O_2/CO_2气氛下煤/生物质混燃特性实验研究

采用热重分析仪分别研究了不同煤种(烟煤、贫煤、无烟煤)与生物质(稻壳)的混燃特性,分析了燃烧气氛(O_2/CO_2、O_2/N_2)、生物质掺混比例、氧体积分数对煤与生物质混燃的着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性以及动力学特性的影响。结果表明:1)在O_2/CO_2与O_2/N_2气氛下,煤与生物质混燃的失重变化趋势相似;但在O_2/CO_2气氛下,煤与生物质混燃的失重速率和固定碳燃烧反应活化能均低于O_2/N_2气氛,综合燃烧特性较O_2/N_2气氛差;2)掺混生物质可以改善单煤的燃烧特性,相比于单煤,煤与生物质混燃的着火温度和燃尽温度降低,煤粉的燃烧特性有所改善;3)随着生物质掺混比例的增加,煤与生物质混燃特性进一步得到改善;4)氧体积分数提高,煤与生物质的混燃速率增大,其着火和燃尽温度降低,综合燃烧特性改善,但在煤的固定碳燃烧阶段,燃烧反应活化能和指前因子增大;5)在煤的固定碳最大燃烧速率对应温度附近,混合燃料反应活化能小于单煤燃烧反应活化能,随着生物质掺混比例的增加,混合燃料反应活化能进一步减小。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性实验研究

利用沉降炉实验台分别在O_2/N_2气氛和O_2/CO_2气氛下针对煤粉燃烧过程中NO排放量进行实验,研究了CO_2浓度、温度以及过量空气系数分别对单煤与混煤燃烧NO排放特性的影响,结果表明:相比于O_2/N_2燃烧气氛,煤粉在O_2/CO_2气氛下燃烧释放的NO含量更低,其降低量约为30%~35%;在CO_2浓度由20%变化到50%的过程中,所选煤种NO生成量逐渐下降,其变化幅度不大;随着煤粉燃烧温度的不断升高,所选煤种在2种气氛下燃烧生成的NO含量均有增长且在O_2/N_2气氛下NO排放浓度增加更为明显,当温度达到1 200℃和1 500℃这2个温度点时可以发现NO排放浓度曲线斜率变化很大;随着实验过程中过量空气系数α的增加,在这2种气氛下NO的生成量同样呈现出上升的趋势。     

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。     

煤在O_2/CO_2及O_2/N_2气氛下燃烧NO析出规律的实验研究

以阳泉无烟煤(YQ)、聊城贫煤(LC)和里彦烟煤(LY)为研究对象,在卧式管状炉上重点考察了O2/N2和O2/CO2气氛下,三种煤粉燃烧过程中NO的析出规律。实验结果表明O2/CO2气氛能够减小NO的析出速率,并且降低NO的转化率。相比较O2/N2气氛,NO析出曲线平坦,峰值小,持续时间长,在1 173 K的温度条件下,YQ、LC和LY的NO转化率分别为31.45%、20.58%、17.73%,比相应的O2/N2气氛下降低了20.48%、12.42%和24.78%。在1 173 K范围内,提高温度对O2/N2和O2/CO2气氛下的NO转化有均有促进作用,超过此温度则转化率变化不明显。CaCO3的加入促进了NO的析出,并且YQ、LC在Ca/S小于2,LY在Ca/S小于3时,随着CaCO3量的增加NO转化率提高较为明显,进一步提高Ca/S,则固硫剂的作用有所削弱。相对于O2/N2气氛,O2/CO2气氛下的加钙脱硫可以抑制NO的生成,相同条件下的NO转化率可降低25%左右。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性

