富氧条件下典型煤焦燃烧特性及燃烧动力学的研究-热能工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index：TK224.1 U.D.C：621.18 Dissertation for the Degree of Master in Engineering RESEARCH ON COMBUSTION CHARACTERISTICS AND KINETICS OF TYPICAL CHAR IN OXY-FUEL CONDITIONS Candidate: Wang Yuexin Supervisor: Prof. Sun Shaozeng Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Thermal Energy Engineering Affiliation: School of Energy Sci. Eng. Date of Defence: July, 2014 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 摘 要 富氧燃烧技术是一种极具前景的燃烧技术，其在 CO2、NOx、SO2、Hg 等痕量元 素脱除方面具有较大优势，已引起世界各国学者的广泛关注。煤粉燃烧的主要过程是 煤焦的燃烧，研究富氧条件下煤焦燃烧特性对指导富氧燃烧技术的应用以及关键设备 的开发具有很大意义。 目前用于研究燃烧特性的煤焦通常在惰性气氛下制取，其煤焦生成过程严重偏离 了真实富氧燃烧条件下煤焦生成的实际过程。针对现有的研究，提出了一种制取接近 真实富氧燃烧条件生成煤焦的方法，大量制取 4 个典型煤种的煤焦，研究了 4 种煤焦 的燃烧特性，并求算了煤焦燃烧的动力学参数，为未来富氧燃烧技术的应用提供大量 基础数据。 以 4 种中国典型动力用煤为研究对象，在高温夹带流反应模拟器中制取接近真实 富氧燃烧条件生成的煤焦。采用数值模拟的方式对煤焦生成过程进行了详细描述，经 过实验验证认为数值模拟具有较高的准确性。以灰示踪为基础，认为在本文的制焦条 件下，挥发分析出 80%以上，且固定碳损失率较小，即为合适的代表接近真实条件下 生成的煤焦。这种煤焦孔隙结构发达，红外光谱显示：由于制焦气氛中富含水蒸气， 煤焦表面的羟基在分布形式和数量上均明显高于原煤；C=O/Car 的增加与常规的惰性环 境制焦呈现出了相反的趋势，认为是高温条件下高浓度的 CO2 造成的影响。 燃烧特性部分，利用高温沉降炉分别研究了 4 种煤焦在温度为 1073~1473℃、 O2/CO2=21/79~50/50 和空气条件不同工况下燃尽率随不同停留时间的变化规律。形成 了覆盖 4 种典型动力用煤富氧条件下燃尽特性的数据库。随着煤阶的增加，要达到与 空气燃烧相似的燃尽率所需的氧浓度越高，考虑到锅炉尾部 CO2 浓度，对于晋城无烟 煤本文推荐的煤粉锅炉富氧燃烧技术下最佳氧气浓度为 30%，其余低阶煤种则不需提 高至 30%；高阶煤的燃尽特性对温度和氧浓度的敏感度较高。 利用改进的缩核反应模型求算了煤焦燃烧的动力学数据。分析了准稳态假设的合 理性，求算的动力学参数中，晋城煤焦的活化能和指前因子均高于其他三个煤种，不 同煤焦的燃烧反应活化能和指前因子存在一定的正相关性。 关键词：富氧燃烧；煤焦；燃烧特性；动力学 I - Ab Abstract Abstract Oxyfuel combustion is a promising combustion technology, which has great advantages on the removal of CO2, NOx, SO2, Hg and other trace elements. It has attracted the attention of scholars around the world. Char combustion is the main process of pulverized coal combustion. Studying the characteristics of char combustion is significant for the application of oxyfuel combustion and the development of critical equipments. Chars used to study combustion characteristics were usually obtained under an inert atmosphere. This type of chars’ generation process was seriously