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。     

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。     

O2／CO2气氛下无烟煤及烟煤燃烧NO释放特性对比试验研究

研究了一种烟煤和一种无烟煤在氧气体积浓度21％～100％的O2／CO2气氛下的水平管式炉中1073K时的NO生成特性。结果表明O2／CO2气氛下的NO的生成量小于空气条件下的一半。在焦炭表面生成的CO是减少NO生成的主要原因。O2／CO2下燃料N向NO的转化率随氧气的浓度增加上升,并在较高氧气浓度时持平。NO的析出过程受煤种的影响。烟煤在挥发分析出阶段有一定的NO伴随大量CO析出而生成,而无烟煤则没有。无烟煤的NO转化率比烟煤高。     

加压O2/CO2气氛下煤粉着火特性的实验研究

研究了加压O2/CO2气氛下压力、氧浓度、煤焦结构和煤种等因素对大同烟煤和神火无烟煤着火特性的影响,并采用可燃性指数和综合燃烧特性指数评价不同压力下煤的着火和燃烧特性。加压热重实验结果表明,压力从0.1MPa升高至2MPa,着火温度先降低后升高,在1MPa下着火温度最低,燃烧特性最佳。在常压和加压条件下,提高氧浓度均可加快煤的着火。在常压下,随氧浓度提高,着火温度下降的幅度较小,但在加压时,较高氧浓度会改变着火模式,着火温度降低明显。扫描电镜分析显示加压促进煤在脱挥发分过程的破碎,提高碳氧反应速率,降低着火温度。煤的着火与煤种有关,挥发分含量较高的煤,其着火越容易。结果反映了加压富氧燃烧比常压富氧燃烧更有优越性。     

O2/CO2气氛下煤燃烧特性试验研究与分析

富氧燃烧技术不仅能使分离收集CO2和处理SO2容易进行，还能减少NOx排放，是一种能够综合控制燃煤污染物排放的新型洁净燃烧技术。简要介绍了O2／CO2气氛下煤燃烧特性的国内外研究现状，进行了不同氧含量的O2／CO2气氛和O2／N2气氛下的热重与循环流化床(CFB)燃烧试验研究，为CFB富氧燃烧技术的工业化应用进行了基础准备。     

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。     

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。     

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。     

O2/CO2气氛煤粉燃烧特性试验研究

O2/CO2燃烧技术是一种可分离回收CO2的新型燃烧技术，其燃烧机理与常规空气气氛燃烧存在着较大的差异。为此，该文在热重分析仪上进行了模拟空气气氛及不同O2浓度(j(O2)=21%、30%、40%、80%)的O2/CO2气氛下3种不同品质煤粉(龙岩无烟煤、贵州烟煤、元宝山褐煤)的燃烧特性试验，确定了3种煤粉的燃烧特征参数及综合燃烧性能指数。试验结果表明，O2/CO2气氛下煤粉的燃烧分布曲线与O2/N2气氛下有明显不同，相同O2浓度的条件下，O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低，燃尽时间长。在O2/CO2气氛下随着O2浓度的增加，燃烧DTG曲线向低温区偏移，着火温度及燃尽温度降低，燃尽时间缩短，煤粉综合燃烧特性指数增大，表明提高O2浓度可改善O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性。     

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燃烧方式下锅炉机组总体布置研究

基于前人对O2/CO2燃烧方式下煤的着火及火焰稳定性、碳的燃尽率、NOX与SOX及痕量元素的排放特性、传热特性、烟气的组成等得到的实证研究,从设计的角度,阐述了燃煤发电锅炉在O2/CO2燃烧方式下的总体布置及各个部分设计时应注意的问题.     

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。     

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气氛下炉膛改造的热力计算研究

以某电厂300 MW常规煤粉炉膛为研究对象,将传统的热力计算方法进行改进,得到O2/CO2气氛下锅炉主要热力参数的计算方法.计算了不同O2浓度的O2/CO2气氛下燃烧的主要参数并对计算结果进行比较分析.结果表明,当O2浓度为0.3时各个主要的热力参数和空气气氛下最接近.以O2浓度为0.3为例,假定炉膛吸热量不改变,通过改进的热力计算方法,将炉膛结构进行合理的改造,得到一种炉膛结构.对改造前后的炉膛结构进行了热力计算,并且对计算结果进行了对比分析.研究表明,改造后的炉膛可以用于O2/CO2气氛的燃烧.     

O2/CO2气氛下煤焦热重试验研究

进行了O2/CO2气氛与O2/N2气氛下兖州烟煤焦和柬阳无烟煤焦的热重试验,分析了气氛变化对煤焦热重反应的影响,推导出了O2/CO2气氛与O2/N2气氛下的煤焦动力学表达式并获得了动力学参数。模拟值与试验结果吻合较好。     

O2/CO2气氛下痕量元素的赋存和迁移特性

在管式炉中进行徐州烟煤的燃烧实验。通过改变燃烧气氛,用电感耦合质谱分析仪(inductively coupled plasma- mass spectrometry,ICP-MS)研究O2/CO2燃烧方式下O2含量及温度对煤中As、Cr、Pb等痕量元素赋存、迁移特性的影响,并在相同的氧浓度下研究CO2浓度对痕量元素排放的影响。结果表明：痕量元素及其化合物的熔点、沸点等物理性质对元素挥发影响很大;较之常规燃烧方式,O2含量的变化并没有改变As、Cr、Pb、Ni等痕量元素在底灰中的含量随温度升高而降低的总体规律;随着燃烧气氛中O2含量的升高,Cr、Ni在底灰中的含量有所降低,而As、Pb在底灰中明显富集;随着温度升高,燃烧气氛对As在底灰中富集的影响逐渐减弱;此外,在相同的O2含量下,CO2含量越高,As在底灰中的含量越低,因为高浓度的CO2在一定程度上抑制了更易挥发的次氧化物或单质的生成。     

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。     

增压O_2/CO_2燃烧热力系统建模及压力优化

O2/CO2燃烧技术是一种有效的燃煤电站减排CO2技术,由于增加了空气分离系统(air separation unit,ASU)和烟气净化压缩系统(CO2 compression and purification unit,CPU),O2/CO2燃烧电站发电效率降低。当系统压力提高,烟气中的水蒸气潜热得到回收,可以有效提高系统发电效率。利用Aspen Plus软件对330MW增压O2/CO2燃烧电站进行全流程建模并展开效率分析,获得压力对各子系统及全流程系统的影响情况。结果表明:产品氧气压力由0.135MPa提升到3MPa时,制氧功耗增加了39.64%;系统压力由常压增加到3MPa时,CPU功耗降低71.10%;系统存在最佳运行压力,最佳运行压力与排烟温度有关,排烟温度由60℃增加到122℃时,最佳运行压力由0.4MPa提高到1.6MPa。     

O2／CO2燃烧气氛下锅炉炉膛的热力计算分析

O2/CO2燃烧是减少二氧化碳排放的一种行之有效的方法。在O2/CO2燃烧气氛下,CO2浓度的大幅度增加引起锅炉内的辐射传热的改变。利用指数宽谱带模型计算炉膛内的火焰黑度,并进行空气及两种O2/CO2气氛下的炉膛热力计算。通过比较,得出O2/CO2燃烧锅炉炉膛的改进方向。