为研究O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性,在沉降炉上通过模拟电厂混煤掺烧的实际工况,分析了过量空气系数α、CO_2体积分数、炉膛温度以及燃料比对单煤及混煤燃烧时SO_2排放特性的影响。结果显示:(1)α由0.8增至1.4,所选煤种SO_2的排放质量浓度(以下简称"排放浓度")越大,CO的排放浓度越小;(2)O_2/CO_2气氛下SO_2排放浓度低于O_2/N2气氛下SO_2排放浓度,降低量约为10%;(3)随着反应气氛里CO_2体积分数由20%增加至50%,所选煤种SO_2排放浓度均逐渐降低,CO的排放浓度均逐渐升高;(4)随着炉膛温度的升高,O_2/CO_2、O_2/N2气氛下SO_2排放浓度均增大,不同气氛、不同升温段时SO_2排放浓度曲线斜率变化不同;(5)燃料比越小,煤粉燃烧越好,燃料中S向SO_2的转化率越高,而高温富氧下,燃料含S量越高,SO_2排放量也越高,但S向SO_2的转化率下降。     

O_2/CO_2与O_2/N_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性试验研究

针对电厂混煤掺烧实际情况,在沉降炉上,对单煤及其混煤燃烧NO排放特性进行研究,分析过量空气系数a、CO_2质量浓度、燃料比FC/V以及温度对NO排放特性的影响。结果表明:随着a由0.8增至1.4,实验所选煤种NO的排放质量浓度均逐渐升高,CO的排放质量浓度均逐渐降低,且烟气中CO的质量浓度越高,NO的排放质量浓度就越低,煤粉混烧可以改善污染物排放特性;O_2/CO_2下,NO排放质量浓度低于O_2/N_2下NO排放质量浓度,其降低量约为30%~40%;随着CO_2质量浓度由20%增至50%,实验所选煤种NO排放质量浓度均逐渐降低,CO的排放质量浓度均逐渐升高,其变化幅度均不大;随着温度的升高,O_2/CO_2、O_2/N_2下NO排放质量浓度均增高,相同温度、煤种下,O_2/N_2下NO排放质量浓度高于O_2/CO_2下NO排放质量浓度,不同气氛、不同升温段,NO排放质量浓度曲线斜率变化不同;在低、高温下,随FC/V的增大,NO排放质量浓度变化趋势不同;高温下,燃料含氮量越高,则NO排放质量浓度也越高,但转化率下降。     

O_2/CO_2气氛下烟煤掺烧褐煤燃烧特性

针对电厂混煤掺烧实际情况,在热重分析仪上对某电厂实际用煤分别进行了褐煤和烟煤单烧及不同氧量、掺混比、升温速率下的混烧实验,并根据实验数据对混煤燃烧特性进行了分析。结果表明:不同掺烧比例下混煤燃烧的变化规律相同,为烟煤和褐煤燃烧的叠加,随褐煤掺烧比例增大,着火温度和燃尽温度均降低,综合燃烧指数变大;混煤在20%O_2/80%N_2、20%O_2/80%CO_2气氛下燃烧特性曲线相差不大,20%O_2/80%CO_2气氛下着火温度及燃尽温度比20%O_2/80%N2气氛下高10℃左右,在30%O_2/70%CO_2气氛下,混煤着火温度比20%O_2/80%N2气氛下高3℃;随着升温速率由10℃/min增至40℃/min,混煤的着火温度、燃尽温度和综合燃烧指数均增大。     

N_2/CO_2气氛下含油污泥热解特性实验研究

含油污泥成分复杂、性质变化大、有毒物质含量高,可采用热解技术实现减容无害化处罪。基于热重-红外联用分析仪(TG-FTIR)研究了某含油污泥在N_2/CO_2气氛下的热解特性。结果表明:含油污泥热解过程主要分为低沸点烃类物质(300~500℃)的析出、无机碳酸盐(500~800℃)以及重质油等长链稳定有机大分子(900~1 100℃)的分解3个阶段;利用Coats-Redfern方法,求得含油污泥主要热解阶段的动力学参数,发现高温段的活化能高于中、低温段;N_2/CO_2气氛对中、低温段热解过程影响不大,但是在CO_2气氛下高温段的活化能明显增加;热解产物FTIR分析得出其析出气体主要以CO_2、CO以及CH4等轻质气体为主;在高温段,有大量的甲基化合物析出,且CO_2气氛对其生成有明显的促进作用。     

