0 引 言

民用燃煤通常用于取暖及居民炊事，虽然在燃煤中占比不大，但由于燃烧条件差、燃烧效率低且无任何污染控制措施，导致其燃烧污染危害程度远比工业燃煤污染危害程度更甚[1].民用散煤燃烧会排放大量的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等大气污染物,以及多环芳烃、苯并芘和汞等有毒有害物质,是造成大气污染特别严重的主要原因，并对人体健康构成严重威胁[2-4].世界卫生组织对民用燃煤的建议为“未处理的原煤不适合作为民用燃料”[5].民用燃煤污染物的减排主要是通过控制民用散煤质量和提高民用炉具燃烧技术两条途径[6].在入炉原料控制上，无烟煤和半焦等低挥发分、低灰、低硫产品是民用洁净燃料.型煤技术同样被认为是降低民用燃煤颗粒物排放的有效技术[7-9].何方等[10]在热重分析仪上研究了生物质复合型煤燃烧行为，发现生物质复合型煤燃烧过程分为四个阶段，且比煤着火点低，燃烧效率高，燃尽率高.朱红龙等[11]研究了煤泥型煤燃烧特性，发现成型过程及黏结剂对煤泥型煤燃烧性能基本无影响.无烟煤燃点较高，在实际使用中存在难点火等问题，而半焦燃点相对较低，以无烟煤和半焦为原料制得的民用洁净型煤是一种理想燃料[6].本研究将无烟煤与半焦混合，探讨不同掺混比下的燃烧特性，并将其混合成型进行燃烧实验，评价污染物的排放.

本文利用数字仿真技术对运载器数字样机和制造资源开展构建，构造了虚拟装配环境，规划运载器的装配路径并完成装配过程碰撞检查，在虚拟装配仿真过程中引入人的因素，实现了对人的装配动作仿真，验证了操作过程的合理性和装配资源可达性；对输出结果进行工程判读，并根据需求进行优化，研究了可视化工艺文件在工艺设计系统中的应用。

1 实验部分

1.1 样品

实验所用样品为京津冀地区民用型煤典型原料晋城无烟煤(JC)和榆林半焦(YL).无烟煤与半焦的工业分析和元素分析结果见表1.由表1可知，两种原料均具有低挥发分和低硫的特点.

等离子喷涂过程中，由于单个粉末粒径及送入等离子射流中的位置难免有所不同，故不同粉末颗粒在沉积为涂层之前，其飞行速度和温度状态也会有区别。当单个粉末颗粒撞击到基体或已沉积涂层表面并迅速完成扁平化及凝固时，颗粒容易保持原始状态并在涂层中形成熔融程度不同的区域。这些颗粒不能完全展平且难以填充到其他颗粒的孔隙中，就形成了孔隙。

 

表1 煤样的工业分析和元素分析Table 1 Proximate and ultimate analysis of samples

  

SampleProximateanalysisw/%MadAadVdafFdUltimateanalysis(daf)w/%CHONStJC2．1717．358．2572．2373．792．8221．851．080．46YL5．3212．807．9173．9775．951．6821．390．650．33

1.2 燃烧实验

采用德国耐驰公司生产的热重分析仪(STA449F3)进行燃烧实验.将半焦自然干燥，达到湿度平衡后与无烟煤按6种不同掺混比(半焦的质量分数分别为0%，20%，40%，60%，80%和100%)混合制得所需样品.试样颗粒小于0.2 mm，质量为30 mg.将样品均匀平铺于坩埚内，初始温度为30 ℃，以20 ℃/min的升温速率升至1 000 ℃，反应气氛为空气，气体流量为100 mL/min.

1.3 无烟煤与半焦混合成型及评价实验

1.4 污染物排放监测实验

表2所示为不同半焦和无烟煤配比混煤的燃烧性能.由表2可知，半焦、无烟煤及二者不同配比的混煤的燃烧性能差别较大，并且各项指数呈现一致的规律性：无烟煤的着火温度θi、燃尽温度θf、最大失重速率及对应最大失重速率温度θmax均大于半焦相应值，这是因为煤粉的燃烧主要集中在固定碳燃烧阶段，在燃烧进入此阶段时温度较高，燃烧速率较大.随着半焦配入比例的增加，混煤着火温度逐渐降低，燃尽温度与对应最大失重速率温度变化不大.

