O-,2--CO-,2-氣氛下循環(huán)流化床煤燃燒及SO-,2--NO排放特性研究.pdf

1、日益嚴重的“溫室效應”引起了全世界對CO2減排技術的關注。燃煤電站作為人類生產活動CO2排放的最大集中源，必須首先實施CO2減排。在眾多的燃煤電站CO2減排技術中，O2/CO2燃燒技術被認為是最具技術可行性和經濟優(yōu)勢的技術之一。循環(huán)流化床O2/CO2燃燒技術集成了O2/CO2燃燒技術和循環(huán)流化床潔凈煤燃燒技術的優(yōu)點，具備低成本大規(guī)模減排CO2的潛力，對其進行系統(tǒng)深入研究對該技術的發(fā)展和推廣具有重大意義。
　　 本文采用實驗研究、

2、理論分析和數值模擬相結合的方法對循環(huán)流化床O2/CO2煤燃燒及污染物SO2和NO的排放特性進行了系統(tǒng)研究。本文從3個層面依次展開實驗工作，包括：CO2氣氛下煤熱解及SO2/NO前驅物析出機理、O2/CO2氣氛下煤燃燒及SO2/NO排放機理和O2/CO2氣氛下中試規(guī)模循環(huán)流化床試驗裝置上各操作參數對煤燃燒及SO2/NO排放的影響規(guī)律。最后，建立了循環(huán)流化床O2/CO2燃燒一維數學模型并進行了數值實驗。
　　 首次研究了CO2氣氛對

3、煤熱解特性及SO2/NO前驅物析出機理的影響。結果表明，溫度低于400℃時，CO2對煤的熱解不產生影響；隨著溫度的升高，由于CO2對煤焦的氣化作用，煤在CO2氣氛下的失重速率明顯高于N2氣氛下；CO2提高了煤中碳酸鹽類礦物質的分解溫度。CO2氣氛促進了煤中的S向COS轉化。CO2的氧化作用和氣化作用使燃料N更容易向HCN轉化。煤焦的微觀結構分析表明，CO2氣氛熱解制得的煤焦具有更豐富的2～4nm的小孔結構，比表面積是N2氣氛下熱解焦的1

4、00倍左右，比孔容積約為N2氣氛焦的1.5倍。
　　 利用熱重分析-傅立葉變換紅外光譜聯用（TG-FTIR）系統(tǒng)和固定床-氣體在線分析聯用系統(tǒng)詳細考察了氣氛中O2濃度、CO2濃度以及顆粒粒徑等參數對O2/CO2氣氛下煤燃燒及SO2/NO排放特性的影響；并對其進行了燃燒反應動力學分析。結果表明，O2/CO2氣氛對煤開始脫揮發(fā)分時間的影響不明顯，但高濃度CO2使煤焦的燃燒速率變慢，燃盡時間延長。O2/CO2氣氛并不改變煤焦的燃燒反應

5、動力學機理。相同O2濃度下用CO2取代N2進行燃燒使煤的燃燒特性變差。O2濃度提高、CO2濃度降低和煤粉細化均可改善煤的燃燒特性。O2/CO2氣氛下，燃煤SO2/NO的析出規(guī)律與空氣氣氛下不同，同等O2濃度下，兩者析出量比空氣氣氛下小。O2/CO2燃燒對SO2的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增強，而對NO的減排作用則是促進燃料N向其他含N氣體（N2，N2O）的轉換。煤灰的掃描電鏡結果顯示，同等O2濃度下O2/CO2燃燒的孔隙結構比空氣燃

6、燒更發(fā)達，說明燃燒過程中其顆粒表面溫度更低。
　　 設計建造了輸入熱功率為50kW的循環(huán)流化床中試裝置，系統(tǒng)考察了氣氛、床溫、過量氧氣系數、一次氧化劑比例、氧氣分級、Ca/S摩爾比等各操作參數對燃燒特性和SO2/NO排放特性的影響?？諝馊紵臏囟人浇橛?1％O2/79％CO2氣氛和30％02/70％CO2氣氛之間。21％O2/79％CO2氣氛下未添加石灰石時，SO2和NO排放量均比空氣氣氛下低。21％O2/79％CO2氣氛下，

7、循環(huán)流化床煤燃燒CO排放量比空氣氣氛下高很多；隨著O2濃度的升高，CO排放量降低。O2/CO2氣氛下煙煤燃燒和無煙煤燃燒干煙氣中CO2濃度可達90％左右。
　　 探明了O2/CO2氣氛下循環(huán)流化床內石灰石的脫硫機理以直接脫硫為主。相同鈣硫摩爾比下，O2/CO2氣氛下石灰石的脫硫效率比空氣氣氛下高。空氣氣氛下的脫硫效率隨床溫增加先增大后減小，存在一個最佳脫硫溫度，在85℃-870℃之間；而在試驗溫度范圍（830℃-910℃）內，O

8、2/CO2氣氛下脫硫效率隨溫度持續(xù)增大。首次探明了O2/CO2氣氛下，石灰石對循環(huán)流化床燃煤NO排放的影響機理與空氣氣氛下不同。O2/CO2氣氛下，石灰石對NO分解比對NO生成的催化作用明顯。在循環(huán)流化床O2/CO2燃燒過程中，添加石灰石可實現SO2/NO的協同控制。
　　 提出了O2/CO2氣氛下循環(huán)流化床“氧氣分級燃燒”的概念。氧氣分級燃燒在不影響爐內流動的情況下，通過改變化學當量比控制燃燒溫度及污染物排放。氧氣分級燃燒可以

9、在保證燃燒效率的同時將NO排放濃度控制在一個非常低的水平。
　　 通過耦合循環(huán)流化床宏觀流體動力學、燃燒反應動力學、脫硫反應和NOx生成抑制反應，建立了循環(huán)流化床O2/CO2燃燒一維數學模型，進行循環(huán)流化床O2/CO2燃燒數值模擬，并與試驗數據進行對比。模擬結果與試驗數據吻合較好。通過對爐膛高度上CO和SO2濃度的研究表明，沿爐膛高度，CO迅速下降，21％O2/79％CO2氣氛下密相區(qū)CO濃度比21％O2/79％N2氣氛大很多：