流化床煤燃烧过程中砷析出特性研究

通过流化床燃烧实验，研究了煤燃烧过程中砷的析出特性，并根据煤的浮-沉试验探讨了煤中砷的赋存形态.结果表明：砷析出率随燃烧温度的升高而增加，在600~700 ℃时，燃烧温度对砷析出率的影响较小， 700~900 ℃是砷析出的主要温度范围且燃烧温度对砷析出率的影响显著；砷析出率随燃烧时间的增加而增大，但前10 min是砷析出的主要阶段；砷在煤中主要以有机态和无机态两种形式存在，无机砷主要赋存在黏土矿物和硫铁矿中，砷析出率随煤中有机砷比例的增加而增大.     

循环流化床锅炉富氧燃烧特性研究

针对富氧燃烧循环流化床锅炉(CFBB)炉内燃烧特性进行了研究。以一台490 t/h循环流化床锅炉为例,在空气气氛、O2/CO2气氛分别为21/79、30/70的工况下,分别计算了炉内的燃烧特性,进行了床温、脱硫效率、燃烧效率、排烟热损失、燃料消耗量、燃烧放热量及CO2的回收排放分析。得出在O2/CO2为30/70的时候,锅炉燃烧效率较高,燃料消耗量较少。根据计算结果,对脱硫措施、CO2的捕集回收及燃煤特性给出了建议。     

CO_2/H_2O气化反应作用下煤恒温富氧燃烧特性

利用自制恒温热分析系统研究了不同气氛中(O_2/N2,O_2/CO_2和O_2/H2O_/CO_2)煤粉在温度(800~1 200℃)和氧气体积分数(2%~21%)范围内的燃烧行为,主要关注CO_2/H2O_气化反应作用下的燃烧特性。结果表明:在800℃时,大同烟煤在O_2/N_2中相对O_2/CO_2较快的燃烧速率主要源于N_2和CO_2物性的差异。温度升高到1 000℃进而到1 200℃,CO_2气化反应影响增强,大同煤在O_2/CO_2中整体反应速率逐步接近并超过O_2/N_2中的燃烧速率。但是当氧气体积分数超过10%后,气化反应影响减弱,大同煤在O_2/CO_2中的反应速率又逐渐落后于O_2/N_2中。因为H_2O比热和氧扩散能力介于N_2和CO_2之间,在气化反应作用之前,大同煤在O_2/CO_2/H_2O中的燃烧速率低于O_2/N_2而高于O_2/CO_2。在2%氧气体积分数下,温度的升高强化了CO_2/H_2O协同气化的影响,使得大同煤在O_2/H_2O/CO_2中的整体反应速率始终要高于O_2/CO_2中;但是氧气体积分数增加到10%后,协同气化作用减弱,导致大同煤在3种气氛中的反应过程较为接近。与大同烟煤相比,阳泉无烟煤在气化反应作用下的整体反应速率增幅更加明显,说明气化对高阶煤反应过程改善可能更为显著。     

煤泥浆流化床燃烧的沸腾层燃烧份额

各种煤在流化床中燃料时的沸腾层燃料份额已有定论，但煤泥浆的沸腾层燃烧份额尚属空白。通过对沸腾层的热平衡分析，导出了煤泥浆沸腾层燃料份额计算公式，用５００ｍｍ×５００ｍｍ截面流化床燃烧试验台对典型烟煤煤泥进行了燃烧试验。     

煤燃烧过程中砷的析出规律研究

采用煤燃烧实验研究了煤燃烧过程中砷的析出规律。研究结果表明,在煤燃烧过程中,随着燃烧温度的升高,煤中砷的释放率逐渐增大,残留在燃煤灰渣中的砷含量逐渐减少。在不同的燃烧温度下,燃煤灰渣量几乎没有改变,煤中砷的释放率却有较大的差异。燃煤排放的飞灰和烟尘以及粉煤灰的裸露堆放是环境砷污染的主要途径之一。     

