21%氧浓度,在5%的低氧环境中,煤的自燃进程受到抑制,特征温度均升高,最大反应速率由5.05%/min降至3.12%/min,降低了38.22%,净放热量由16173.73 J/%降至12647.56 J/%,降低了21.80%;动力学模式由随机成核和随后生长转变为相边界反应,与21%氧浓度相比,5%氧浓度的煤表观活化能由91.29 kJ/mol降至81.99 kJ/mol,降低了10.19%;相对于原煤,5%的低氧高温残余物的吸氧增重过程明显受到抑制,残余物对的吸氧增重量随氧化温度的升高而降低,当经历400℃氧化后,残余物复燃的吸氧增重量相对于原煤降低了65.99%;随着氧化温度的升高,质量最大值对应的温度先降低后增大,而燃点温度和燃尽温度降低;放热量均降低,且热分解过程中放热速率的加速趋势逐渐消失;动力学模式由随机成核和随后生长先转变为反应级数,再转变为相边界反应,表观活化能先由81.99 kJ/mol增大至117.67 kJ/mol后减小至117.77 kJ/mol。研究结果对煤自燃隐患的科学治理具有指导意义。

无烟煤氧化放热分段特性及基团转化机制研究

煤的氧化自燃严重威胁矿井的安全生产,为了进一步揭示基于活性基团转化的煤氧化分段产热特性及产生机理,研究了新桥无烟煤的氧化过程中放热特性的演变及其分段性,并利用原位傅里叶红外光谱技术,从官能团转化探讨了导致新桥无烟煤氧化过程出现分阶段的原因。结果表明:新桥无烟煤的氧化自热的过程呈现明显的2个阶段;低温阶段的放热量较少,氧化程度的加深促进放热量累积;达到130℃的临界温度后,氧化放热速率加快,放热量明显增加;由初始放热温度升至临界温度、从临界温度到200℃的放热量分别为127.42、572.36 J/g;新桥无烟煤放热过程分段性的根本原因在于活性基团-OH和-COOH在不同反应温度下的生成、消耗以及持续的热化学转化过程,从而导致热量的逐渐积累释放。

环境风下大型储罐火灾火焰特征与热物理性质研究

为研究燃油储罐火灾过程中的火焰特性与火灾发展过程,基于相似准则设计小尺度实验,通过数值模拟进行全尺度实验验证,指出风速状态对储罐火灾的火焰特征、特性的影响。研究结果表明:处于软风、轻风状态时,甲醇汽油的燃烧会更快进入稳定燃烧阶段,维持稳定阶段的时间更久。火焰高度与火焰倾角的变化随着风速的增加逐渐减小并逐渐趋于平缓、火焰最高温度逐渐减小,但对火焰轴线的温度分布影响不明显;在无风状态时,风速的增加对达到热释放速率最大值的时间影响不大,但对热释放速率最大值影响较为显著;在软风、轻风状态时,风速对达到热释放速率最大值的时间影响较大。通过全尺度数值模拟实验验证得到相似实验与数值模拟实验之间的相对误差基本分布在15%以下,具有一定可靠性。研究结果可为燃油储罐火灾的安全性及其小尺度相似实验提供设计参考。

多层电缆燃烧行为及火焰特性研究

为研究狭长地下空间内桥架电缆的火灾特性,开展不同桥架间距和点火位置的电缆燃烧实验,分析3种桥架间距(0.2 m、0.3 m、0.4 m)与3处点火位置(下层、中层、上层)对电缆燃烧特性的影响。结果表明:在相同点火位置,不同桥架间距的条件下,火焰前锋位置随时间呈现先增加后不变的趋势,其增长速率随桥架间距的增加而减小;随着桥架间距增大,平均电缆火焰蔓延速率逐渐降低;在相同桥架间距,不同点火位置条件下,上层电缆火蔓延速率稍快于下层;桥架电缆中滴落引燃邻层电缆要大于下层引燃上层电缆所需的时间;当中间层电缆被引燃时,电缆质量损失最先进入快速增长阶段,其次分别为上层和下层;当下层电缆被点燃时,对应的热释放速率峰值最大,可达928 kW,而中间及上层引燃后对应的热释放速率依次减小,分别为797 kW和713 kW。

云南施甸娲女温泉成因及地热资源特征分析

对施甸县娲女温泉地热区的地质背景,温泉水补给、径流、排泄,探讨娲女温泉地热成因;根据水温、流量、水化学特征,利用SiO2温标法推算出了该地热田热储温度,利用水循环深度公式计算娲女温泉循环深度,对该温泉的天然放热量进行了估算。娲女温泉的研究对完善云南地热研究有重要意义。

加热卷烟叶丝等温热失重及关键成分释放特性分析

为在加热过程中有效调控叶丝关键成分含量,在180℃、200℃和220℃加热温度下,利用宏量型烟草高温热转化热重技术考查加热温度对加热卷烟叶丝(含水率1.5%)热失重过程及关键成分热释放特性的影响。结果表明:升高加热温度,会增加叶丝质量分数变化值,提高叶丝质量分数变化率,降低叶丝热失重过程的稳定性;当加热温度分别为200℃和220℃时,各关键成分的质量分数变化值和变化率由大到小依次为烟碱、甘油、水分、其他成分,其中烟碱基本完全释放;当加热温度为180℃时,叶丝关键成分质量分数变化值和变化率由大到小依次为烟碱、水分、甘油、其他成分,其中烟碱、甘油、水分的质量分数变化值较高,其他成分的质量分数变化值较低。

