O-,2--CO-,2-氣氛下煤粉燃燒及SO-,2--NO排放特性研究.pdf

1、由于化石燃料燃燒而排放的大量的溫室氣體CO2對環(huán)境造成的危害已引起了全球的高度關(guān)注。在眾多的CO2分離捕集技術(shù)當(dāng)中，O2/CO2燃燒技術(shù)作為一種新型的可低成本分離回收CO2：且污染物排放較低的全新理念的燃燒方式已引起了各國研究者的重視。由于燃燒氣氛的轉(zhuǎn)變，使得煤在新的燃燒方式下的眾多特性較常規(guī)氣氛下的情況存在諸多差異；同時由于煤粉燃燒及燃料本身的復(fù)雜性，使得對O2/CO2煤粉燃燒及污染物的排放特性尚無統(tǒng)一的認(rèn)識和規(guī)律。因此，研究工作的開

2、展有著極其重要的意義。
　　 本文采用實驗研究、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對O2/CO2煤粉燃燒及污染物(SO2和NO)的排放特性進行了系統(tǒng)的分析。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，典型工況下(21％O2/79％N2氣氛和21％O2/79％CO2氣氛)煤粉的熱解與燃燒特性存在明顯差異，相同O2濃度的O2/CO2氣氛下煤粉的著火及燃盡延遲，燃盡時間延長；提高進氣O2濃度可使燃燒狀況得到顯著改善，30％左右的進氣O2濃度可獲得與空氣氣氛

3、相當(dāng)?shù)娜紵匦?。相同O2濃度及實驗條件下，典型工況的兩種氣氛下煤焦顆粒的內(nèi)部孔隙形狀差別不大，但在特定孔徑范圍(≤5nm)的孔分布存在明顯不同；隨著顆粒燃盡率的增加，其孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)均呈現(xiàn)降低的趨勢，但相同條件時O2/CO2氣氛煤焦的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)較O2/N2：氣氛煤焦的稍?。慌c之相對應(yīng)，顆粒的分形維數(shù)也表現(xiàn)出類似的變化規(guī)律。
　　 通過傅立葉變化紅外光譜儀(FTIR)和x射線衍射分析儀(XRD)測定了部分煤焦試樣的表面化學(xué)基團和微晶

4、結(jié)構(gòu)，通過對測試譜圖的相關(guān)校正并基于煤焦表面微結(jié)構(gòu)的半定量分析方法，求解了反映顆粒表面化學(xué)基團和微晶特征的關(guān)鍵參數(shù)。從結(jié)果來看，環(huán)境氣氛對不同煤焦的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響表現(xiàn)出類似的變化規(guī)律，燃燒氣氛改變的關(guān)鍵是影響了煤焦反應(yīng)的外在物理環(huán)境(顆粒溫度及有機物分解析出氣態(tài)產(chǎn)物的擴散特性)；同時，由于CO2氣化效應(yīng)而導(dǎo)致的顆粒溫度的差異則使得兩種氣氛下煤焦的晶構(gòu)參數(shù)明顯不同，不同溫度工況下的結(jié)果也證明了溫度的確為影響煤焦晶粒生長和其結(jié)構(gòu)有序

5、化的主要因素。
　　 燃燒煙氣的在線分析顯示，在相同配比的為O2/CO2氣氛下，煙氣中CO2的濃度顯著高于O2/N2氣氛燃燒時CO2的排放濃度，但O2/CO2氣氛下煤粉燃燒過程延遲，相同取樣條件下煙氣中的殘余O2含量較高，CO的濃度明顯高于O2/N2：氣氛的情況，排煙中NO及SO：的排放較相同O2濃度的O2/N2：氣氛下降低；隨著進氣中O2濃度或燃燒溫度的提高，兩種氣氛下SO2：及NO的排放濃度均呈現(xiàn)升高的趨勢。在兩種氣氛下，S

6、O2：及NO的排放濃度隨燃料/氧氣化學(xué)當(dāng)量比(Ф)的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，但SO2：的最高濃度出現(xiàn)在化學(xué)當(dāng)量比約為Ф=1.2的工況下，而NO最大排放濃度大約出現(xiàn)在Ф=0.8左右。
　　 在煤焦本身結(jié)構(gòu)特性分析的基礎(chǔ)上，以灰色理論為指導(dǎo)，對與煤焦反應(yīng)特性間相關(guān)的影響因素進行了關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果表明，煤焦顆粒的物理結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)特性及其微晶結(jié)構(gòu)對顆粒的最終反應(yīng)性都存在著相當(dāng)程度的影響，但在所考察的相關(guān)參數(shù)之間，煤焦本身的化學(xué)特性及

7、其微晶結(jié)構(gòu)則是影響其反應(yīng)性的根本因素，其結(jié)果印證了前面研究結(jié)果的意義所在。
　　 相關(guān)的模擬結(jié)果表明，相同O2濃度的O2/CO2氣氛下的溫度水平較模擬空氣氣氛下低約200K左右，但O2/CO2氣氛下爐內(nèi)的溫度場更為均勻，煙氣的輻射吸收系數(shù)顯著高于空氣氣氛下的情況，大約30％的進氣O2濃度可獲得與空氣氣氛下相當(dāng)?shù)臏囟确植肌?br>　　 研究結(jié)果對于O2/CO2燃煤電站的設(shè)計與改造，對于奠定具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的O2/CO2燃燒理