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。

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。

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。

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.

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℃。

以大学为中心的节能评估与节能推进机制

通过客观数据分析,指出应从钢铁、建材、化工、石化、有色等高耗能行业入手,认真调整产业结构,狠抓企业的节能降耗与技术升级改造,实现政府制定的节能减排约束性目标。呼吁尽快在国内建立几个以大学为中心的节能评估与推进中心,使其在工业企业的节能评估、节能技术、政策咨询、人员培训、节能产品推广等方面发挥积极作用。提出通过培育能源管理合同模式,推进节能工作的市场化。尤其在学校、医院、政府楼寓的节能项目方面,注重发挥能源服务公司以及协会的作用。

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。

颗粒粒度对油页岩热解特性和动力学参数的影响

在热重—红外联用分析仪上进行了桦甸油页岩的热解特性实验研究,得到了升温速率为20℃/min时颗粒粒度分别为75.66μm、110.05μm、200.21μm和290.40μm的油页岩的热解TG、DTG和DSC曲线,分析了油页岩的热解特性及规律.结果表明,油页岩的热解是分两步进行的,油页岩在低温段的热解是主要的;随着颗粒粒度的减小,油页岩的热解特性趋好.通过数据分析,得到了油页岩在不同阶段的热解反应动力学参数.

基于热重法的大颗粒煤热解反应动力学

煤炭地下气化是一种将地下难以开采的煤炭资源在原位进行气化的新型煤炭利用技术,煤层空腔演化过程中产生大颗粒煤的热解和气化是煤炭地下气化重要组成部分。为探究煤炭地下气化过程中大颗粒煤的热解动力学特性,采用Netzsch STA 449 F3同步热分析仪研究了不同升温速率和煤粒径对内蒙古烟煤热解特性的影响。在试验气氛N_(2)、流量100 mL/min条件下采用非等温热重分析法,热解终温为1200℃,通过分析TG/DTG曲线,确定在不同升温速率和煤粒径下煤热解的反应特征温度和特征指数,并利用n级反应机理函数和Coats-Redfern积分法进行动力学分析,获得反应级数、活化能和指前因子。结果表明:大颗粒煤热解起始温度T_(i)和最大失重速率温度T_(max)随升温速率的增加而增大,其中T_(i)由升温速率5℃/min时的401℃增加至10℃/min时的425℃,T_(max)由升温速率5℃/min时的442℃增加至10℃/min的469℃,且最大失重速率和热解特征指数随升温速率的增大而增加,促进挥发分释放。煤粒径的增加使T_(i)升高,但对T_(max)没有明显影响,最大失重速率和热解特征指数均随煤粒径的增加而增大,其中最大失重速率由粒径小于0.1 mm时的1.58%/min缓慢升高至粒径为0.7~0.8 mm时的1.85%/min,热解特征指数则由粒径小于0.1 mm时的0.54×10^(-6)%^(3)/(min^(2)·℃^(3))增加至粒径0.7~0.8 mm时的0.84×10^(-6)%^(3)/(min^(2)·℃^(3))。动力学分析结果表明,不同条件下大颗粒煤热解的表观活化能的计算可以划分为2个温度区间,且高温区段的活化能明显低于低温区段的活化能,反应级数均为1.5。升温速率的增加使煤热解平均活化能由5℃/min时的59.46 kJ/mol降低至20℃/min时的47.71 kJ/mol,而粒径的增加则使平均活化能升高。

上海市公共建筑能源消费特征及节能潜力分析

为了深入分析上海市公共建筑能耗现状,本文以上海市大型商业建筑和酒店建筑能源消费调研数据为例,结合上海市公共建筑能耗基准线,对上海市公共建筑能源消费特征及其水平进行分析。结果表明,2012~2014年上海市大型商业建筑和酒店建筑单位建筑年综合能耗呈下降趋势,建筑逐月耗电量与季节变化之间存在密切的相关性。在终端能源消费结构方面,电力是上海市公共建筑主要消费的能源类型,且呈现总量下降而比例上升的趋势,天然气消费总量和比例呈逐年上升的趋势。空调系统能耗在整个建筑分用途能耗中的占比最高,且均依赖电力供能。参照上海市公共建筑能耗基准线,部分公共建筑具有一定节能潜力。

