论文摘要
富氧燃烧技术作为一项可以实现大规模CO2富集的新型燃烧技术，近十年来受到了业内人士的广泛关注。由于实验系统的差异，富氧燃烧技术独具的高CO2气氛对煤粉燃烧过程的影响及作用机理仍然没有得到一致的结论。本文借助自行搭建的平面火焰携带流反应器，对煤粉在接近真实炉膛的模拟烟气中的脱挥发分、着火及燃尽过程展开了详细的实验研究。本文首先在平面火焰携带流反应器中开展了煤粉的脱挥发分实验，研究了煤粉在富氧燃烧和常规空气燃烧条件下的脱挥发分特性和所制备煤焦的物理化学特性及反应性。实验结果表明：富氧燃烧气氛下高浓度CO2的存在会抑制高挥发分煤（褐煤和烟煤）的挥发分释放，但会导致低挥发分煤脱挥发分产率的增加。同时，对比CO2焦和N2焦的物理结构和化学结构发现，高挥发分煤焦的比表面积增加，而低挥发分煤焦的比表面积降低。CO2焦表面化学结构的活性均要高于N2焦。但相比于化学结构，物理结构对煤焦表观反应性起主要作用。继而结合FF-EFR和高速CCD摄像机研究了煤粉在富氧燃烧和常规空气燃烧条件下着火和挥发分燃尽特性，着重对煤粉的着火延迟，着火稳定性和挥发分燃尽时间进行了探讨。实验结果表明：着火延迟时间反比于YO2,sn，n约为0.150.2。高浓度CO2的存在会导致高挥发分煤粉着火延迟增加和着火稳定性降低。但与之相反，可以改善低挥发分无烟煤的着火延迟和着火稳定性。同时，高浓度CO2的存在会导致高挥发分煤粉的脱挥发分和挥发分燃尽时间延长。在FF-EFR上结合采用沿程急冷颗粒采样技术，研究了中美典型动力煤在O2/CO2和O2/N2气氛下的燃尽特性，并根据实验数据求解了其基于煤焦氧化反应的表观反应动力学参数和基于四步反应的详细反应动力学参数。研究结果表明：高氧浓度条件下，高浓度CO2对煤焦燃尽的抑制作用大于气化反应对煤焦燃尽的促进作用。降低环境氧浓度可以提高CO2气化反应对煤焦燃尽的贡献。低氧浓度条件下，高浓度CO2气化反应对煤焦燃尽有着明显的促进作用。CO2气化反应对无烟煤的燃尽作用不明显。煤焦与CO2的气化反应所产生的煤焦表面对O的化学吸附，进而导致了煤粉在富氧燃烧条件下的氧元素释放速率减慢。煤粉燃尽过程实际上是原始无定形碳的消耗与新无定形碳的生成相竞争的过程。在脱挥发分阶段，大芳香环系统（微晶石墨）保持稳定，脂肪链的芳构化反应导致了小芳香环系统的生成（无定形碳）。在焦炭燃尽的早期和后期，煤焦氧化反应的发生使得无定形碳的生成和消耗分别占主要作用。同时，研究发现在高转化率条件下由于灰壳的屏蔽效应，仍然有一定量的无定形碳和微晶石墨残余在总灰中。最后，通过动力学求解，为相应煤种的数值模拟研究和工业应用提供了表观反应动力学和详细反应动力学数据。
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标签：煤粉论文; 富氧燃烧论文; 平面火焰携带流反应器论文; 脱挥发分论文; 着火论文; 燃尽论文; 物理化学结构论文;