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        不同粒徑氣化細(xì)渣的殘?zhí)啃螒B(tài)及燃燒特性*

        2021-09-13 07:35:38李寒旭夏寶亮
        煤炭轉(zhuǎn)化 2021年5期
        關(guān)鍵詞:殘?zhí)?/a>氣化粒徑

        汪 倫 李寒旭,2 趙 帥 夏寶亮 黃 俊

        (1.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,232001 安徽淮南;2.合肥綜合性國家科學(xué)中心能源研究院,230031 合肥)

        0 引 言

        我國富煤貧油少氣的能源格局,使煤炭在未來相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)仍將是國內(nèi)主要基礎(chǔ)能源。但煤炭在利用過程中一直存在原煤入洗率低、煤炭發(fā)電技術(shù)落后和煤炭利用效率低等問題[1]。作為煤炭清潔利用的重要手段,煤氣化技術(shù)近年來得到極大的重視和發(fā)展。煤氣化渣是氣流床氣化爐的主要固體廢棄物[2],包括粗渣和細(xì)渣。粗渣是具有致密性和磨蝕性的玻璃態(tài)固體,碳含量較低,故粗渣可用于拋光介質(zhì)、路面涂層和建筑材料等領(lǐng)域[3]。細(xì)渣中的碳含量高且具有不規(guī)則形狀顆粒和高度發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)[4]。氣化細(xì)渣殘?zhí)苛颗c水分均超過了國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,限制了其在建筑及材料方面的應(yīng)用,其大量堆積或填埋不僅占用土地資源,而且會對土壤和水體造成污染[5]。

        為實(shí)現(xiàn)“零排放”的氣化要求,氣化細(xì)渣的資源化利用近年來成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。其應(yīng)用在硅酸鹽肥料[6]、催化劑載體[7]、碳-硅復(fù)合材料[8]和吸附劑[9]等方面,但上述的資源化利用方法很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、環(huán)境化和經(jīng)濟(jì)化處理氣化細(xì)渣。相比而言,氣化細(xì)渣混煤燃燒是較為經(jīng)濟(jì)環(huán)保的方法。首先,氣化細(xì)渣的燒失率很高,通過燃燒產(chǎn)生一定的熱量。與煤混燃既能改善自身因水分高和揮發(fā)分低而導(dǎo)致其燃燒性能差的問題,又可以減少作為燃料進(jìn)料的煤炭量。其次,NABAJYOTI et al[10-11]發(fā)現(xiàn)燃燒后氣化細(xì)渣的燒失率非常低,可再應(yīng)用于水泥和混凝土的生產(chǎn)。近年來陸續(xù)有氣化細(xì)渣與煤混燒的相關(guān)報(bào)道,DAI et al[12]研究了氣化細(xì)渣的基礎(chǔ)燃燒和與煤混合燃燒的特性,發(fā)現(xiàn)渣煤混燃之間存在不可忽視的協(xié)同作用并設(shè)計(jì)和優(yōu)化氣化細(xì)渣混合燃燒系統(tǒng);李永剛[13]進(jìn)行了循環(huán)流化床鍋爐摻燒氣化爐細(xì)渣經(jīng)濟(jì)性分析;徐文靜等[14]利用熱重分析,研究了氣化細(xì)渣單獨(dú)燃燒及與動力原料煤共燃特性?;烀喝紵疤嵝枰钊肓私鈿饣?xì)渣自身的燃燒特性,氣化細(xì)渣的燃燒過程與殘?zhí)坑泻艽箨P(guān)聯(lián), WU et al[15]闡述了氣化爐渣中“未燃燒炭”的可能來源包括原煤熱解時(shí)揮發(fā)物、部分氣化炭(氣化爐中停留時(shí)間短)及未反應(yīng)的熱解炭(熔融礦物質(zhì)包裹而未氣化)。相關(guān)研究[16-18]發(fā)現(xiàn),不同粒徑下的氣化細(xì)渣中殘?zhí)糠植技靶螒B(tài)存在差異,并對其理化性質(zhì)進(jìn)行了探究,但針對不同粒徑氣化細(xì)渣中燃燒特性的研究相對較少。了解不同粒徑下氣化細(xì)渣的殘?zhí)啃螒B(tài)和燃燒特性,能夠?yàn)閮?yōu)化氣化細(xì)渣混煤燃燒提供參考。

