O2/CO2和O2/N2气氛下不同煤种的热解与燃烧试验研究

采用热重-质谱联用仪分别研究了3种煤在O2/N2和O2/CO2气氛下的热解和燃烧特性.结果表明,与N2气氛相比,CO2气氛下煤粉的热解过程可分为水分的蒸发、挥发分的释放以及较高温度下煤焦与CO2的气化反应;随燃烧气氛中氧浓度的增加,煤粉的TG-DTG曲线移向低温区,着火温度和燃尽温度降低,煤粉综合燃烧特性指数增大;在相同的燃烧气氛及氧浓度下,PRB次烟煤的着火温度和燃尽温度明显低于Illinois烟煤和Utah烟煤.     

O2/CO2气氛煤粉燃烧及固硫特性研究

该文利用热重法分析了O2／CO2、空气两种不同气氛下煤的燃烧特性，得出与空气条件相比，O2／CO2条件下煤的着火及燃尽温度有明显降低、燃烧特性指数提高的结论，即O2／CO2气氛可改善燃烧过程、优化燃烧特性。同时通过对两种情况下煤粉燃烧钙基脱硫特性的比较，发现较高浓度的CO2气氛可阻止石灰石的分解，其硫化反应机理与传统方式下不同，脱硫效果有较大提高，并且这种优势在一定范围内随温度的升高以及CO2体积含量的增加而愈加显著。由此得出，O2／CO2气氛不仅有助于煤粉燃烧而且可以有效地提高脱硫效率，克服了传统空气方式下高温脱硫效率低的缺点。     

旋流型O_2/CO_2煤粉燃烧器的流动及燃烧试验研究

O2/CO2循环燃烧技术可以提高烟气中的CO2浓度(90%以上),被认为是一种效率高、风险低的CO2捕集方式,易于在现有火力发电锅炉技术的基础上进行应用或改造。对旋流型O2/CO2煤粉燃烧器进行了冷态流场试验,并在0.3MW的热态试验台上进行了该燃烧器的空气气氛和O2/CO2气氛下的煤粉燃烧实验。研究结果表明,沿该燃烧器出口圆周上的速度分布比较均匀,在流场中心有回流区形成,回流区的相对长度L=1.38～1.70,相对宽度为B=0.39～0.53,扩张角β=36°～50°。该燃烧器形成的流场能够较好地满足煤粉在空气条件、O2/CO2气氛条件下着火燃烧的需要。煤粉在O2/CO2气氛,O2浓度为23%时,其着火性能优于常规空气,且燃烧后的烟气中CO2浓度可以达到90%以上。     

高浓度CO2气氛下煤粉的燃烧及其孔隙特性

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉,获取了不同环境气氛、不同燃烧温度下的煤焦试样并采用低温氮吸附仪测定了其吸附曲线。实验结果显示,相同的实验条件下,相同O2浓度的O2/CO2气氛下煤焦的燃尽率较低,各试样的孔比表面积和比孔容积均较小,在O2/CO2气氛下所取煤焦试样的分形维数均小于相同O2浓度的O2/N2气氛下所取煤焦试样的分维,表明大量高比热性CO2气体的存在不利于煤焦颗粒燃烧反应的进行及其孔隙结构的发展。同时,吸附等温线及其回线的形态表明,所取的试样具有完整且连续的孔结构体系,孔径范围小至分子级孔,大至无上限孔(相对而言)。研究结果为深入认识O2/CO2气氛下煤粉的孔隙结构与其燃烧特性的关系提供了基础。     

O2/CO2与空气对燃煤汞形态分布的影响

为研究O2/CO2和空气燃烧方式对汞形态分布影响的差异,借助管式试验炉,对空气和O2/CO2 2种气氛下对4个煤种分别在600、800、1 000 ℃下进行了堆燃。燃烧过程中烟气的汞排放,采用Ontario Hydro方法进行吸收测试,比较了O2/CO2和空气气氛下的汞形态分布特点。试验结果表明,在相同温度下,与空气燃煤相比,煤粉在O2/CO2气氛下燃烧单质汞含量升高,二价汞含量降低。随着反应温度的升高,这两种气氛下单质汞的含量均逐渐降低,而二价汞的含量逐渐升高。同时在相同温度和反应气氛下,不同煤种汞形态分布不同,含硫量高的煤燃烧烟气中二价汞的含量比低硫量的煤高,而单质汞的含量比含硫量低的煤要低。而煤粉充分燃烧时,温度和煤种对于4种燃烧气氛下灰分中残留汞元素含量产生较小影响。     

