氧分級煤粉燃燒特性及NOx釋放機理的研究.pdf

1、在化石燃料能源的應用領域中，自1980年以來，中國一次能源消費結構中，煤燃料一直占據著69%~78%的份額，雖然其百分比近年略有下降，然而其消耗量卻從2000年的14億噸增長到2014年的38.7億噸。伴隨著煤消耗量的絕對增長，是日益嚴格要求的污染物控制需求。近年來，“潔凈煤技術”、“清潔能源”、“近零排放”等概念的提出，均表明煤燃料低污染物、低排放技術依然是迫切需要研究的熱點，本論文旨在通過研究氧分級燃燒工況下煤粉的燃燒特性和NOx釋

2、放機理來有效地控制煤燃料爐內燃燒過程中污染物的生成。
　　氧分級燃燒包括：空氣分級、增氧分級、氧-燃料分級燃燒。在不同的應用中，燃料的助燃氣體不再是純粹的空氣，因此本論文從分級燃燒的本質（即分階段供氧）出發，采用了“氧分級燃燒”的概念，用以準確描述化石燃料在空氣燃燒、增氧燃燒及氧燃料燃燒領域中所采用的助燃氣體分級燃燒技術。
　　本論文先后在兩套實驗設備（固定反應床、20 kW下行燃燒試驗爐）上展開了一系列煤粉燃燒實驗，循序漸

3、進地研究了不同燃燒工況下煤粉的燃燒特性（著火特性、燃燒持續時間、燃燒速率等）及污染物（NO）的釋放機理。
　　在固定反應床實驗臺上，從燃燒氣氛、氧氣濃度、燃燒溫度、顆粒粒徑四個方面對煤粉燃燒進行了研究?；趯嶒灁祿?，分析總結出了在各種燃燒工況下煤粉燃燒過程中著火時間、燃燒持續時間、燃料型NO生成釋放過程、氧氣濃度的影響等一系列的規律，并建立了描述煤粉燃燒過程中燃料型NO釋放過程的累積百分比模型（CPM）。CPM模型這一重要成果使煤

4、粉燃燒過程的NO釋放機理能夠被定量的研究分析。
　　進一步地，在20 kW下行燃燒試驗爐上開展了煤粉的氧分級燃燒實驗，重點研究了燃燒器空燃比、燃盡風位置、氧氣濃度對煤粉燃燒特性和NO釋放機理的影響。通過測量爐膛沿行程程方向主要物理化學參數（煙氣溫度、O2、CO、NO等）的濃度分布，研究總結了與焦炭氣化反應的增強和NO生成規律有關的相關規律。同時，結合CFD軟件，將實驗結果所呈現的規律提煉融合到煤粉燃燒的諸多模型中（如揮發分模型、顆

5、粒表面反應模型、改進的焦炭氣化模型、NO生成及還原模型等），成功模擬了20 kW下行爐在空氣分級、增氧分級、氧-燃料分級工況下的煤粉燃燒過程，為煤粉燃燒的數值模擬研究工作提供了重要的解決方案。
　　基于20 kW下行爐氧分級燃燒工況下的煤粉燃燒試驗結果與數值模擬結果的對比，論文指出了現有NO釋放機理存在的問題：1，還原區NO濃度偏差；2，峰值CO濃度下NO濃度預測失效現象。針對這兩個問題，提出了 NO釋放機理的改善機制，并通過改進