基于平面火焰攜帶流反應(yīng)器的煤粉富氧燃燒特性研究.pdf

1、富氧燃燒技術(shù)作為一項(xiàng)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模CO2富集的新型燃燒技術(shù),近十年來(lái)受到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。由于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的差異,富氧燃燒技術(shù)獨(dú)具的高CO2氣氛對(duì)煤粉燃燒過(guò)程的影響及作用機(jī)理仍然沒(méi)有得到一致的結(jié)論。本文借助自行搭建的平面火焰攜帶流反應(yīng)器,對(duì)煤粉在接近真實(shí)爐膛的模擬煙氣中的脫揮發(fā)分、著火及燃盡過(guò)程展開(kāi)了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文首先在平面火焰攜帶流反應(yīng)器中開(kāi)展了煤粉的脫揮發(fā)分實(shí)驗(yàn),研究了煤粉在富氧燃燒和常規(guī)空氣燃燒條件下的脫揮發(fā)分特

2、性和所制備煤焦的物理化學(xué)特性及反應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:富氧燃燒氣氛下高濃度CO2的存在會(huì)抑制高揮發(fā)分煤(褐煤和煙煤)的揮發(fā)分釋放,但會(huì)導(dǎo)致低揮發(fā)分煤脫揮發(fā)分產(chǎn)率的增加。同時(shí),對(duì)比CO2焦和N2焦的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),高揮發(fā)分煤焦的比表面積增加,而低揮發(fā)分煤焦的比表面積降低。CO2焦表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的活性均要高于N2焦。但相比于化學(xué)結(jié)構(gòu),物理結(jié)構(gòu)對(duì)煤焦表觀反應(yīng)性起主要作用。
　　繼而結(jié)合FF-EFR和高速CCD攝像機(jī)研究了煤粉在富氧燃

3、燒和常規(guī)空氣燃燒條件下著火和揮發(fā)分燃盡特性,著重對(duì)煤粉的著火延遲,著火穩(wěn)定性和揮發(fā)分燃盡時(shí)間進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:著火延遲時(shí)間反比于YO2,sn,n約為0.15~0.2。高濃度CO2的存在會(huì)導(dǎo)致高揮發(fā)分煤粉著火延遲增加和著火穩(wěn)定性降低。但與之相反,可以改善低揮發(fā)分無(wú)煙煤的著火延遲和著火穩(wěn)定性。同時(shí),高濃度CO2的存在會(huì)導(dǎo)致高揮發(fā)分煤粉的脫揮發(fā)分和揮發(fā)分燃盡時(shí)間延長(zhǎng)。
　　在FF-EFR上結(jié)合采用沿程急冷顆粒采樣技術(shù),研究了中美

4、典型動(dòng)力煤在O2/CO2和O2/N2氣氛下的燃盡特性,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求解了其基于煤焦氧化反應(yīng)的表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和基于四步反應(yīng)的詳細(xì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。研究結(jié)果表明:高氧濃度條件下,高濃度CO2對(duì)煤焦燃盡的抑制作用大于氣化反應(yīng)對(duì)煤焦燃盡的促進(jìn)作用。降低環(huán)境氧濃度可以提高CO2氣化反應(yīng)對(duì)煤焦燃盡的貢獻(xiàn)。低氧濃度條件下,高濃度CO2氣化反應(yīng)對(duì)煤焦燃盡有著明顯的促進(jìn)作用。CO2氣化反應(yīng)對(duì)無(wú)煙煤的燃盡作用不明顯。煤焦與CO2的氣化反應(yīng)所產(chǎn)生的煤焦表

5、面對(duì)O的化學(xué)吸附,進(jìn)而導(dǎo)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(guò)程實(shí)際上是原始無(wú)定形碳的消耗與新無(wú)定形碳的生成相競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程。在脫揮發(fā)分階段,大芳香環(huán)系統(tǒng)(微晶石墨)保持穩(wěn)定,脂肪鏈的芳構(gòu)化反應(yīng)導(dǎo)致了小芳香環(huán)系統(tǒng)的生成(無(wú)定形碳)。在焦炭燃盡的早期和后期,煤焦氧化反應(yīng)的發(fā)生使得無(wú)定形碳的生成和消耗分別占主要作用。同時(shí),研究發(fā)現(xiàn)在高轉(zhuǎn)化率條件下由于灰殼的屏蔽效應(yīng),仍然有一定量的無(wú)定形碳和微晶石墨殘余在總灰中。
　　最后