        本研究將不同粒徑細(xì)渣中殘?zhí)啃螒B(tài)與其燃燒特性聯(lián)系起來,采用殘?zhí)苛扛叩臍饣?xì)渣,篩選出不同粒徑后分別探究其殘?zhí)啃螒B(tài)及燃燒特性。在此基礎(chǔ)上,考察易燃粒徑的氣化細(xì)渣與燃料煤的混燃特性及燃燒反應(yīng)動力學(xué)。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 樣品

        本實(shí)驗(yàn)采用的氣化細(xì)渣(BL)是由湖北某Shell氣化爐產(chǎn)出,原始樣在空氣自然晾干。采用的燃料煤為神優(yōu)煤(SY),經(jīng)晾干、破碎、磨制成粉煤樣。樣品的工業(yè)分析、元素分析、發(fā)熱量和灰成分見表1和表2。采用BT-9300ST型激光粒度分布儀激光粒度儀(丹東,百特儀器有限公司)測試粉煤樣SY和原始?xì)饣?xì)渣BL的粒度(見圖1)。

        表1 樣品的工業(yè)分析和元素分析Table 1 Proximate and ultimate analyses of samples

        表2 樣品的灰成分(%*)Table 2 Ash composition of sample(%*)

        圖1 SY和BL的粒度分布Fig.1 Particle size distribution of SY and BL

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 渣樣的篩分

        原始BL中水分較高,為防止篩選時(shí)因潮濕黏結(jié)而堵塞篩網(wǎng),先將BL在(105±2) ℃恒溫箱中干燥24 h,選擇標(biāo)準(zhǔn)篩100目和200目,用ZBSX-92A型振篩機(jī)(紹興,拓展儀器設(shè)備有限公司)振動15 min,將BL篩分成粒徑分別為0 μm~75 μm,75 μm~150 μm,>150 μm三種粒徑的氣化細(xì)渣樣品(分別命名為BL1,BL2,BL3),為防止渣樣吸水,需密封保存;采用BT-9300ST 型激光粒度分布儀對BL1,BL2,BL3進(jìn)行粒度分析。

        1.2.2 渣樣殘?zhí)啃螒B(tài)測試

        渣樣包括BL,BL1,BL2,BL3,參照GB/T 34231-2017的燒失量法測定渣樣燒失率;渣樣微區(qū)成分元素種類與含量和微觀形貌分析采用TESCAN VEGA3 SBH系列掃描電鏡(德國,BRUKER公司),配套BRUKER XF lashl30能譜儀,放大倍數(shù)為200倍~600倍;渣樣的晶體礦物組成分析采用MSALXD-3型X射線衍射儀(北京普析通用儀器有限公司)測定。

        1.2.3 燃燒實(shí)驗(yàn)

        實(shí)驗(yàn)樣品:BL,BL1,BL2,BL3和燃料煤(SY)在(105±2) ℃恒溫箱中干燥24 h,按氣化細(xì)渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%,30%,50%和70%與SY摻混(記為10%BL-90%SY,30%BL-70%SY,50%BL-50%SY和70%BL-30%SY,依此類推)。通過NETZSCH STA-449型同步熱分析儀(德國,NETZSCH公司)對樣品進(jìn)行燃燒特性分析。在加熱過程中,連續(xù)記錄相應(yīng)的熱重(TG)和微分熱重(DTG)燃燒曲線。實(shí)驗(yàn)條件:樣品質(zhì)量為(20.00+0.01) mg,實(shí)驗(yàn)氣氛為氧氣和氮?dú)獾幕旌夏M空氣,氧氣和氮?dú)獾捏w積流量比為21∶79,氣體流量為50 mL/min,升溫速率為20 ℃/min,實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)間為25 ℃~1 000 ℃。