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。

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。

煤焦油替代重油作为动力燃油的热天平分析

用微量热天平研究了煤焦油和重油的热解特性和燃烧特性,并在此基础上初步分析了用煤焦油代替重油作为动力燃料时应该注意的因素。结果显示,不能简单用煤焦油替代重油直接在重油燃烧器上燃烧,为了防止煤焦油中挥发份过早析出导致结焦积炭,进燃烧器之前煤焦油的加热应注意采用较低的加热温度和加热强度。

等离子体拓展氨/空气预混旋流火焰贫燃极限

为探究等离子体对氨-空气预混旋流火焰贫燃极限及燃烧效率的影响规律,将等离子体等效为热源,结合计算流体力学(CFD)燃烧模拟手段分析不同当量比及等离子体放电位置下氨的燃烧特性.结果发现,布置等离子体等效热源后,氨-空气贫燃极限从0.82降至0.78以下,但同时伴随燃烧效率的下降.其原因主要在于等离子体放电输入热量可维持局部高温来防止火焰吹熄并提高局部火焰传播速度.然而,随当量比下降等离子体作用范围减小,导致部分氨逃逸进而引起燃烧不充分及燃烧效率下降.

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。

稻秆的烘焙预处理及其固体产物的气化反应性能

稻秆资源分散、水分含量高且密度低、热值低,烘焙预处理技术能够降低收集运输的物流成本,获得的固体产物能量密度高、可磨性好,适于气流床气化。在固定床热解装置上通N2保护,稻秆分别经过200℃、250℃、300℃烘焙30min,得到的固体产物在热重分析仪中与CO2进行非等温气化实验,升温速率20℃/min,终温1 200℃。实验结果表明,稻秆烘焙产物以固体剩余物和不凝结气体为主,还有少量可凝结液体(水分和焦油)。气体产物中CO2所占比例超过80%,其次为CO和微量CH4。预处理温度越高,固体剩余物越少、气体产物越多,可凝结性液体变化不大。稻秆烘焙过程的能量产率为40%~60%,随温度升高经历了急剧下降和缓慢降低两个阶段。固体剩余物的可磨性相比原始稻秆有了很大的提高,易于制细粉用于气流床气化。烘焙温度升高,所得固体产物气化反应性提高。根据Coats-Redfern法确定烘焙稻秆焦-CO2气化反应机理符合二维扩散模型,求得反应活化能73kJ/mol^88kJ/mol。

油页岩颗粒孔隙结构在燃烧过程中的变化

化石燃料的燃烧特性与其孔隙结构关系密切。采用氮气等温吸附／脱附法对桦甸油页岩及其在850℃条件下燃烧所得到的焦样的孔隙结构进行了测量,并结合油页岩燃烧特性对孔隙结构变化机理进行了分析。油页岩内油母的热解和页岩灰在燃尽阶段熔融变形使得孔容积和内表面积在燃烧过程中经历了减小、增大、再减小的一个复杂变化过程。此外,页岩灰的熔融变形还使得油页岩颗粒内部的孔由均一的具有平行壁的狭缝状孔逐渐变成多形态的孔,使得孔隙分布由主要集中在中孔变成不同尺寸的孔拥有的孔容积相差不大。为提高油页岩燃烧装置的燃烧效率,适当延长油页岩颗粒在燃烧装置内停留时间的同时,更应当减小样品的颗粒尺寸。

有机朗肯循环系统回收低温余热的优势

当前国内传统余热发电系统都是利用水蒸气的朗肯循环。举例分析了目前我国低温余热回收状况,进而通过和传统水蒸气余热发电系统的对比,阐述了有机朗肯循环(ORC)在回收低温余热领域的优势以及国内外实际应用情况。最后提出了对于国内发展ORC余热发电系统的建议。

海藻的热解特性分析

用热重分析法对一种海洋生物质——海藻类植物江蓠的热解过程及其动力学规律进行了研究。分析了样品在不同升温速率(10、20、30℃/min)和不同粒径(0．18、0．28、0．45 mm)下的实验结果,发现样品的非等温失重过程由脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4个阶段组成,结合傅里叶红外光谱分析了样品热解过程的主要成分变化,比较了各升温速率下的热解特性参数,并计算出热解产物释放指数r,随着升温速率的增加,热解反应越容易进行。当粒径小于0．45 mm时,时,颗粒粒径对热解过程影响不大。用Coats-Redfem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。