低氧稀释条件下不同煤种着火燃烧特性实验研究

在平面火焰煤粉燃烧实验系统上研究了O2/CO2气氛中不同热协流温度(1473～1873 K)和氧气体积分数(5％～20％)下神木西烟煤、长平贫煤和济源无烟煤煤粉的着火和燃烧特性.采用光纤光谱仪和CMOS相机分别获取了煤粉燃烧的火焰辐射光谱和火焰图像,比较了不同燃烧条件下不同煤种的煤粉着火距离、颗粒温度和颗粒温度波动系数.结果 表明:随着热协流氧气体积分数的减小,煤粉火焰长度和着火距离增加,颗粒平均温度下降,颗粒温度波动系数减小;煤粉挥发分质量分数越高,颗粒温度波动系数越小,颗粒温度分布越均匀;在热协流温度为1473 K、氧气体积分数为5％的条件下,神木西烟煤的煤粉颗粒温度波动系数为2.0％,比济源无烟煤低70％,更易于实现煤粉的低氧稀释燃烧.     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧特性及动力学分析

采用热重实验系统进行了煤粉在O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下的燃烧实验,研究了氧体积分数和粒径对燃烧特性的影响.实验结果表明,氧体积分数越高、粒径越小,煤粉的燃烧特性越好.在氧体积分数较高时,煤粉在O_2/CO_2气氛下的反应比在O_2/N_2气氛下进行得慢;而氧体积分数较低时,煤粉在O_2/CO_2气氛下的反应比在O_2/N_2气氛下进行得快.此外,采用Coats-Redfern积分法、Flynn-Wall-Ozawa积分法和Kissinger-Akahira-Sunose积分法对煤粉在程序升温过程中的燃烧反应做了相应的动力学分析.结果表明,O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下不同氧体积分数时的煤粉燃烧反应动力学参数表观活化能E和指前因子A之间具有动力学补偿效应.煤粉燃烧过程中在同一转化率下的表观活化能E随其粒径的减小而降低.     

基于O2/CO2气氛的煤粉燃烧性能研究

采用热重分析法研究富氧燃烧(O_2/CO_2)气氛、O_2体积分数和煤粉活性对褐煤、烟煤、无烟煤3种煤粉燃烧性能的影响,并进行分温度区间的燃烧反应动力学分析。结果表明:褐煤和无烟煤发生非均相着火,烟煤发生均相-非均相着火;相比空气气氛,O_2体积分数相同的O_2/CO_2气氛下煤粉的着火温度和燃尽温度升高,燃尽时间延长;在O_2/CO_2气氛下,当O_2体积分数增大时,煤粉着火温度和燃尽温度降低,燃尽时间缩短;相同气氛下,煤粉活性显著影响其着火和燃尽;根据综合燃烧特性指数判断,增大O_2体积分数显著改善了煤粉的燃尽特性;在低温区,煤粉燃烧属于0.3级反应,在高温区则为1～2.5级反应。     

典型煤种O_2/CO_2/H_2O气氛下中高温燃烧时NO的生成特性

利用自制恒温热分析系统研究了大同烟煤和阳泉无烟煤在O_2/CO_2/H_2O气氛下中高温燃烧时NO的释放行为,并与O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下的情况进行了对比分析.结果表明:当氧气体积分数为5%时,大同烟煤在O_2/CO_2和O_2/N_2气氛下燃烧时只有一个NO体积分数峰,而在O_2/CO_2/H_2O气氛下却变成一前一后2个峰;当氧气体积分数升高到21%后,大同烟煤在O_2/CO_2/H_2O气氛中的NO释放过程又变为一个体积分数峰;阳泉无烟煤的NO释放过程与大同烟煤类似;大同烟煤在O_2/CO_2气氛中的NO排放量始终低于O_2/N_2气氛中;由于低氧气体积分数下H_2O气化反应的影响,大同烟煤在O_2/CO_2/H_2O气氛中的NO排放量在高温下高于O_2/CO_2气氛中;氧气体积分数升高后,大同烟煤在O_2/CO_2/H_2O气氛中的NO排放量又低于O_2/CO_2气氛中;阳泉无烟煤的NO排放量高于大同烟煤,但其不同气氛下的变化趋势与大同烟煤一致.     