        相同實(shí)驗(yàn)條件下考察了不同粒徑系化細(xì)渣和SY的單獨(dú)燃燒特性。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 不同粒徑氣化細(xì)渣的殘?zhí)啃螒B(tài)

        BL1,BL2,BL3粒度分布如圖2所示。由圖2可知,BL1的粒徑分布峰值在3 μm和20 μm附近,BL2和BL3粒徑分布峰值分別在130 μm和180 μm附近。三種粒徑的氣化細(xì)渣的微分粒徑分布曲線均呈雙峰分布。篩選后較大粒徑BL中仍存在的部分較小粒徑BL,其中遺留的較小粒徑BL多分布在10 μm~40 μm。這可能是BL經(jīng)歷工藝水洗、干燥時(shí),大粒徑BL的孔隙表面被嵌入或吸附了部分較小粒徑BL[19-20],物理振篩使其無法完全分離。

        圖2 BL1,BL2,BL3的粒度分布Fig.2 Particle size distribution of BL1, BL2 and BL3

        BL,BL1,BL2,BL3的燒失率(w(LOI))如表3所示,由表3可知,w(LOI)隨著BL粒徑增大而增大。BL1的w(LOI)僅為39.02%,而BL3的w(LOI)高達(dá)78.46%,通?;以黽(LOI)的大小與灰渣的殘?zhí)苛砍收龋@說明BL中的殘?zhí)慷喾植荚诖罅筋w粒中。HUO et al[21]研究表明,在氣化過程中,氣化劑與炭在表面和內(nèi)部的孔隙反應(yīng),反應(yīng)速率與擴(kuò)散速率密切相關(guān),而擴(kuò)散速率又受孔隙擴(kuò)散的影響。孔隙擴(kuò)散阻力隨粒徑增大而增大,隨之氣化速率變低,導(dǎo)致了大粒徑的氣化細(xì)渣含碳量高。

        表3 樣品的燒失率Table 3 Burn loss ratio of samples

        利用掃描電子顯微鏡對BL1,BL2,BL3進(jìn)行表面微觀形貌分析,不同倍數(shù)下的渣樣形貌見圖3。

        由圖3可以看出,經(jīng)過粒徑篩選后得到BL1,BL2,BL3的微觀形貌有著顯著差異。BL3主要由表面粗糙不規(guī)則大塊狀物組成,BL2中不規(guī)則塊狀物尺度變小,同時(shí)還存在部分球狀顆粒,BL1主要是由少量表面光滑規(guī)則的塊狀物、無定形絮狀物和小顆粒球狀物組成。對各微區(qū)(圖3c~圖3f中標(biāo)記1,2,3,4,5,6,7的區(qū)域)的EDS分析結(jié)果見表4。由表4可知,BL3和BL2中的表面粗糙不規(guī)則塊狀物及BL1中無定形絮狀物主要組成是C。BL2和BL1中的球狀顆粒及BL1中的表面光滑規(guī)則塊狀物中不僅存在部分的C,還包括較多的Si,Al和O等。

        表4 各微區(qū)的EDS分析結(jié)果(%*)Table 4 Results of EDS analysis for each microregion(%*)

        圖3 BL1,BL2和BL3的SEM照片F(xiàn)ig.3 SEM photos of BL1, BL2 and BL3a,d—BL1;b,e—BL2;c,f—BL3