煤中氯的分布及燃烧过程中氯析出特性的试验研究

测定了我国41种煤中氯含量,分析了我国煤中氯的分布特性。选取了两种中等氯含量的五阳贫煤和兖州烟煤在马费炉内进行了不同温度和燃烧时间的煤燃烧残渣中氯含量的测定,从氯平衡角度研究了煤燃烧过程中氯的析出特性,为下一步减轻煤燃烧过程中氯化物的排放提供了依据。     

煤粉燃烧时富氧部分气化对NOx生成的影响研究

燃煤锅炉运行中氮氧化物(NO_x)初始排放浓度高,影响其系统运行的经济性。为减少煤粉燃烧NO_x的生成量,从源头控制NO_x,提出了煤粉富氧部分气化耦合燃烧的低氮燃烧技术思路。煤粉在燃烧器内低过量空气系数和富氧气氛条件下生成强还原性气体,并通过炉膛分级配风实现控制煤粉燃烧初始NO_x排放的目的。数值模拟,气相反应模型采用有限速率/涡耗散(FR/ED)模型,考虑了煤粉在气化反应中涉及的反应动力学机理,更适合于煤粉富氧部分气化反应模拟。结果表明:采用氧体积分数为25.9%的富氧气氛时,燃烧器内反应进行程度明显提升,燃烧器内温度由897℃升至1 007℃,燃烧器出口温度由1 255℃升至1 356℃,CO体积分数由5.48%升至7.17%,碳转化率由61.54%升至86.27%。7 MW双锥燃烧器的富氧试验结果验证了数值模拟的结论,燃烧器内采用合适的氧浓度和过量空气系数,可形成强还原性气氛;燃烧器内过量空气系数越低,燃烧器出口CO和CH_4等还原性气体的浓度越高,燃烧器内空气中氧体积分数由21.0%升至28.3%时,燃烧器出口中心处CO体积分数由9.540%提高至20.258%,燃烧器出口NO_x生成量为0。工业现场试验结果表明,富氧部分气化和空气分级均能起到降低锅炉NO_x初始排放的作用,两者结合低氮效果更好,在富氧比例为28.3%、分级配风比例为41.2%时,锅炉NO_x初始排放质量浓度可由546 mg/m~3降至159 mg/m~3。     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧NO的排放特性

以徐州烟煤和娄底无烟煤为研究对象,在水平管式炉上对比了O2/N2和O2/CO2两种气氛下NO的析出释放规律,获得了O2/CO2气氛下,温度、氧气体积分数、石灰石添加剂与煤种对NO排放量的影响规律。实验结果表明：高体积分数CO形成的还原性气氛是导致富氧燃烧条件下NO排放总量低于空气气氛的主要原因;700～900 ℃时,升高温度对两种气氛下NO的释放均有促进作用,O2/CO2中两种煤对温度的变化更为敏感;O2体积分数增加能够促进两种煤NO的释放;CaCO3的加入在两种气氛下都能对NO起减排作用,在O2/CO2气氛中的减排效果要优于O2/N2气氛;高含氮量煤种的NO排放总量更大,但转化率低。     

煤层气与煤矸石在循环流化床内混烧影响因素的试验研究

针对影响煤层气与煤矸石循环流化床内混合高效燃烧关键因素（混烧比R、二次风率r₂、过量空气系数α）进行试验,研究这3种运行参数对炉内温度场以及燃烧效率的影响.试验结果表明：与纯烧煤矸石相比,采用煤层气/煤矸石混烧可使炉内温度场分布更加均匀,提高燃烧效率.当混烧比R＝0.2时,炉内温度场比较均匀,燃烧效率相对较高;随着r₂的增加,燃烧效率先升高后降低;随着过量空气系数α增大,炉膛密、稀相区的温度均降低,燃烧效率先升高后降低.在本试验条件下,R＝0.2,r₂=0.3,α=1.3综合燃烧效果较好.     

