O2/CO2/H2O复杂气氛下煤泥的燃烧特性研究

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在煤炭的开采和洗选过程中,会产生大量的煤泥,其大量堆存对环境造成了严重危害与资源浪费。在煤泥中它的可燃成分与灰中的矿物质成分都值得我们去利用,在我国,使用CFBB燃烧发电是煤泥资源化利用的有效方式之一。其中,富氧燃烧技术可以有效捕集CO2,同时减少燃烧过程中污染物的排放,是一种新型清洁的燃烧技术。而在富氧燃烧方式下烟气不断的循环与原料的带入,会导致其中CO2与水蒸气含量的不断增加,影响燃料燃烧与利用。本文旨在通过气氛管式炉试验,探究O2/CO2/H2O气氛下煤泥的燃烧行为及两种气化反应在其中对富氧燃烧行为的影响规律。开展的主要内容和结论如下:(1)取朔州地区的煤泥作为研究对象,采用气氛管式炉与testo350烟气分析仪对煤泥在O2/N2,O2/CO2,O2/CO2/H2O气氛下的燃烧特性进行研究。根据失重曲线及烟气释放规律,一一对应,可将失重分为热解-燃烧共存段、燃烧段和燃烧完成段。氧气浓度在2%30%之间时,CO释放量在8%10%氧气浓度时达到最大,不完全燃烧占比最大。而由于CO2热物理化学性质的差异,使得反应脱挥发分与燃尽速率均有所降低且C-CO2反应困难,对于失重影响并不明显。只有在较低氧气浓度(2%)下,C-CO2气化对失重影响才较为明显。(2)对煤泥在O2/CO2、O2/H2O/CO2气氛下的燃烧特性进行研究。通过对不同二氧化碳浓度与水蒸气浓度等因素的研究发现:煤泥在O2/N2气氛与O2/CO2气氛下相比,2%O2+98%CO2气氛时,CO总释放量达到6倍左右。850℃下两种气化反应都较微弱,但C-H2O的气化反应影响要大于C-CO2反应。在三种氧气浓度下(30%、10%、2%),2%氧气浓度时,H2释放量最大。将水蒸气浓度控制在20%以下,对于炉温以及煤泥的着火、燃尽影响较小。同时,水蒸气的加入,促进了C-CO2气化反应,两种具有一定的协同作用。(3)通过考察不同温度对煤泥O2/CO2/H2O气氛下富氧燃烧行为的影响:温度越高,失重速率越快,反应更剧烈,失重完成时间缩短;高温(850℃→1100℃)同时促进了燃烧反应与两种气化反应的进行,1100℃下,两种气化反应都达到其反应温度,失重速率明显加快,在低氧浓度下(2%),可将燃烧完成时间提前2/5。在950℃时,C-H2O相对于C-CO2反应优势最大,此时CO释放量较少,而H2释放量更多。CO温度升到1100℃,C-CO2反应开始增强。本文旨在阐明O2/CO2/H2O气氛下煤泥的富氧燃烧行为,揭示气化反应对富氧燃烧行为的影响规律,可为实际循环流化床富氧燃烧提供理论依据,为实现低热值煤的清洁高效利用提供研究实例与指导。
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