O_2/CO_2气氛下碳烟氧化的反应动力学研究

利用热重分析对典型碳烟在O_2/CO_2气氛下氧化的动力学特性进行研究,对比了其与O_2/N_2气氛下的差异,并重点考虑了O_2体积分数的影响,建立了富氧燃烧条件下碳烟氧化反应的表观活化能E和频率因子A与O_2体积分数的定量关联机制.结果表明:与O_2/N_2气氛相比,O_2/CO_2气氛下碳烟氧化的起始和结束温度均较高,综合反应指数降低;O_2/CO_2气氛下,随着O_2体积分数增大,碳烟氧化的TG-DTG曲线向低温区移动,起始和结束温度均降低,最大失重速率增加,综合反应指数显著提高;碳烟氧化反应的E与A之间总是存在显著的"动力学补偿效应",当O_2体积分数低于20%时,E和ln A均与O_2体积分数呈正相关,而当O_2体积分数高于20%时,E与A随O_2体积分数的变化不显著.     

高温低氧气氛下煤粉燃烧特性

利用自制恒温热重实验系统,研究了模拟炉膛烟气环境(即高温低氧气氛)下煤粉的燃烧特性.结果表明:煤粉突然置于高温环境中,失重曲线存在一个转折,随着煤化程度降低,这一现象更加明显;煤粉在1 500℃下燃烧剧烈,900℃下的燃尽时间约为1 500℃下的6倍,1 300℃以上时温度对燃烧反应初期的燃烧特性影响较小;1 300℃相对于800℃,氧气体积分数升高幅度相同时燃烧失重速率增大幅度减小;当水蒸气体积分数达到10%时,其对燃烧反应初期挥发分析出燃烧的促进作用较为明显;当气氛中CO2体积分数升高到15%后,继续升高CO2体积分数,燃烧失重速率减小.     

吡咯类氮富氧燃烧的分子动力学研究

采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学模拟方法研究了不同燃烧温度和氧浓度条件下吡咯在O_2/CO_2和O_2/N_2气氛下燃烧的反应速率和自由基、中间产物及最终产物的分子数变化规律,从微观上探索吡咯在O_2/CO_2气氛下的燃烧机理。研究表明:吡咯富氧燃烧的主要产物包括HCN、NO、N_2、CO_2、CO和H_2O等,主要的中间体和自由基包括C_4H_4N、NCO、HNCO、C_4H_4ON、CHO_2、CN、H、OH、O和HO_2等;随着燃烧温度的升高,O_2/CO_2和O_2/N_2气氛下NO的生成量都随之增加;随着氧气浓度的升高,更多的HCN、NCO、HNCO及其它含氮中间产物转化为NOx,从而使其生成量增加;在燃料与氧气的化学当量比Φ=0.5和1时,O_2/CO_2气氛中NO的生成量比O_2/N_2气氛中的NO的生成量高,在Φ=2时两种气氛中生成的NO量相当。     

O_2/CO_2气氛下粒径对煤粉燃烧特性的影响

利用热重分析法研究了粒径和氧气浓度对煤粉O_2/CO_2燃烧特性的影响。结果表明,在O_2/CO_2气氛中,减小煤粉粒径能和提高氧浓度均可以改善阳泉无烟煤的燃烧特性。随着氧浓度增加,煤粉的着火温度和燃尽温度均有所下降,燃尽时间缩短,煤粉的反应活性增强。     

O_2/CO_2气氛下煤混生物燃烧SO_2生成特性研究

通过管式炉研究煤混生物质在O_2/CO_2气氛下燃烧生成SO_2特性与O_2/N_2气氛下SO_2生成特性比较,改变O_2/CO_2气氛中氧气浓度、生物质掺混比例以及燃烧温度等方法。发现O_2/CO_2气氛能明显降低SO_2生成,氧气浓度提高了燃烧前期SO_2的生成,降低后期SO_2生成,少量生物质的掺混就能明显降低SO_2的生成,燃烧温度的提高能使焦炭燃烧过程中较难析出的SO_2加快析出。     

基于碳氧原子比空间的富氧燃烧火焰结构及碳黑初生分析

针对富氧C_2H_4/O_2/N_2和C_2H_4/O_2/CO_2对冲火焰,采用详细的化学反应机理进行了数值模拟,在碳氧原子比(C/O)空间下分析了火焰结构和碳黑颗粒初生以及CO_2代替空气中的N_2对碳黑初生的影响.结果表明:在O_2/N2和O_2/CO_2气氛下,随着化学计量混合分数(Zst)的增加,C/O空间下对冲火焰的火焰面位置不变,对应的C/O_原子比值分别为0.50、0.53.在C/O_空间下,两种气氛下,随着Zst的增加火焰中C_6H_6出现的位置不变,C/O原子比值都为0.47左右.当用CO_2代替空气中的N_2时,火焰温度降低,同时使CO_+OH■CO_2+H的逆反应增强,导致火焰中的C_2H_2、H的摩尔分数减少,OH的摩尔分数增加,抑制碳黑的初生.