火灾环境下航空地毯燃烧特性及火灾危险性评估

为了探究民航客机用航空地毯材料的燃烧特性,结合锥形量热仪试验数据研究其在不同火灾环境下的燃烧特性,并且采用3种评价指标对材料的火灾危险性进行评估。结果表明:材料的热释放速率(Heat Release Rate,HRR)曲线只有1个增长峰,热辐射强度从20 kW/m^(2)增至50 kW/m^(2)时,材料燃烧的热释放速率峰值从233.16 kW/m^(2)增至349.55 kW/m^(2),质量损失速率随辐射强度增加而增加;燃烧过程中CO生成量随辐射强度增加而增加,CO_(2)生成量在较高辐射强度影响下随辐射强度的增加而增加;通过燃烧点燃模型得到航空地毯材料的理论临界热流为3.57 kW/m^(2);热辐射强度的变化对航空地毯的火灾危险指标影响较大。

壳管式相变蓄热换热器换热特性的模拟研究

设计了一种以石蜡为相变材料的圆柱型壳管式相变蓄热换热器,以三维单元相变储热模型为研究对象进行了换热数值模拟。分析了相变材料的液相比、温度场、平均温度及换热介质出口温度的变化规律,研究了该壳管式相变蓄热换热器在蓄、放热阶段的换热特性。结果表明:液相石蜡的自然对流会增强相变材料与换热介质之间的换热,并加快石蜡的熔化和凝固速率;蓄热阶段液相比达到18.6%后,自然对流换热的影响逐渐明显;放热阶段初期,液相比在80 s内下降了63%,固态石蜡层完全包裹传热管束前的自然对流换热最强,之后逐渐减弱。

复合相变蓄热涂层的蓄放热调温特性

相变材料(phase change materials,PCM)与建筑围护结构相结合,可以有效利用间歇性可再生能源不均匀分布的特点,在温度变化较小的情况下吸收大量的热量,减小室温的波动。将微胶囊相变材料加入到腻子粉中制备复合相变涂料,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、差示扫描量热仪(differential scanning calorimetry,DSC)和热重分析仪(thermogravimetric,TG)对其微观形貌、相变特性和热稳定性进行表征。将复合相变涂料应用于水泥板内表面,研究微胶囊相变材料(microcapsule phase change material,MPCM)含量对复合相变涂层蓄热调温性能的影响。结果表明:复合相变涂层的温度变化速率比普通涂层慢,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层与普通涂层的表面温差呈递增趋势。复合相变涂层能明显降低峰值温度和温度的波动范围,起到调节室温的作用。微胶囊相变材料含量从0增加到30%,复合相变涂层与普通涂层的温差逐渐增大,最大为3.2℃。与普通涂层相比,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层室内温度保持24~28℃的时间逐渐增加,微胶囊相变材料含量为30%的复合相变涂层室内温度保持24~28℃的时间比普通涂层延长23.5 min。

热防护服蓄热防护与放热危害双重特性的研究进展

为全面评价热防护服在热暴露阶段的蓄热防护作用以及在冷却阶段因蓄热释放对人体造成的热危害效应,介绍了防护服热蓄积产生的原因,阐述了现阶段防护服热蓄积的测试方法以及数值模拟研究现状;从服装因素、环境因素以及人体因素3个方面归纳了防护服在热暴露阶段蓄热特性的影响因素;并总结了织物基本物理性能、空气层配置、织物水分、织物受压等因素对冷却阶段防护织物放热危害特性的影响。最后提出:在未来的研究中应针对多元化的热灾害环境以及冷却环境开展热防护服蓄放热双重特性的基础研究,并基于热防护服蓄放热双重效应探究其最优的配伍设计。

不同粒度煤样高温燃烧特性研究

为研究不同粒度煤样高温条件下的燃烧特性及燃烧效率,采用锥形量热仪测试了6种粒度煤样在热辐射作用下的燃烧特性参数。研究结果表明,煤样点燃时间与煤颗粒大小总体呈正相关关系;热释放速率峰值随煤样粒径减小而逐渐下降,在热释放速率曲线稳定阶段(>150 s),不同粒径煤样热释放速率由大到小依次为>0~0.12、>0.12~0.15、>0.15~0.18、>0.18~0.25、>0.25~0.38、>0.38~0.83 mm;总热释放量随粒径减小而逐渐增加;总烟释放量随煤样粒径增大而上升,最大粒径煤样(>0.38~0.83 mm)的烟气生成速率和总烟释放量均为最大;煤样燃烧过程中CO生成速率和CO_(2)生成速率均随煤样粒径减小而逐渐增大。引入煤样的火灾性能指数(FFPI)和火灾增长指数(FFGI),对比分析不同粒度煤样的燃烧效率得出:最小粒径煤样(>0~0.12 mm)的燃烧效率最高,FFPI最小(0.27 m^(2)·s/kW),FFGI最大(3.70 kW/(m^(2)·s))。研究结果对揭示高温环境下粒度对煤样燃烧特性的影响具有一定的借鉴意义。

热风地板蓄放热特性数值模拟研究

针对川西高原地区某学生宿舍太阳能热风地板供暖系统,采用CFD数值模拟方法建立了热风地板的计算模型,计算了在不同风量和风道面积比下的地板蓄和放热量。结果表明,蓄热量与有效放热量随风道面积比的增大先增大后减小,随风量的增大而增大;蓄热系数和有效放热系数均随风道面积比和风量的增大而减少,蓄热系数变化范围为0.52~0.59,有效放热系数变化范围为0.26~0.31,有效放热量大约为蓄热量的51%。