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《煤炭转化》“燃烧学”专栏

来源：煤炭转化

专题来自于《煤炭转化》2024年03期，共5篇研究成果。

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  • 温度梯度对生物质气流床气化产物的影响

    作者(Author)： 廖雷, 熊家辉, 余万, 梅洁, 易为

    摘要：气化温度是影响生物质气化性能的重要参数,而工业气化炉内温度分布不均匀,阻碍了生物质高效气化的发展进程。为了预防或减少温度分布不均所造成的不良影响,提高生物质气化性能,通过实验方法研究了炉内温度梯度(axialtemperaturegradient,ATG)对生物质气化三相产物的影响。实验设定落下床的上段炉温为1300℃不变,下段炉温范围为900℃~1300℃以模拟工业气化炉火焰区存在的轴向温度梯度,以碳转化率和冷煤气效率为评价指标,对松木屑的气化特性进行了实验分析。结果表明:在ATG为100℃~300℃范围内,合成气中有效气体(CO+H2)产率、碳转化率和冷煤气效率随着ATG的增大而逐渐减小。半焦产率均低于0.2%,表明松木屑在上段炉(450mm)1300℃高温区域内几乎实现了半焦的完全气化。碳烟为生物质高温气流床气化的主要含碳固体产物,其产率为半焦产率的3~6倍,且难以被完全清除。当上下两段的ATG高于300℃时,气相均相重整和气-固非均相反应在下段低温区几乎停滞,产物产率、碳转化率和冷煤气效率几乎保持不变,同时有少量焦油生成,占比约0.01%。
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    煤炭转化
    2024年第03期
    102
    6
  • 中药渣水解炭燃料特性及热解燃烧动力学分析

    作者(Author)： 况怡婷, 黄芳, 米铁, 罗耀刘玉婷, 辛善志, 刘晓烨

    摘要：中药渣因含水率高而处理困难,将中药渣经水热处理后有较好的应用前景。以中药渣为研究对象,采用水热处理获取中药渣水解炭,通过工业分析及元素分析、热重分析及动力学分析研究了水热处理对中药渣水解炭特性的影响。结果表明:随着水热处理温度升高,中药渣水解炭的固定碳及元素C含量、燃料比(水解炭的空气干燥无灰基固定碳与挥发分的质量比)及高位发热量增加,挥发分、元素H及元素O含量明显降低,nO/nC及nH/nC逐渐降低,水解炭性质接近一般动力煤性质。热重分析发现热解过程中,280℃下形成的水解炭在160℃~300℃和300℃~500℃出现较明显的双峰失重峰,其余水热处理温度下形成的水解炭仅在275℃~400℃出现一个极明显失重峰。随着水热处理温度的升高,水解炭热解活化能由69.56kJ/mol降至40.55kJ/mol。水解炭燃烧过程主要经历四个阶段,180℃~295℃主要是小分子挥发分热解阶段,其活化能为63.65kJ/mol~105.02kJ/mol;295℃~390℃主要是小分子挥发分主要燃烧阶段,其活化能为10.78kJ/mol~35.76kJ/mol;390℃~410℃主要是大分子挥发分析出与燃烧阶段,其活化能为117.08kJ/mol~201.61kJ/mol;410℃~520℃主要是固定碳与焦炭的燃烧以及少量矿物与无机化合物的热分解阶段,其活化能为22.18kJ/mol~92.10kJ/mol。随着水热处理温度升高,水解炭燃烧同一阶段的指前因子与活化能变化趋势一致。水解炭的可燃性指数、着火指数以及综合燃烧指数随着水热处理温度升高、水热时间增加以及固液比的增大而减小,固液比为1g∶15mL且在220℃下水热1h获得水解炭的燃烧性能较好,综合燃烧指数为3.55×10-10/(min2·℃3),可为高湿固废水热燃料化的应用提供参考。
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    煤炭转化
    2024年第03期
    110
    7
  • 基于ReaxFFMD模拟的生物质三组分共热解气相产物析出特性研究

