大型海藻浒苔热解特性与动力学研究

以2005年10月采自江苏如东海区的条浒苔(Enteromorpha clathrata)为研究材料,用热重分析法对其热解过程及其动力学规律进行了研究。采用10、20、30℃/min等升温速率分别对0.18、0.28、0.45mm等粒径样品进行热解,结果表明样品非等温失重过程主要为脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4个阶段,且热解失重区为190～520℃之间范围;通过对最大失重率Dmax、失重率峰值温度θmax、挥发等参数分析,可以得出温度Ts和r值都随升温速率的增加而增加,升温速率越高,反应时间越短,热解特性指数增加;当样品粒径为0.28mm以上时,颗粒粒径越大对热解过程影响较大。用Coats-Redfern方法计算出样品的热解动力学参数,发现其热解反应机理函数不同于木质类生物质,求得的活化能E与频率因子A之间存在动力学补偿效应。

动力学控制下焦炭颗粒气化特性的模型研究

焦炭颗粒气化反应属于典型的非催化气固反应,固体结构会随着反应发生变化,颗粒的气化模型包含了体现固体颗粒表面积变化的结构因子。建立了具体的焦炭颗粒与二氧化碳气化过程的扩散-反应模型,并将研究的内容限定在动力学控制区域。该模型的特点在于其反应速率项采用了形式简单的结构因子,模型结果与随机孔模型对比后显示了很好的精确性。利用该模型考察了不同初始孔隙率的焦炭颗粒的转化率变化特性以及固定初始孔隙率下,气化温度和气化剂分压对焦炭颗粒气化的影响。

超超临界二次再热机组锅炉燃烧与水动力耦合计算方法研究

以某超超临界二次再热机组锅炉为研究对象,采用区域法对炉内空间和水冷壁面进行二维分区建模。将炉内燃烧放热过程与锅内流动换热过程进行耦合,并对其进行合理简化以便于工程化应用,得到了典型负荷工况下,螺旋管圈水冷壁的总体传热特性及壁温分布规律。结果表明:采用分级配风的炉膛,在沿高度方向上壁面热负荷均呈现出"双峰"分布,热负荷峰值接近400 kW/m^2;在炉宽方向上,水冷壁热负荷和壁温均呈现出中间高、两端低的抛物线形分布特征,主燃烧区的分布不均匀性要强于燃尽区,这说明炉内壁面热负荷是影响水冷壁管壁温度分布特性的重要因素;BMCR工况下主燃烧区的热流密度峰值可达到479.5 kW/m^2,壁温最高达到530.5℃。

典型生活垃圾组分热解动力学研究

焚烧是生活垃圾处理的主要方式之一,通过燃烧数值模拟方法来提高焚烧设备的设计与运行水平是可行的方式,准确与合理的模型和参数是数值模拟进行的必要条件。生活垃圾成分多样,燃烧过程复杂,热解是焚烧过程的重要阶段,使用热重分析仪,在室温至800℃(或以上)、多个升温速率下(15℃/min、40℃/min和200℃/min)对典型生活垃圾组分的热解过程进行研究,针对所选择的简化动力学模型,得到对应条件下燃料热解的温度区间和动力学参数。

秸秆类生物质燃烧动力学特性实验研究

生物质能的利用越来越受到重视。直接燃烧技术由于其操作简单、取材方便、成本适宜等特点是一种符合我国国情的生物质能利用方式。采用热重分析的研究方法,对水稻秸秆、玉米秸秆和玉米芯三种秸秆类生物质的燃烧动力学特性进行了实验,研究了不同升温速率、氧浓度对不同种类的秸秆生物质燃料燃烧动力学特性的影响,并对着火温度、燃烧稳定性、挥发分析出特性、燃烧特性指数等相关特性参数进行定量分析,为设计秸秆工业锅炉燃烧设备,合理选择生物质种类、优化燃烧、提高锅炉效率提供了理论支撑。