        圖4所示為氣體細(xì)渣的XRD譜。由圖4可以看出,BL,BL1,BL2,BL3在22°~28°和40°~46°出現(xiàn)較為明顯的“饅頭峰”晶胞,并未有較多尖銳強(qiáng)烈峰出現(xiàn),僅發(fā)現(xiàn)莫來石,說明存在著較多的非晶體態(tài)物。根據(jù)灰成分和SEM-EDS分析可以判斷非晶態(tài)物主要是硅鋁酸鹽熔體及無定形碳。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),晶胞特征隨著BL粒徑增大而突出,這是由于小粒徑顆粒在氣化高溫下暴露的面積更大,使得小粒徑細(xì)渣的晶體礦物含量低于大粒徑細(xì)渣[17]。

        圖4 氣化細(xì)渣的XRD譜Fig.4 XRD spectra of gasified fine slag

        由w(LIO),XRD和SEM-EDS實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),三種粒徑BL中的殘?zhí)啃螒B(tài)對應(yīng)其在氣化爐內(nèi)經(jīng)歷的不同氣化歷程:氣化過程中,較大粒徑煤受孔隙擴(kuò)散阻力影響而氣化不徹底遺留了高含量的炭,形成了不規(guī)則的大塊狀物(150 μm以上),主要存在于BL3中;較小粒徑煤在高溫氣化反應(yīng)中暴露面積大,煤中未反應(yīng)的炭部分與其熔融的無機(jī)組分(硅鋁酸鹽為主)結(jié)合形成小球狀、規(guī)則狀物(0~75 μm),部分形成無定形絮狀物,主要存在于BL1中;以上兩種作用下形成不規(guī)則的中等塊狀物和較大球狀物(75 μm~150 μm)則主要存在于BL2中。

        2.2 不同粒徑氣化細(xì)渣的燃燒特性

        不同粒徑氣化細(xì)渣的燃燒失重過程如圖5所示。采用熱重-微分熱重(TG-DTG)聯(lián)合定義法(見圖6)[22]分析TG-DTG曲線可獲得一系列燃燒特性參數(shù),具體操作是在圖6中的DTG曲線上,過峰值點(diǎn)C作垂線與TG曲線交于B點(diǎn),過B點(diǎn)作TG曲線的切線,該切線與失重開始時(shí)的平行線相交于A,A點(diǎn)對應(yīng)的溫度即為著火溫度(ti)。與失重結(jié)束時(shí)的平行線相交于D,D點(diǎn)對應(yīng)的溫度即為燃盡溫度(th)。最大燃燒失重速率點(diǎn)溫度(tmax)即C點(diǎn)所對應(yīng)的溫度。(dw/dt)max為最大燃燒速率、(dw/dt)mean為平均燃燒速率。其中,ti越低,表明燃料的著火性能越好,th越低,表明燃盡性能越好,(dw/dt)max越大表明燃燒反應(yīng)的程度越劇烈。綜合燃燒指數(shù)S綜合考慮了(dw/dt)max,(dw/dt)mean和ti等的貢獻(xiàn)[23],S值越大,說明燃燒特性越佳。S定義式如下:

        圖5 不同粒徑BL燃燒的TG-DTG曲線Fig.5 Combustion TG-DTG plots of BL of different particle sizesa—TG;b—DTG

        圖6 著火溫度(ti)和燃盡溫度(th)的定義Fig.6 Definition of ignition temperature (ti) and burnout temperature (th)

        (1)