  

图1 民用煤燃烧实验平台Fig.1 Combustion test platform of civil coal

2 结果与讨论

2.1 无烟煤与半焦不同比例混合燃烧的TG-DTG曲线

图2所示为无烟煤和半焦及半焦添加比例(质量分数)分别为20%，40%，60%和80%的混煤的TG-DTG曲线.由图2a可以看出，6条TG曲线有一个渐变的过程，不同比例混煤的曲线介于无烟煤曲线和半焦曲线之间.随着半焦加入比例的提升，混煤燃烧初期燃烧速率增大，半焦添加量与TG曲线呈现很好的线性规律.由图2b可以看出，随着半焦添加比例的增加，燃烧初期失重逐渐加快.这是因为加入的半焦越多，初期燃烧的半焦就越多，燃烧速率加大，失重加剧.燃烧中期混煤曲线介于无烟煤曲线与半焦曲线之间，说明无烟煤与半焦共同燃烧.而燃烧后期，混煤曲线与无烟煤曲线基本重合，无烟煤的燃烧对混煤燃烧影响更大.

(4)目前的实验室测量工作量大、耗时长，中间过程和操作需要严格培训和按标准执行，尤其是恒温条件的控制需要加强；同时，加强实验室黏度计的使用和测量条件的统一和标准化，这样才能得到准确的测量值，千万避免出现“为测而测”的现象。

  

图2 无烟煤与半焦混合燃烧的TG-DTG曲线Fig.2 TG-DTG curves of blending combustion for anthracite and semi-cokea—TG curves；b—DTG curves

将无烟煤粉碎至粒度小于3 mm，半焦与无烟煤按6种不同掺混比(见第1.2节)混合并加入2%的黏结剂[12-14]，放入搅拌机中搅拌均匀，混合物料放入成型机中，在20 MPa压力下加工成直径30 mm、高20 mm～25 mm的椭圆状型煤.成型后置于烘箱内于100 ℃烘3 h，然后分别按照行业标准MT/T 748-2007与MT/T 924-2004进行抗压强度与热稳定性测试.分别取每种型煤试样10个，置于压力试验机的两块平板间，测定试样破裂时承受的最大压力，取平均值为抗压强度测试结果.再分别取每种型煤试样10个，于850 ℃隔绝空气炭化30 min后冷却、称量，筛分5 min，以粒度大于13 mm的残焦质量占残焦总质量的百分数作为热稳定性测试结果.

将无烟煤型煤、半焦型煤及其混合成型型煤，通过图1所示的民用煤燃烧实验平台，模拟民用炉具燃烧工况，采用烟气分析仪对CO，NOx和SO2等污染物排放进行实时监测.

 

表2 混煤燃烧的特性参数Table 2 Combustion parameters of blending coals

  

Sampleθi/℃θf/℃θmax/℃(dwdt)max/(%·min-1)w/%JC50259654916．2479．7620%YL+80%JC50059855215．4180．9040%YL+60%JC49459655013．3280．9560%YL+40%JC48459654813．4481．8980%YL+20%JC48159654612．7783．52YL46258550914．8183．72

由此，新兴产业的早期发展需要以风险投资基金为代表的战略投资者以股权投资的方式予以支持，在此背景下才能迅速而稳定的实现企业成长。但新兴产业的融资需求具有行业上的不对称性，这就需要政府引导基金对市场失灵的矫正和调整。从融资需求上看，风险投资基金的核心目的在于实现盈利，在资本约束的情况下要求资本较快回流，由此金融资本会流向中短期内具有较好盈利前景的企业，对具有中长期研发前景的企业支持不足。以2012年～2018年的中国独角兽企业为例，大量的创业投资流入美团、滴滴打车、小黄车等技术门槛较低的消费行业，相对而言能源、软件开发、生物技术等行业的新兴产业获得较少投资。

为了考查原料对污染物排放的影响，分别称取10 kg无烟煤型煤、半焦型煤及半焦添加比例(质量分数)分别为20%，40%，60%和80%的四种型煤，投入燃烧炉炉膛中，利用烟气分析仪将实测的二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等排放浓度折算为基准氧含量排放浓度(执行GB 5468-1991《锅炉烟尘测试方法》的规定).本次试烧采用燃煤锅炉的基准氧含量9%.

 

表3 温度区域1和温度区域2混煤的表观活化能计算数据Table 3 Apparent activation energy data of blended coals in the temperature region 1 and region 2

  

SampleTemperatureregion1Temperaturerange/℃FrequencyfactorA/s-1ActivationenergyE/(kJ·mol-1)R2JC504～550179562．973．80．998420%YL+80%JC500～55028326．162．60．992540%YL+60%JC495～5508949．150．60．999060%YL+40%JC485～5502925．954．90．999580%YL+20%JC480～545465．047．00．9991YL460～5102785．753．60．9992Temperatureregion2Temperaturerange/℃FrequencyfactorA/s-1ActivationenergyE/(kJ·mol-1)R2550～595131800．762．60．9925550～60020578．164．00．9976550～59522128．264．00．9973550～5952827．854．70．9974545～5952149．153．30．9980510～5853350．254．50．9991