预热解式煤粉工业锅炉大比例直燃耦合生物质的数值模拟研究

燃煤耦合零碳的生物质是现阶段燃煤过程中减少CO_(2)排放成本最低和技术最成熟的技术。根据我国生物质资源分布国情,受生物质资源收集成本限制,在现有燃煤火电机组上只能进行低比例的耦合掺烧,但分布式供能燃煤工业锅炉具备进行大比例耦合甚至全部改烧生物质燃料的条件。目前链条炉和流化床锅炉掺烧和全烧生物质在国内已得到较为广泛的应用,然而相对更高效和自动化程度更高的煤粉工业锅炉大比例耦合生物质的研究和工业应用案例较少。针对近年来国内新发展的低NO_(x)预热解式煤粉工业锅炉大比例直燃耦合生物质甚至全烧生物质的可行性,通过CFD数值模拟进行初步探索,重点对大比例耦合生物质对预热解式煤粉工业锅炉温度场、壁面热流密度、气氛场和NO_(x)排放的影响进行评估。数值计算结果表明:预热解式煤粉工业锅炉大比例耦合生物质后,炉内的温度场、壁面热流密度和气氛场总体分布趋势与纯煤粉燃烧相似;随着生物质耦合比例的增加,主燃区燃烧过程得到强化,但由于生物质含水量较高,火焰总体存在着火延迟现象,主燃区消耗氧气的速率有所降低,挥发分与CO摩尔分数明显升高。受生物质燃料中含氮量高和火焰推迟的双重影响,随着生物质耦合比例的增加,NO_(x)排放先增加后减少。研究结果表明预热解式煤粉燃烧技术可实现煤粉工业锅炉大比例耦合生物质甚至全部改烧生物质,在适当控制生物质燃料收到基氮含量的条件下,大比例耦合生物质可显著降低锅炉NO_(x)排放。

基于分子动力学模拟的VOCs热氧化特性分析

采用反应分子动力学模拟的方法,选择苯、甲苯和苯乙烯作为代表性VOCs组分,分析其在不同温度下发生热解和氧化的反应特性,获得其总包动力学参数,并应用于VOCs在蓄热氧化装置(RTO)中的CFD模拟。芳烃类VOCs的初始热解步骤主要发生脱氢、脱侧链和开环反应,生成对应支链结构的小分子烃类和苯,而氧化过程则直接生成CO、H2O以及少量的烃类。不同VOCs的热解与氧化反应速率存在显著差异,动力学分析表明,使用一级反应假设适用于描述VOCs热解及氧化初始阶段的反应过程。CFD模拟表明,提高入口温度可以显著提升VOCs的转化效率,而在同等VOCs处理量的前提下,提高VOCs浓度、降低进口总流量,对VOCs转化效率的改善程度与提高入口温度相当,这表明VOCs浓缩技术耦合RTO更为高效节能。

焦炭氮释放和NO_(x)生成与还原特性的实验研究

在沉降炉上开展低挥发分贫煤焦炭燃烧实验,研究了反应温度(1100~1300℃)、氧气体积分数(0~15%)和初始NO体积分数(0~500 mL/m^(3))对焦炭氮释放和NO_(x)生成与还原特性的影响。结果表明:在1300℃无氧条件下,焦炭和NO发生异相还原反应,随着初始NO体积分数由0增加至500 mL/m^(3),NO_(x)还原率由0增加至93.4%。在焦炭燃烧条件下,焦炭氮释放并氧化生成NO_(x),此时增加初始NO体积分数抑制焦炭氮向NO_(x)转化。随着反应温度升高、氧气体积分数降低或初始NO体积分数增加,焦炭氮向NO_(x)的表观转化率均有所降低。当反应温度为1300℃、氧气体积分数为5%时,随着初始NO体积分数由0增加至500 mL/m^(3),焦炭对NO_(x)的还原作用逐渐增强,NO_(x)表观转化率由7.9%逐渐降低至-24.2%。