O2/CO2气氛下燃煤SO2排放特性的实验研究

在沉降炉实验台上通过在线烟气分析仪考查了燃煤烟气的组成以及燃烧气氛、CO2浓度、温度和燃料/氧气化学当量比对SO2的排放规律。结果表明,相同操作条件下O2/CO2燃烧可获得高达80%左右的CO2浓度,但烟气中CO含量明显高于O2/N2气氛下燃烧时的情况。高浓度CO2的存在使得SO2的排放较常规燃烧方式下有所降低,并且随着气氛中CO2浓度的增加呈递减趋势,但随着燃烧温度的升高,煤粉燃尽程度的增加以及其余含硫物相向SO2的转化使得其排放浓度逐步增加。在2种气氛下,SO2的释放浓度在贫燃料区随燃料/氧气化学当量比f的增加而增加,而在f大于1.2的富燃料区随燃料/氧气化学当量比的增加而降低。     

O_2/CO_2气氛下无烟煤着火温度的实验与模型研究

为了研究O2/CO2气氛下无烟煤的着火特性尤其是着火温度Ti,采用垂直沉降炉(DTF)实测了阳泉无烟煤在空气(21%O2/79%N2)气氛及4种不同O2浓度(10%、21%、30%、40%)的O2/CO2气氛下着火时的气体温度Ti,g,并采用改进的非均相热力着火模型对该无烟煤着火时的气体温度Ti,g和颗粒温度Ti,p进行了预报与比较。研究结果表明:在相同O2浓度时,O2/CO2气氛下阳泉无烟煤的着火温度明显高于O2/N2气氛下的着火温度,这主要是因为CO2比N2有更高的摩尔比热容以及O2在CO2中的质量扩散率比在N2中更低;在O2/CO2气氛中阳泉无烟煤的着火温度随着O2浓度的增加而呈指数形式降低;各气氛下煤粉着火时的气体温度预报值与实测值吻合较好。     

O2/CO2气氛下石油焦富氧燃烧特性研究

研究了一种石油焦在氧气浓度为21％～100％的O2/CO2气氛下于水平定炭炉中的燃烧曲线特性,并对其着火时间及其拟合曲线、燃尽时间、最高燃烧温度、燃烧速率曲线进行了分析.结果表明:随着氧气浓度的增加,石油焦燃烧特性曲线呈现规律性变化;石油焦着火时间随氧气浓度增加而逐渐变短,氧气浓度超过60％时,石油焦着火时间缩短的趋势才开始变缓;燃尽时间与着火时间的变化一致,而最高燃烧温度则随着氧气浓度的增加而逐渐增加;氧气浓度100％时的燃烧速率峰值是氧气浓度21％时燃烧速率峰值的3倍.     

O_2/CO_2气氛下煤种对燃煤PM_(2.5)形成的影响

采用管式炉和荷电低压撞击器(electrical low pressure-impactor,ELPI)研究了4种煤粉在O2/CO2条件下燃烧后生成的PM2.5排放特性,并对空气和O2/CO2气氛下PM2.5的排放特性进行了比较。结果表明:不同煤粉在O2/CO2气氛下燃烧后,所产生的PM2.5质量浓度均呈双峰分布,峰值分别在0.1和2μm左右;S在亚微米颗粒上明显富集,而在超微米颗粒上含量相对较少;K和Na在亚微米颗粒上含量比在超微米颗粒上高一些;Si和Ca在亚微米颗粒上含量相对较少,而在超微米颗粒上含量相对较多;Fe在亚微米和超微米颗粒上含量相当。分析认为,不同煤粉中组分形式和含量的不同,影响了煤粉燃烧后PM2.5形成的过程,造成PM2.5排放特性的不同。从PM2.5的粒径分布、元素分布和形貌分析可知,和空气气氛相比,O2/CO2气氛不影响PM2.5的生成机制,但影响其粒径分布。     

O2/CO2气氛下烟煤燃烧过程中S的析出特性

通过X射线光电子能谱仪对徐州烟煤中S的存在形态进行分析,在常压热重分析仪上进行了烟煤在模拟空气和不同O2/CO2浓度下的燃烧试验,并通过傅里叶变换红外光谱仪对其中S的释放进行测量。结果发现,在模拟空气气氛和30%O2/70%CO2气氛下,煤燃烧过程中SO2的排放浓度随时间呈双峰析出;在21%O2/79%CO2气氛下,SO2浓度随时间变化出现3个峰值;在高O2浓度下(不小于40%)时,SO2随时间呈单峰析出。在空气气氛下,烟煤燃烧的SO2总生成量比在同等O2浓度的O2/CO2气氛下小;随着O2浓度的提高,O2/CO2气氛下烟煤燃烧的SO2总生成量先升高后减小。     