        本實(shí)驗(yàn)將燃燒過程分為兩個(gè)階段:前階段(ti-tmax)和后階段(tmax-th)。通過圖5的TG-DTG曲線發(fā)現(xiàn),BL中含有相對可觀的殘?zhí)苛?。由圖5b可知,BL3在燃燒前階段燃燒速率快速上升,在767 ℃時(shí)達(dá)到峰值,燃燒后階段燃燒速率變化較為緩慢,這是由于大塊狀物中的殘?zhí)吭谌紵半A段過程中氧氣與表面的炭充分接觸,燃燒較劇烈。而在燃燒后階段,氧氣與塊狀物內(nèi)部的炭由于接觸不充分,反應(yīng)阻力變大,阻礙了炭快速完全燃燒的進(jìn)行[24],BL在燃燒后階段也出現(xiàn)此類現(xiàn)象。與BL3相比,BL2中顆粒粒徑相對較小,燃燒前階段燃燒速率快速上升,燃燒后階段受到反應(yīng)阻力影響小,因此塊狀物中的內(nèi)部的殘?zhí)磕芸焖偻耆紵L1中的殘?zhí)恳詿o定形絮狀物、規(guī)則狀形式存在且粒徑更小,燃燒過程中雖然能與氧氣充分接觸而提前完成燃燒,但由于含炭量低,燃燒速率小,燃燒過程并不劇烈。表5所示為不同粒徑BL的燃燒特征參數(shù)。由表5可知,隨著BL粒徑的變小,著火溫度(ti)無明顯變化,峰值溫度(tmax)和燃盡溫度(th)出現(xiàn)不同程度的提前,完全燃燒區(qū)間變短,殘余灰量增大。BL3完全燃燒溫度區(qū)間長達(dá)344.1 ℃,BL2的著火點(diǎn)溫度最低,綜合燃燒特性指數(shù)S最大,BL1的完全燃燒區(qū)間最短,燃盡溫度最低。綜合比較,中等粒徑BL2的燃燒性能最優(yōu)。燃燒過程結(jié)束時(shí),BL1,BL2和BL3殘留質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60.23%,41.98%和22.88%,這與它們的燒失率w(LOI)測定實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。

        表5 不同粒徑BL的燃燒特征參數(shù)Table 5 Characteristic parameters of combustion of BL with different particle sizes

        2.3 氣化細(xì)渣與煤混燃特性

        中等粒徑氣化細(xì)渣BL2的燃燒性能雖然較優(yōu),但由于揮發(fā)分低,著火困難,即使干化也很難在常規(guī)鍋爐中維持穩(wěn)定燃燒,因此將BL2與燃燒性能優(yōu)異的燃料煤(SY)按照不同質(zhì)量比摻混。不同質(zhì)量比的氣化細(xì)渣與煤共燃的TG-DTG曲線見圖7。

        樣品的燃料比(wFR)表示其空氣干燥基固定碳與揮發(fā)分質(zhì)量比,通常情況下,揮發(fā)分越高,wFR越小,樣品的著火和燃燒特性越好[25]。高揮發(fā)分SY的燃料比(wFR=1.39)遠(yuǎn)低于低揮發(fā)分BL的燃料比(wFR=22.37),因此圖7中SY的熱重曲線相對于BL2更靠近低溫區(qū),其著火點(diǎn)、燃盡點(diǎn)和完全燃燒過程均明顯提前于BL2。由圖7a可知,混合樣品的著火點(diǎn)相對于BL2單獨(dú)燃燒得到提前,燃燒區(qū)間變短。一方面是由于混燃時(shí),混合樣品中的SY揮發(fā)分會率先析出燃燒,釋放熱量促進(jìn)混合樣品著火;另一方面是由于SY中的堿金屬對樣品燃燒也會產(chǎn)生催化作用[26],隨著樣品中SY摻混比增加,催化作用變得更加明顯,這也使得混燃樣品更容易著火。隨著BL2摻混比的增大,對應(yīng)的失重曲線出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,失重量變小。由圖7b可知,混合樣品的DTG曲線基本呈三峰分布,200 ℃之前出現(xiàn)的第一個(gè)較小失重峰是SY中水分蒸發(fā)釋放所致。200 ℃~700 ℃出現(xiàn)第二個(gè)失重峰,接近于SY最大燃燒速率峰,其主要對應(yīng)SY的揮發(fā)分和固定碳的燃燒。700 ℃之后出現(xiàn)的第三個(gè)峰則主要對應(yīng)BL2的燃燒。不同摻混比下BL2與SY的混燃特性參數(shù)見表6。由表6可知,BL2與SY按不同質(zhì)量比混燃,燃燒性能得到了改善。隨著BL2的摻混比例增大,燃盡溫度th依次后延,tmax明顯向高溫區(qū)偏移,綜合燃燒指數(shù)S降低。當(dāng)w(BL2)>50%時(shí),綜合燃燒指數(shù)S大幅度降低。