O2/CO2气氛下水蒸气对石灰石同时煅烧/硫化的影响

为进一步探讨富氧气氛下水分对硫化特性的影响,利用等温热重实验装置,进行了富氧燃烧石灰石同时煅烧/硫化实验,研究了水蒸气浓度、温度、石灰石粒径以及种类等对石灰石同时煅烧/硫化特性的影响。水蒸气提高了石灰石煅烧速率,石灰石完全分解时间缩短;在硫化反应动力学控制阶段水蒸气的影响不明显,而到扩散控制阶段促进作用变得显著。富氧气氛下水蒸气的影响随温度（实验范围）升高而突出,温度越高最终的钙转化率越高。粒径效应显著,随石灰石粒径的减小最终钙转化率明显提高。水蒸气对不同种类石灰石的同时煅烧/硫化特性影响趋势基本一致。     

O_2/CO_2气氛中超细煤粉着火特性

利用热显微镜和摄像系统,研究了气氛、煤粉粒径、氧气流量和氧气浓度对超细煤粉在O2/CO2气氛中的着火特性的影响。试验表明煤粉在N2/O2中比在CO2/O2更容易着火,颗粒粒径在20μm及以下的煤粉着火温度及过程差别不大,挥发分析出比较平稳,而颗粒粒径较大的煤粉着火温度稍高。在纯氧中,氧气流量在大于一定值(200mL/min)后对着火影响不大。O2/CO2气氛中氧气浓度对煤粉着火影响较大,随着氧气浓度的降低,煤粉着火方式从均相着火变成非均相着火;且氧气浓度越低,着火越困难。     

石灰石直接硫化模型研究

在燃煤污染物控制方法中干法脱硫因其投资少、控制简单而应用广泛,而价格低廉,脱硫效果好的石灰石也成为了钙基脱硫剂的首选。目前对于直接硫化的描述模型还未有广泛共识。在传统煅烧硫化模型基础上,引入了Knudsen扩散、烧结和多种扩散方式并存观点等约束完善模型,提出了一种新型的石灰石直接硫化模型。并结合实验数据进行验证,结果分析表明烧结与多种扩散并存观点的假设是合理的,可以优化模型。并且随着转化率提高,气体扩散将逐渐占据产物层扩散主导。     

O_2/CO_2气氛下煤焦燃烧过程中碳官能团演化行为研究

利用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)研究大同烟煤及其煤焦中碳的赋存形态;同时对大同煤焦在O2/CO2和O2/Ar气氛下燃烧过程中含碳官能团的演化规律进行研究,揭示燃烧气氛中CO2对碳转化过程的影响。结果表明,大同煤中的碳主要以芳香碳和脂肪碳的形式存在,在热解过程中,其含量降低,而酚碳、羰基和羧基含量增加。O2/CO2煤焦燃烧过程中,芳香碳和脂肪碳含量不断减少,酚碳、羰基和羧基含量则逐渐增加,其中酚碳含量增加最为显著。燃烧气氛中CO2的存在,加快了芳香碳和脂肪碳的减少,促进了酚碳、羰基和羧基的形成。     

O_2/CO_2燃烧气氛下中间储仓式制粉系统热力计算

富氧燃烧技术是目前新建和在役燃煤电站锅炉最有竞争力的CO_2捕集技术。本文以35MW_(th)富氧燃烧示范电站项目为依托,探寻适合富氧燃烧技术的中间储仓式制粉系统的热力计算方法,并与空气气氛下的计算方法及结果进行对比,为富氧燃烧技术的商业化应用提供设计参考。     

四角切圆锅炉在O_2/CO_2气氛下燃烧特性数值模拟

利用Fluent软件对330 MW机组四角切圆煤粉锅炉常规燃烧和富氧燃烧进行了数值模拟研究,对比分析了不同工况下炉膛中心温度、辐射力、O_2分布、CO浓度、NO_x浓度之间的差异。结果表明:在富氧燃烧时,当O_2体积分数为21%时,炉内的燃烧温度总体要低于常规空气气氛下的燃烧温度,即辐射力低于常规空气气氛,燃烧排放的CO_2浓度远远高于常规燃烧,NO_x生成量较常规燃烧也有一定程度降低;在富氧条件下,随着φ(O_2)/φ(CO_2)增加,炉内煤粉燃烧得到强化,燃烧速度加快,中心温度提高,辐射强度增大,NO_x生成量增多,烟气中CO_2浓度就越大,越易于收集利用。     