基于超超临界锅炉O2/CO燃烧控制技术研究

为了确定最佳的燃烧工况,通过采集某电厂1 036 MW机组锅炉1个月运行数据分析,发现高负荷时烟气排放CO偏大,额定负荷时最大影响锅炉效率0.6%,导致供电煤耗增大,严重影响锅炉运行的安全性及效率。针对燃用设计煤及燃用混煤的锅炉,燃烧状态变化易造成燃烧不稳定及参数波动大、锅炉效率降低等问题,通过分析燃烧特性曲线,试图从反平衡计算出发,基于燃烧控制技术和自适应优化控制技术,通过寻优,实现各阶段负荷下锅炉效率最高、煤耗最低的燃烧工况。     

O2/CO2气氛下燃煤NO排放特性的实验研究

在沉降炉上通过在线烟气分析仪研究了燃烧气氛、CO2浓度、温度及燃料/氧气化学当量比对O2/CO2气氛下燃煤NO排放的影响规律。结果表明,O2/CO2气氛下NO的排放浓度总小于O2/N2气氛下的情况,在无烟气再循环的情况下降幅约为20%~40%。2种气氛下NO的沿程析出均表现出类似的规律,但因煤质而有所不同。随着进气中CO2浓度的增加,NO的排放浓度呈现降低的趋势。与21%O2/ 79%Ar气氛下相比,21%O2/79%CO2气氛下NO排放浓度的降幅在30%~50%。随着温度的增加,2种气氛下NO的排放浓度均增加。随着燃料/氧气化学当量比(f)的增加,NO排放浓度呈现出先增加后降低的趋势,其最大排放浓度均出现在f=0.8左右;在f远大于1的富燃料区,2种气氛下NO的排放浓度基本可以降到一致的水平。     

煤及其低温灰的热重实验研究

对神府、小龙潭、阳宗海煤及其对应低温灰进行了热重实验。结果表明：低温灰热重曲线与煤的热重曲线有一定的共性，均表现出比较明显的4个DTG峰；通过分析2种不同气氛下煤及其低温灰的热失重过程，发现与O2/N2气氛燃烧情况相比，O2/CO2 气氛下煤的着火温度Ts、最大失重速率所对应的温度Tm、燃尽温度Th都有所降低，但降低的程度不大，均在10%以内，而不同气氛对低温灰失重过程的影响没有明显的规律性；升温速率对热重曲线有较大的影响，随着升温速率的提高，热重积分曲线向高温区移动，微分曲线最高峰的位置也向右偏移，峰值增加，最大失重速率相应提高；在高温区，煤中的固定碳对矿物质的蒸发过程的影响不大，O2/CO2气氛对矿物质的蒸发有一定的抑制作用。矿物质的蒸发量随升温速率的提高而增加。 关键词：；；；；；；     

基于最佳风煤比修正的燃烧优化控制

针对煤粉炉及燃用混煤的锅炉中,燃烧率变化易造成燃烧不稳定及参数波动大、锅炉效率降低等问题,通过分析燃烧特性曲线,把O2和CO信号引入到燃烧优化控制系统当中,从而用O2和CO信号来修正过量空气系数,作为反映燃烧率与燃烧状态的参数。应用修正的过量空气系数,提出基于最佳风煤比的在线识别燃烧优化控制系统。     

燃煤CO2减排技术

燃煤CO2等温室气体的大量排放是造成全球气候变暖的一个重要原因。阐述了我国CO2的排放状况,概括了减少燃煤CO2排放的3种途径:提高能源效率、改革传统的煤炭燃烧利用方式、烟气中CO2的捕获与储存。综述了国际社会减排CO2的努力以及各国新一代的洁净煤技术计划。着重介绍了几种燃煤CO2减排的新技术,包括CaO碳酸化-煅烧循环的CO2分离(CCR)技术、O2/CO2循环燃烧技术及化学链燃烧(CLC)技术。比较了CaO碳酸化-煅烧循环的CO2分离技术与使用MEA的吸收技术的经济性。提出了一类用于化学链燃烧的新型非金属氧载体,给出了这些氧载体在与不同气体燃料组成的反应系统的热力学以及动力学特性的一些初步结论。