        圖7 不同質(zhì)量比下BL2與SY混燃的TG-DTG曲線Fig.7 TG-DTG curves of combustion of BL2 and SY mixture at different mass ratiosa—TG;b—DTG

        表6 不同摻混比下BL2與SY的混燃特性參數(shù)Table 6 Parameters of mixture combustion characteristics of BL2 and SY at different ratios

        先前的研究發(fā)現(xiàn)[12,27],燃燒性能差異較大的燃料在摻燒時(shí)出現(xiàn)了交互作用現(xiàn)象。為揭示BL2與SY的共燃過程是否存在交互作用,引入以下公式[26]:

        (2)

        xc=QxBL2+(1-Q)xSY

        (3)

        xd=xe+xc

        (4)

        式中:x為樣品燃燒轉(zhuǎn)化率,%;mi為樣品的初始質(zhì)量,mg;mt為時(shí)間t對應(yīng)的樣品質(zhì)量,mg;mf為樣品的最終質(zhì)量,mg;xc為計(jì)算的混合物燃燒轉(zhuǎn)化率,%;xe為混合物的實(shí)驗(yàn)燃燒轉(zhuǎn)化率,%;xBL2和xSY分別為BL2和SY單獨(dú)燃燒轉(zhuǎn)換率,%;Q為BL2在共混物中的比例,%;相互作用指數(shù)xd為實(shí)驗(yàn)燃燒轉(zhuǎn)化率與計(jì)算得出的燃燒轉(zhuǎn)化率之差,%。

        根據(jù)以上公式得到相互作用指數(shù)xd的變化曲線(見圖8)。由圖8可知,當(dāng)Q為10%(xd≈0)時(shí),BL2和SY混燃并未表現(xiàn)出明顯的交互作用;當(dāng)Q處于30%~50%時(shí),BL2與SY之間混燃時(shí)存在著顯著的協(xié)同交互作用,Q=30%最為明顯,且在600 ℃左右時(shí)xd達(dá)到最大值。這是因?yàn)椋阂环矫婊烊紩r(shí)SY中大量揮發(fā)物的釋放使混合物中的孔更加發(fā)達(dá)[28],同時(shí)SY中堿金屬也會產(chǎn)生催化作用,從而促進(jìn)燃燒反應(yīng);另一方面過多的SY會導(dǎo)致后續(xù)燃燒過程中混合物受到煤殘余灰分影響,抑制其與氧氣的接觸,阻礙整個(gè)混合物的完全燃燒進(jìn)行。隨著SY比例的減小,促進(jìn)作用又逐漸占據(jù)主導(dǎo)作用。當(dāng)Q=70%時(shí),BL2和SY混燃在200 ℃~767 ℃存在拮抗作用,這是由于SY被大量的多孔BL2顆粒堵塞限制其脫揮發(fā)分過程及與反應(yīng)氣體的接觸。此外,氣化細(xì)渣經(jīng)歷氣化高溫后石墨化的程度增加[29],因此過量的BL2可能會在一定程度上抑制SY的燃燒過程,導(dǎo)致共燃時(shí)表現(xiàn)出拮抗作用。后續(xù)共燃過程中的較高溫度有助于將SY中的堿金屬礦物遷移并重新分布到BL2的表面,這可以使充當(dāng)燃燒催化劑的堿金屬礦物與BL2保持充分的接觸,從而促進(jìn)后續(xù)的燃燒[30],因此溫度上升到767 ℃后又出現(xiàn)小幅度協(xié)同作用。