    作者(Author)： 徐思佳, 胡雨燕, 胡维杰, 张鹏飞

    摘要：生物质能的有效利用是实现“双碳”战略目标的重要途径。近年来,生物热解技术是研究热点之一,从分子尺度上理解热解过程和产物析出特性具有重要意义。基于反应分子动力学(ReaxFFMD)模拟结合热重(TG)分析和微型热解实验,研究了生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)的共热解行为和气相产物析出特性。结果表明:ReaxFFMD模拟得到的三组分单独热解及共热解过程的热失重特性与TG实验结果基本吻合;基于一级反应动力学模型,共热解的活化能实际值比线性叠加的理论值降低约14.67%,表明共热解对化学键的断裂具有正向协同效应;在三组分共热解过程中,低温下析出气体主要为水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)、甲酸乙酯(C3H6O2)和呋喃(C4H4O),来自纤维素和半纤维素的热解,而在高温下,主要析出气体变为甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)和氢气(H2),源自木质素热解;纤维素和半纤维素单独热解时,无机气体按产率由大到小排序为:H2O,CO2,CO,H2,对于木质素热解,无机气体按产率排序则变为:H2O,CO,CO2,H2,三组分共热解时无机气体产率排序与纤维素和半纤维素热解时无机气体产率排序一致;纤维素和半纤维素可分别促进木质素热解产生CH4,三组分共热解则促进乙酸(C2H4O2)裂解和甲醛(CH2O)生成。
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    煤炭转化
    2024年第03期
    132
    13
  • 基于可视化大尺寸快速升温热重分析装置的混合固废热解和燃烧特性的实验研究

    作者(Author)： 吴三军, 李嘉晔, 李振山

    摘要：城市固体废弃物(municipalsolidwaste,MSW)的燃烧依次经历干燥和热解、挥发分燃烧、焦炭燃烧三个阶段,描述样品热解、燃烧动力学特性的主要参数包括样品质量、温度、尺寸和点火特性等。实际固废焚烧处理过程的主要特征包括升温速率高(400K/min以上)、样品尺寸大、组分复杂和样品体积收缩等。然而,常规用于测量固废热解、燃烧的实验设备如TGA、macroTGA和沉降炉等存在升温速率或样品尺寸受限、难以同时获取样品的质量和温度及图像信息等缺陷。为此,搭建了可视化大尺寸快速升温热重分析装置,测量了打印纸、PET塑料、松木和厨余垃圾及其混合样品在慢速升温(10K/min,15K/min,25K/min)和快速升温(约500K/min)工况下热解和燃烧的质量、温度和图像信息。结果表明:升温速率对混合样品的热解和燃烧动力学特性影响较大。慢速升温模式下,混合样品燃烧DTG曲线呈现多峰特征,且这些峰的出现时间与其四种组分的燃烧DTG曲线峰值具有对应关系;快速升温模式下,混合样品各组分的热解区间趋于重叠,燃烧DTG曲线的峰减少为一个。温度和图像信息表明,15K/min慢速升温模式下,混合样品内部和表面的点火时间基本一致,点火时样品中心温度为191℃,燃烧发生在样品表面。快速升温模式下,升温开始后样品表面可以立即观察到挥发分的燃烧火焰,随后燃烧逐步向样品内部扩展。随着燃烧的进行,样品尺寸持续收缩,直至燃尽。
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    煤炭转化
    2024年第03期
    113
    11
  • O2/CO2条件下半焦-生物质的混燃特性及动力学分析

    作者(Author)： 张锦萍, 陈磊, 王长安, 车得福

    摘要：半焦与生物质在O2/CO2条件下混燃是实现碳基燃料清洁高效利用和碳减排的重要途径,准确掌握其混燃特性及动力学特性尤为关键。通过热重分析和正交实验研究了半焦与三种生物质(稻壳、松木、核桃壳)在O2/N2和N2/CO2气氛下混燃的燃烧特性、交互作用及反应动力学。结果表明:O2/N2气氛下掺混生物质可改善半焦的着火和燃尽特性,O2/CO2气氛下掺混生物<PAGE-1>质可改善半焦的着火特性,但会延迟半焦的燃尽。半焦和生物质在主燃区存在明显的交互作用,该作用显著提高了混燃反应性和燃烧强度,降低了着火活化能。生物质掺混比增大,燃烧特性指数提高,混合燃料低温区的活化能E1和高温区的活化能E2均逐渐降低;掺混生物质为松木时,混燃特性最好,掺混生物质为稻壳时,混燃特性次之,掺混生物质为核桃壳时,混燃特性再次之。与O2/N2气氛相比,O2/CO2气氛下的综合燃烧特性指数降低,E1和E2都提高,提高O2/CO2气氛中的O2体积分数可小幅改善燃烧特性。燃烧气氛对燃烧特性和活化能的影响最显著,生物质掺混比的影响次之,掺混生物质的种类的影响最小,但若只考虑O2/CO2气氛的O2体积分数变化,燃烧气氛对混燃特性的影响很小。
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    煤炭转化
    2024年第03期
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