油页岩半焦燃烧特性的研究

采用热分析法对油页岩半焦燃烧特性进行了实验研究,并讨论了干馏度和升温速率对半焦燃烧过程的影响。干馏度影响失重初析温度和低温段燃烧历程,而对高温段燃烧影响不大;不同升温速率下的燃烧TG曲线表明,升温速率低有利于颗粒的燃尽;而不同升温速率下的燃烧DTG曲线表明,升温速率高,颗粒失重速度快;半焦着火温度随着挥发分含量的降低而明显升高,但升温速率对半焦着火温度影响不大。为保证半焦通过循环床炉膛能一次燃尽,建议适当减小半焦颗粒直径和延长颗粒在炉内的停留时间。最后采用二元一次线性回归法求出了半焦燃烧动力学参数,计算结果可供数值仿真和工程设计参考。

生物质废弃物的热解研究

Three biomass wastes were studied with thermal analyzers.The pyrolysis characteristics were analyzed by using active and passive pyrolysis zone,and pyrolysis index.The pyrolysis kinetics parameters and controlling equations were derived from thermal gravimetric analysis.A general pyrolysis rate equation was deduced.The results show that pyrolysis of agriculture residues is not active in passive pyrolysis zone,but pyrolysis of wood residues is still active.Pyrolysis indexes increase with higher heating rate,which is beneficial to biomass pyrolysis.Pyrolysis of three biomass wastes conforms to two-stage model.Pyrolysis mechanism and kinetic parameters are different within different temperature range.For the same biomass sample,the main factors affecting the reaction rate are reaction kinetics parameters,while heating rate does not change the reaction rate equation but changes the reaction kinetics parameters.

稻秆慢速热解的需热量及动力学分析

应用热重-差式扫描(TG-DSC)同步热分析仪进行稻秆的热解实验,通过对DTG和DSC曲线的对比分析,详细探讨了稻秆的基本热解过程;以440 K为临界温度,将实验曲线转换为干稻秆DSC曲线,升温速率β为10,15,20和30 K/min时,干稻秆的热解净热效应分别为878,836,770,841 kJ/kg;采用Coats-Redfern积分法进行动力学分析,基于典型固态反应动力学机理模型,按最小二乘法原理确定A2模型为最佳动力学机理模型。结果表明,随着升温速率的增加,稻秆试样的活化能增加。同时,稻秆热解符合2段机理模型。

两段式固定床反应器中焦油脱除的实验研究

通过两段式固定床反应器实验,研究了热裂解、部分氧化和炭层转化三种方法对焦油脱除的效果,并研究了生物质种类、反应温度、停留时间、生物质焦的粒径及种类等因素对热解焦油的脱除和转化规律。结果表明,随着温度的升高,三种脱除方法中焦油生成量下降,且降幅逐渐减小,实验过程中无论采取何种方法,都难以将焦油完全脱除;部分氧化和炭层转化对焦油的脱除效果都较相同温度条件下的热裂解要好,且在焦油脱除效果上,炭层转化>部分氧化>热裂解;联合部分氧化和炭层转化可达最高的焦油脱除效率,三种生物质热解焦油经1 000℃联合脱除后产量分别为,稻秆0.43%、玉米秆0.61%和杉木屑1.15%,转化率分别达到98.28%、97.23%和96.29%;相同实验条件下稻秆的热解焦油最容易脱除,这与其物料中含氧量较高有关;生物质焦种类对焦油的脱除效果影响较小。

利用低品位热能的有机物朗肯循环的工质选择

工质对低品位热能有机物朗肯循环的安全性、环保性、经济性和高效性具有很大的影响。本文首先对61种工质的热力学、物理、化学、环保、安全和经济特性进行了研究,并从中挑选出11种符合上述特性的候选工质,然后对这些候选工质的干湿性、饱和性质和循环热效率进行了研究,确定了8种适合低品位热能有机物朗肯循环且具有潜力的工质,它们是丙烷(R290)、R600、R600a、R507A、R134a、异戊烷(Isopentane)、正戊烷(n-Pentane)、R404A,最后分析了这8种有潜力工质的适用条件。

一种低NOx旋流燃烧器流场特性的研究

介绍了国内某锅炉厂按引进日立-巴布科克公司技术制造的HT-NR3低NOx燃烧器的基本情况及其主要结构特点,并对这种燃烧器进行了试验研究.结果表明:该燃烧器的回流区为中间环状回流区,煤粉浓度分布为外浓内淡,与其回流区相匹配,具有良好的着火及燃烧特性.实际运行表明,该燃烧系统具有很好的低NOx特性,可以满足国内燃煤锅炉的低NOx排放要求.