        圖8 相互作用指數(shù)(xd)的變化曲線Fig.8 Change curves of interaction index (xd)

        2.4 動力學(xué)分析

        為進(jìn)一步探究BL2和SY的自身燃燒及混燃特性,引入燃燒過程中的動力學(xué)參數(shù)。根據(jù)Coats-Redfern積分方程[31]:

        當(dāng)n≠1時(shí),

        (5)

        當(dāng)n=1時(shí),

        (6)

        由表7可看出,各樣品的燃燒前階段活化能明顯大于后階段活化能,說明燃燒達(dá)到峰值之前需要較高能量維持燃燒。后階段所需活化能較低,是由于燃燒前期釋放的熱量對后期的燃燒過程的促進(jìn)作用。燃燒過程中,隨著BL2摻混比增加,對應(yīng)的前階段和后階段的活化能逐漸增大?;烊嫉暮箅A段活化能始終小于SY的后階段活化能,而混燃的后階段所需活化能很大部分貢獻(xiàn)于維持BL2燃燒??梢酝茰y是前階段SY燃燒的同時(shí)伴隨了部分BL2的提前燃燒。

        表7 樣品的燃燒動力學(xué)相關(guān)參數(shù)Table 7 Parameters related to combustion kinetics of samples

        表7中分段溫度區(qū)間得到的活化能不適合用來描述樣品在整體燃燒過程中的反應(yīng)活性,故采用了文獻(xiàn)[25]所提及的平均活化能Em來表示樣品整體燃燒過程中的活化能。

        Em=E1F1+E2F2+……EnFn

        (2)

        式中:E1~En為不同溫度區(qū)間的活化能,KJ/mol;F1~Fn為不同溫度區(qū)間的失重質(zhì)量分?jǐn)?shù),%。由此得到BL2,SY,BL2與SY各比例混合后的Em??梢园l(fā)現(xiàn),BL2與SY各比例混合后的Em低于SY和BL2加權(quán)平均理論計(jì)算的結(jié)果,這是因?yàn)镾Y與BL2燃燒性能差異較大,混燃時(shí)出現(xiàn)了劇烈的交互作用,降低了樣品整體燃燒活化能。當(dāng)BL2摻量比達(dá)到30%時(shí),Em最低,僅為32.68 kJ/mol,說明該比例下混燃的協(xié)同交互作用最明顯。

        3 結(jié) 論

        1) BL中的殘?zhí)慷喾植荚诖罅筋w粒中,BL3中的殘?zhí)恐饕圆灰?guī)則大塊狀物形態(tài)存在,BL1中的殘?zhí)恐饕孕∏驙?、?guī)則塊狀物、無定形絮狀物形態(tài)存在,BL2中的殘?zhí)恳圆灰?guī)則的中等塊狀物、較大球狀物形態(tài)存在。

        2) 隨著BL粒徑的變小,著火溫度(ti)無明顯變化,峰值溫度(tmax)、燃盡溫度(th)提前,完全燃燒區(qū)間變短,失重量和燃燒速率變小。中等粒徑BL2的綜合燃燒指數(shù)S最大,燃燒性能最優(yōu)。

        3) 選用BL2與SY混燃,混合樣品的著火點(diǎn)相對于BL2單純?nèi)紵玫教崆?,燃燒區(qū)間變短。隨著BL2比例的增大,tmax明顯向高溫區(qū)偏移,綜合燃燒指數(shù)S降低。當(dāng)BL2摻量為30%~50%時(shí),BL2與SY之間存在顯著的協(xié)同交互作用。動力學(xué)分析發(fā)現(xiàn),混燃后的平均活化能Em降低,當(dāng)BL2摻量比達(dá)到30%時(shí)最低,協(xié)同交互作用最明顯。

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