Oxy-steam氣氛下煤粉燃燒特性及NO生成特性研究.pdf

1、以 CO2為主的溫室氣體導(dǎo)致的全球氣候變化問題已經(jīng)成為全世界關(guān)注的焦點，氧燃料(oxy-fuel)技術(shù)被認(rèn)為是能有效控制火力發(fā)電廠 CO2排放的措施。目前的氧燃料燃燒技術(shù)主要是以 O2/CO2循環(huán)燃燒為代表。Oxy-steam燃燒技術(shù)是一種新型的具有很大潛力的氧燃料燃燒技術(shù)，和O2/CO2循環(huán)燃燒相比，該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)備尺寸小，低 NOx排放量和低過氧量以及高輻射效率和對流換熱特性等技術(shù)優(yōu)勢，目前關(guān)于煤粉oxy-steam燃燒的研

2、究很少。本文基于oxy-steam燃燒技術(shù)在熱重分析儀上對煤粉/煤焦在 O2/H2O氣氛下的燃燒特性和反應(yīng)動力學(xué)進行了初步探索，采用CFD軟件及熱重分析法研究了煤粉在O2/CO2和O2/H2O氣氛下的燃燒機理，同時還在滴管爐上研究了煤粉在O2/H2O氣氛下燃燒NO的生成特性。
　　首先，本文在熱重分析儀上，對平頂山煙煤和神華貧煤兩種煤階的煤樣進行了O2/N2和O2/H2O氣氛下的燃燒實驗，分析了氧氣濃度、升溫速率和粒徑等因素對煤粉

3、燃燒特性的影響。通過TG-DTG曲線研究了煤粉在O2/H2O氣氛下的燃燒特性和動力學(xué)特性。研究結(jié)果表明：在熱重條件下，煤樣在O2/H2O氣氛下的著火相比于O2/N2氣氛下的發(fā)生了延遲，同時O2/H2O氣氛下的綜合燃燒特性指數(shù)要低于O2/N2氣氛下的。氧氣濃度的升高能促進煤樣的燃燒性能，當(dāng)氧氣濃度超過40％時，氧氣濃度對煤樣燃燒特性的影響變?nèi)酢Ｔ贠2/H2O氣氛下隨著升溫速率的升高，煤樣的燃燒過程向高溫區(qū)移動，但是煤樣的燃燒性能隨著升溫速

4、率的升高得到促進。粒徑對煤樣的燃燒特性有一定的影響，煤樣的燃燒性能隨著粒徑的減小而增強。動力學(xué)分析結(jié)果表明煤樣在O2/H2O氣氛下的燃燒反應(yīng)是一級反應(yīng)，活化能和頻率因子之間存在動力學(xué)補償效應(yīng)。
　　隨后采用CFD軟件分析了煤粉在O2/CO2氣氛下的著火機理并分析了CO2物理化學(xué)性質(zhì)對煤粉富氧燃燒均相/非均相著火的詳細(xì)影響，同時采用熱重分析儀研究了了神府超細(xì)（細(xì)）煤粉在O2/H2O環(huán)境下的燃燒特性及燃燒機理。模擬結(jié)果表明CO2的化學(xué)

5、性質(zhì)及高比熱容是造成煤粉富氧燃燒均相著火延遲的主要原因，而 CO2物理性質(zhì)對煤粉富氧燃燒非均相著火延遲起決定性影響。熱重實驗結(jié)果表明用H2O代替N2對SF超細(xì)（細(xì)）煤粉的燃燒性能有明顯的影響。在相同的氧氣濃度下，三種不同粒徑的SF煤粉在O2/H2O氣氛下的燃燒性能比O2/N2氣氛下的有明顯增強。在O2/H2O氣氛下，隨著氧氣濃度的升高，SF超細(xì)(細(xì))煤粉的綜合燃燒特性指數(shù)變大，燃燒性能得到促進。氧氣濃度的變化對SF超細(xì)(細(xì))煤粉的影響是

6、不同的，當(dāng)氧氣濃度低于30%時對燃燒特性的影響比較大，當(dāng)氧氣濃度大于30%時這種影響開始變小。在O2/H2O氣氛下，粒徑的減小有助于提高煤粉的燃燒性能。采用 TG-DTG-DTA法發(fā)現(xiàn)SF超細(xì)（細(xì)）煤粉在O2/H2O氣氛下的著火機理隨著氧氣濃度的升高會分別呈現(xiàn)出非均相著火、均相-非均線聯(lián)合著火和均相著火機理。且相比于 O2/N2氣氛，在O2/H2O氣氛下 SF超細(xì)（細(xì)）煤粉會在更低的氧氣濃度下發(fā)生聯(lián)合著火和均相著火機理。
　　接著

7、進行了府谷煤焦和西山煤焦在O2/H2O氣氛下的燃燒特性及反應(yīng)動力學(xué)機理的研究。熱重實驗結(jié)果表明在O2/H2O氣氛下的煤焦的反應(yīng)性要明顯強于O2/N2氣氛下的反應(yīng)性，用H2O代替N2有利于促進煤焦的燃燒性能。FWO、Starink及KAS等轉(zhuǎn)化率法計算結(jié)果表明FG煤焦和XS煤焦的燃燒反應(yīng)活化能隨著轉(zhuǎn)化率的變大而減小。根據(jù)Popescu法與Coats-Redfern積分法聯(lián)合的方法發(fā)現(xiàn)FG煤焦在O2/H2O氣氛下的燃燒反應(yīng)是一級化學(xué)反應(yīng)動力

8、學(xué)，其機理函數(shù)為：G?α?=-ln?1-α?。
　　最后在滴管爐上研究了神府煙煤在O2/H2O氣氛的燃燒NO生成特性，并分析了氧氣濃度、溫度、過氧系數(shù)及一次風(fēng)率對煤粉在O2/H2O氣氛下燃燒NO生成特性的影響。實驗結(jié)果表明煤樣在O2/H2O氣氛下燃燒NO排放量要遠低于O2/N2氣氛下的。煤粉oxy-steam燃燒NO排放量隨著氧氣濃度的增加而增加。溫度對煤粉在O2/H2O氣氛下燃燒 NO排放有很大的影響，NO排放量隨著溫度的升高而