基于平面火焰攜帶流反應器的煤粉富氧燃燒特性研究.pdf

1、富氧燃燒技術作為一項可以實現大規模CO2富集的新型燃燒技術,近十年來受到了業內人士的廣泛關注。由于實驗系統的差異,富氧燃燒技術獨具的高CO2氣氛對煤粉燃燒過程的影響及作用機理仍然沒有得到一致的結論。本文借助自行搭建的平面火焰攜帶流反應器,對煤粉在接近真實爐膛的模擬煙氣中的脫揮發分、著火及燃盡過程展開了詳細的實驗研究。
　　本文首先在平面火焰攜帶流反應器中開展了煤粉的脫揮發分實驗,研究了煤粉在富氧燃燒和常規空氣燃燒條件下的脫揮發分特

2、性和所制備煤焦的物理化學特性及反應性。實驗結果表明:富氧燃燒氣氛下高濃度CO2的存在會抑制高揮發分煤(褐煤和煙煤)的揮發分釋放,但會導致低揮發分煤脫揮發分產率的增加。同時,對比CO2焦和N2焦的物理結構和化學結構發現,高揮發分煤焦的比表面積增加,而低揮發分煤焦的比表面積降低。CO2焦表面化學結構的活性均要高于N2焦。但相比于化學結構,物理結構對煤焦表觀反應性起主要作用。
　　繼而結合FF-EFR和高速CCD攝像機研究了煤粉在富氧燃

3、燒和常規空氣燃燒條件下著火和揮發分燃盡特性,著重對煤粉的著火延遲,著火穩定性和揮發分燃盡時間進行了探討。實驗結果表明:著火延遲時間反比于YO2,sn,n約為0.15~0.2。高濃度CO2的存在會導致高揮發分煤粉著火延遲增加和著火穩定性降低。但與之相反,可以改善低揮發分無煙煤的著火延遲和著火穩定性。同時,高濃度CO2的存在會導致高揮發分煤粉的脫揮發分和揮發分燃盡時間延長。
　　在FF-EFR上結合采用沿程急冷顆粒采樣技術,研究了中美

4、典型動力煤在O2/CO2和O2/N2氣氛下的燃盡特性,并根據實驗數據求解了其基于煤焦氧化反應的表觀反應動力學參數和基于四步反應的詳細反應動力學參數。研究結果表明:高氧濃度條件下,高濃度CO2對煤焦燃盡的抑制作用大于氣化反應對煤焦燃盡的促進作用。降低環境氧濃度可以提高CO2氣化反應對煤焦燃盡的貢獻。低氧濃度條件下,高濃度CO2氣化反應對煤焦燃盡有著明顯的促進作用。CO2氣化反應對無煙煤的燃盡作用不明顯。煤焦與CO2的氣化反應所產生的煤焦表

5、面對O的化學吸附,進而導致了煤粉在富氧燃燒條件下的氧元素釋放速率減慢。煤粉燃盡過程實際上是原始無定形碳的消耗與新無定形碳的生成相競爭的過程。在脫揮發分階段,大芳香環系統(微晶石墨)保持穩定,脂肪鏈的芳構化反應導致了小芳香環系統的生成(無定形碳)。在焦炭燃盡的早期和后期,煤焦氧化反應的發生使得無定形碳的生成和消耗分別占主要作用。同時,研究發現在高轉化率條件下由于灰殼的屏蔽效應,仍然有一定量的無定形碳和微晶石墨殘余在總灰中。
　　最后