半干法烟气脱硫中过氧化氢溶液强化吸收二氧化硫的研究

在半干法烟气脱硫的基础上,提出了利用过氧化氢的强氧化性,在喷水增湿脱硫剂过程中添加少量的过氧化氢溶液进一步提高其脱硫效率的方法,并重点研究了过氧化氢水溶液浓度以及各种因素（Ca/S摩尔比、近绝热饱和温度等）对脱硫效率的影响。结果表明,采用1.0%-2.0%过氧化氢水溶液增湿脱硫剂,其脱硫效率可提高20%-30%;随着过氧化氢溶液浓度的增加,脱硫效率及吸收剂利用率更高。

超细与常规煤粉燃烧动力学特性及计算分析

采用热重-差热分析仪研究了元宝山褐煤与大同烟煤2个煤种常规粒度与超细粒度各4个煤样的燃烧特性,其升温速率均为30℃·min-1、所用气体为纯O2、气体流量均为80ml·min-1.根据试验数据计算了各试验煤样的综合燃烧特性指数和高、低温度段的燃烧动力学参数,用重量加权平均法计算了各煤样的平均表观活化能,重点讨论了常规粒度与超细粒度煤粉的燃烧特性的差异.

油页岩综合利用技术的研究

根据当前能源发展趋势和油页岩自身特性提出了一条新的油页岩综合利用技术路线：油页岩首先炼油产生页岩油和燃气；炼油产生的油页岩半焦废料与细油页岩按一定比例混合后送入循环流化床燃烧发电、供热；循环流化床排出的页岩灰经处理后作为水泥、陶粒、建筑砌块等建筑材料的原材料，本技术路线将为储量巨大的油页岩资源提供一条高效、经济、洁净的利用途径。

煤在燃烧过程中灰层有效扩散系数的实验研究与应用

搭建了大颗粒热重实验台,通过测量焦炭反应速率得出有效扩散系数的变化规律.将有效扩散系数的实验拟合表达式应用于整体层燃模型,得到改进的层燃模型,并对改进前后层燃模型的预测结果与实炉测量结果进行了比较.结果表明:不同煤种的有效扩散系数均随着反应的进行而减小,且与灰层厚度之间符合指数关系;煤种和温度是有效扩散系数的重要影响因素,无烟煤的初始有效扩散系数比烟煤的小,有效扩散系数的下降速率比烟煤快;反应温度高于灰熔点时会引起烧结现象,使有效扩散系数减小;考虑灰层生长对有效扩散系数影响的模型可以更准确地预测床层燃烧的气体产物分布和燃烧速率.

生物质层燃锅炉低NOx燃烧技术的研究

为解决我国现有生物质层燃锅炉存在NO_x和CO排放量高的问题,建立了生物质床层燃烧和NO_x模型,进行了大颗粒燃料热解特性和焦炭异相反应过程中NO转化的实验研究,得到其动力学参数,并将单元体炉实验结果与模型计算结果进行了对比。针对我国炉型结构特点,提出"之"字形炉拱与空气分级相结合的改进方案。结果表明:现有敞开式炉膛结构所存在的"烟囱流"特点是造成NO_x和CO体积分数高的根源;改进后炉膛内还原区中各气体组分得到充分混合,延长了气体停留时间,从而可以取得炉内控制NO_x质量浓度的显著效果,同时可使CO充分燃尽。

燃煤锅炉高效、低NO_x运行策略的研究

借助现场燃烧调整试验数据,采用最小二乘支持向量机方法建立了NOx排放和燃烧效率的预测模型,并与遗传算法相结合,分别对降低NOx排放和提高锅炉效率的各参数进行了优化,找到了在燃用不同煤种下较低NOx排放和较高燃烧效率的运行参数组合.研究结果证明:运用此方法可以寻找出锅炉在燃用不同煤种时最佳的高效、低污染运行方案.