水蒸气对煤焦低氧体积分数燃烧砷释放的影响

煤燃烧过程中痕量元素排放的研究已成为燃煤污染中的一个新兴前沿领域。特别是一些易挥发元素或化合物,它们排放进入大气,成为环境污染的一个重要来源。其中最易挥发的痕量元素砷引起人们的广泛关注。选取清水沟煤焦,利用自制的恒温燃烧实验台,研究了5%氧体积分数下煤焦在800,1 000和1 200℃燃烧过程中水蒸气对砷释放的影响。通过改变不同停留时间,并进一步探究水蒸气在不同温度、不同粒径下对砷释放特性的影响,得出煤焦燃烧过程中砷释放比例随时间的变化曲线。实验结果表明:水蒸气对煤和煤焦中砷释放的影响是同步的,水蒸气主要是与焦炭发生气化反应促进了煤焦中砷释放进而影响了煤中砷释放;燃烧气氛中水蒸气对煤焦燃烧砷释放具有一定的促进作用,原因是低氧下水蒸气与煤焦发生了气化反应,提高了砷的释放速率并增加最终的释放比例,但促进作用随着水蒸气体积分数的增加逐渐减弱;不同温度下,水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进存在差异,1 000℃下水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进作用较800℃和1 200℃下更明显;在同一条件(温度和气氛)下,煤焦粒径越小,砷的最终释放比例越大,且砷释放峰值对应的温度随着粒径的减小向低温区移动;气氛中含20%水蒸气时,煤焦燃烧砷释放的表观活化能和频率因子均大于气氛中不含水蒸气。     

回采技术选择与瓦斯涌出及煤自燃防治关系

论述回采技术选择与瓦斯涌出、自然发火防治之间的关系,指出中厚以上煤层采煤方法的选择对“一通三防”管理,尤其是瓦斯涌出、自然发火防治有着至关重要的影响,并用例说明必须选择合适的回采方法,以保证煤炭的安全生产。     

石煤流化床燃烧重金属排放特性试验研究

介绍了石煤流化床燃烧重金属排放特性及灰渣中重金属溶出特性的试验研究。研究结果表明,石煤燃烧后大部分汞随烟气排出,而其余重金属则大部分留于灰渣中;加入石灰石有助于抑制汞蒸汽的排放;烟气中汞浓度低于垃圾焚烧污染控制国家标准;灰渣及其水泥制品中的重金属不会对水体造成污染。     

田庄选煤厂煤在燃烧中汞的释放规律

以平顶山田庄选煤厂的块原煤、块精煤、块中煤、矸石、末原煤、末精煤和末中煤7种煤样作为研究对象,探讨了煤中汞在洗选加工过程中的迁移变化规律以及在不同燃烧温度下的释放规律.结果表明,通过物理分选,一些无机汞化合物被富集到重产物中;不论是原煤、中煤、精煤或矸石,在250～650℃下,释放出的总汞量最多,且其中的气态单质汞含量高于氧化态汞含量.     

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。     

蒸汽煤比等因素对循环流化床煤气化过程的影响

以空气和水蒸气为气化剂,在循环流化床煤气化热态试验台上进行了神华、龙口和大同煤的气化试验,研究了蒸汽煤比和煤种对气化过程的影响。试验结果表明:随着蒸汽加入量的增加,床温和煤气热值下降,碳转化率基本保持不变,冷煤气效率基本保持不变或略有下降;龙口煤在加煤速率为10.08kg/h时取得了最高的冷煤气效率值53.96%,而神华煤在加煤速率为6.4kg/h时取得了最高的冷煤气效率值43.98%;煤的活性越高,可以取得的煤气化效率越高,煤气化炉的处理能力也越大。     

循环流化床锅炉的污染物排放与控制探讨

通过对循环流化床燃烧过程的污染物控制原理和实践分析,认为针对新国标GB 13223-2011在准确设计和精心运行的条件下,循环流化床锅炉仍具有低成本污染物控制的优势.循环流化床锅炉的粉尘控制必须采用布袋或电袋除尘器.对于低挥发分以及低氮燃料,只要严格控制床温和过量空气系数,其原始NOx排放基本可以满足小于100mg/m3的限值;对于高挥发分燃料,若床温控制不严或者过量空气系数过高,宜采用非催化选择性还原脱硝.对于低硫燃料,严格控制床温、合理控制石灰石粒度分布、适当提高钙硫比,则能满足新国标的要求;对于高硫燃料,需要采用简易烟气净化的方法.