2.2 洁净民用型煤性能评价

表4所示为混煤对污染物排放的影响.由表4可以看出，随着加入半焦的增多，NOx排放逐渐减少，SO2排放大体接近.半焦含量增加到60%时，NOx排放减少17.5%，CO排放增加32.9%；半焦含量增加到80%时，NOx排放减少51.0%，SO2排放减少13.3%，CO排放增加61.5%，分析NOx排放逐渐降低的原因为：煤中氮化物只有经过氧化反应才能生成NOx，随着半焦的加入，CO排放增多，过量空气系数减少，挥发分氮不易转化为NOx，且此时挥发分质量浓度较高，挥发分氮之间的相互复合反应使还原NOx的反应增强，故NOx排放质量浓度减小；反之，当过量空气系数增加时,炉中氧浓度增加，挥发分NOx的生成量相应亦增多，NOx排放质量浓度增加.一般混煤燃烧过程中的NOx排放量基本处于单组分煤单独燃烧时NOx排放量之间，这与实验结果一致.

  

图3 半焦添加量对型煤抗压强度和热稳定性的影响Fig.3 Effects of mass fraction of semi-coke on compressive strength and thermal stability of briquette

2.3 燃烧污染物排放

选择着火温度、最大燃烧温度和燃尽温度划分两个温度区域进行计算[15-17]，获得其不同配比下的燃烧动力学特性参数[18-19].煤样着火主要是由挥发分的析出引燃固定碳，无烟煤由于挥发分少、固定碳含量高较难着火.温度区域1和温度区域2混煤的表观活化能计算数据见表3.由表3可以看出，在无烟煤中掺混半焦可以降低煤粉着火初期的表观活化能,易于达到着火温度而着火.半焦单独燃烧时，燃烧阶段的表观活化能要高于半焦添加比例为40%及80%混煤的表观活化能.这是因为无烟煤的燃烧要延后于半焦的燃烧，因此在煤焦燃烧阶段，无烟煤燃烧产生的热量起了积极作用，使得后期燃烧阶段更易于进行[20].在无烟煤中加入半焦降低了着火温度，有利于煤粉的点燃.

由于本实验所制型煤主要用于民用取暖炉，因此对型煤的抗压强度和热稳定性进行测试.半焦添加量对型煤抗压强度和热稳定性的影响见图3.由图3可以看出，随着半焦添加比例(质量分数)的增加，型煤抗压强度逐渐下降，热稳定性基本没有变化.

 

表4 不同型煤在燃烧炉中燃烧时污染物排放规律Table 4 Pollutant emission of different briquettes in the combustion furnace

  

SampleρCO/(mg·m-3)ρNOx/(mg·m-3)ρSO2/(mg·m-3)JC673．1580．34117．7920%YL+80%JC701．6675．63120．4140%YL+60%JC782．5164．91109．9460%YL+40%JC1003．6566．22112．5680%YL+20%JC1087．4839．32102．09YL1269．3327．6696．85

炉渣(灰)中的残炭率是煤燃烧是否完全的重要指标[21].残炭率越低，煤能量释放得越完全，煤燃烧越充分.表5所示为不同型煤的残炭率和燃烧时长.由表5可知，无烟煤型煤的残炭率为18.15%，半焦型煤的残炭率为10.15%，混煤型煤的残炭率随半焦加入的增多而降低.半焦含量为60%的型煤燃烧时间最长，为425 min.实验证明半焦型煤的燃烧性能远高于无烟煤型煤的燃烧性能.

 

表5 不同型煤的残炭率和燃烧时长Table 5 Carbon yield and buring time of different briquettes

  

Samplew(carbonyield)/%Burningtime/minJC18．1535720%YL+80%JC16．8337340%YL+60%JC14．7741260%YL+40%JC16．5642580%YL+20%JC13．13410YL10．15397

3 结 论

1) 随着半焦加入量的增多，混煤型煤的NOx和SO2的排放值逐渐减小，但是CO排放增多.半焦含量增加到60%时，NOx排放减少17.5%，SO2排放变化不大，CO排放增加32.9%；半焦含量增加到80%时，NOx排放减少51%，SO2排放减少13.3%，CO排放增加61.5%.半焦型煤CO排放为无烟煤型煤CO排放的2倍，NOx排放比无烟煤型煤NOx排放减少65.6%.

(5)课程考核的多元化：通过网络教学平台，学生的整个学习过程由“课程作业”、“在线测试”等进行数据记录。课程结束后，教师可以参照这些数据进行汇总形成过程考核的成绩，再按一定的权重计入学生的总成绩，从而形成更客观、更公正的多元化课程考核。

2) 半焦型煤燃烧性能高于无烟型煤燃烧性能.随着半焦含量的增大，残炭率逐渐降低，型煤燃烧时间先增加后减小.由于无烟煤型煤燃烧不充分，其燃烧时长小于半焦型煤燃烧时长.半焦含量为60%时，型煤燃烧时间最长，达到425 min.

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