空气燃烧与O2/CO2燃烧气氛下水蒸气对石灰石煅烧/硫化特性的影响

在管式炉上进行了空气燃烧及O2/CO2燃烧下美国石灰石与宜兴石灰石的煅烧后硫化实验。分析水蒸气浓度对2种燃烧方式下石灰石钙转化率的影响,并分析硫化产物的孔结构特征、表观形貌及成分。结果表明,水蒸气在石灰石硫化反应初期对钙转化率几乎无影响,在反应后期对硫化反应有显著的促进作用。水蒸气的存在促进了产物层内固态离子扩散,且使得硫化产物粒径更大。较大粒径的晶粒降低了气固扩散阻力,在反应未充分时为硫化反应提供充足的缝隙。水蒸气的存在促进了产物层的结焦现象,空位缺陷沿着晶粒边缘发生迁移,造成反应气体逆向流动,促进了硫化反应。     

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。     

O_2/H_2O气氛下煤粉恒温燃烧特性研究

利用恒温热重实验台,研究了O_2/H_2O气氛下水蒸气、氧气、氧水比、温度等对煤粉燃烧特性的影响。结果表明:相同氧气浓度下,提高水蒸气浓度导致燃尽时刻提前,影响程度随水蒸气浓度的增加而减弱;相同水蒸气浓度下,增大氧气浓度会加快煤粉燃烧,削弱焦炭与水蒸气的气化反应强度。当氧气与水蒸气浓度同时改变时,增大氧水比,燃尽时刻提前;焦炭最大燃烧速率与氧水比存在非单调关系,氧水比小于0.25时两者为负相关,此时焦炭最大燃烧速率出现时刻随氧水比增大而提前,氧水比大于0.25时呈正相关,焦炭最大燃烧速率出现时刻稳定在40s左右。温度升高,水蒸气的气化作用增强,燃烧速率增大;高浓度(80%)的水蒸气对不同煤种均可改善燃烧,煤阶越高改善效果越明显。     

煤中主要外在矿物质在O_2/CO_2气氛中的迁徙转化

以煤中几种典型外在矿物的纯矿物及其混合矿物为研究对象,比较分析了空气气氛和O2/CO2气氛下黄铁矿、高岭石和方解石,以及黄铁矿和方解石含量高的易熔融混合矿物和高岭石含量高的难熔融混合矿物的热转化行为。研究结果表明,O2/CO2气氛下黄铁矿和高岭石的热转化行为与空气气氛并没有明显不同,但O2/CO2气氛下黄铁矿在氧化过程中会有少量中间产物磁铁矿生成。CO2的存在对方解石的转化影响较大,会使方解石的分解温度延迟160~180℃左右。在O2/CO2气氛下,混合矿物的热转化行为并不是单个矿物转化行为的简单叠加,高温时矿物质之间的相互作用更加明显,易于形成低温共熔物钙硅铝酸盐类物质,从而更容易促进矿物的熔融,结渣倾向更明显。     

CO_2气氛下煤/生物质混合热解过程氮转化特性实验

本文在卧式管式炉实验装置上进行了平凉煤、麦秆及其混合物料分别在CO_2和Ar气氛下700～900℃范围内的热解特性实验研究,获得CO_2气氛对热解过程氮元素迁移的影响以及煤/生物质混合热解过程中氮元素转化特性。实验发现:在高温时,CO_2气氛可使燃料发生气化反应,促进燃料中的氮元素析出进入挥发分中,降低半焦氮含量,并提高2种燃料的NH3及N2产率和麦秆的HCN产率;煤/生物质混合热解过程发生了协同作用,降低了HCN和NH3的产率,并提高了N2在700℃的产率。