富氧气氛下半焦与烟煤共燃的热重实验与切圆锅炉模拟研究

发布时间：2020-05-18 15:41

【摘要】：半焦作为极具潜力的能源,在富氧气氛中与烟煤掺混共燃,期望得到清洁高效利用。本文采用实验与模拟相结合的研究手段,目的在于深刻了解半焦与烟煤在富氧情况下的共燃特性以及在电站锅炉内的燃烧状况,为工程应用提供指导。采用热重分析研究了富氧气氛下混煤的燃烧特性和动力学行为。当温度低于750℃时,在N2和CO2气氛中燃料的热解特性完全相同。但是,当温度高于750℃时,燃料的反应特性在CO2气氛中发生显著变化。在高温高CO2浓度的条件下,半焦比烟煤更容易气化。在21%O2/79%CO2气氛中每个样品的点火温度比空气中的高约15℃。在相同氧浓度下用CO2代替N2时,半焦的燃尽行为显著改善。增加氧浓度可以进一步改善点火和燃尽行为。半焦的差热分析(DTG)曲线在空气和21%02/79%CO2气氛中表现出截然不同的行为,空气中有两个明显的峰,而在21%02/79%CO2气氛中,只有一个峰。混煤的活化能通过Starink法凭借四个升温速率拟合获得。然后,通过Malek法确定每个燃烧阶段的最概然机理函数。结果表明,随着转化程度和烟煤比例的增加,活化能通常会降低。空气中的平均活化能略小于21%02/79%CO2气氛下的平均活化能。值得注意的是,混煤的活化能随着氧浓度的增加而增加。随着温度的升高和反应的进行,反应机理也相应发生变化。当转换度达到0.55时,似乎最概然机理函数更容易发生变化。此外,利用Fluent进行了空气和富氧气氛下半焦与烟煤在四角切圆炉内的共燃数值模拟。煤粉的燃烧模型采用了有限速率/涡耗散模型结合焦炭的多面反应模型。采用了欧拉-拉格朗日耦合的方法对煤粉颗粒进行分析计算。烟煤在炉膛内有良好的着火特性,温度云图分布均匀对称,随着氧气浓度的增加,强风区域会出现切圆高温区域。然而,半焦在炉膛内无法获得合理的温度场。共燃物中半焦比例达到40%时,温度场依然合理均匀,可满足锅炉功率要求。当半焦比例进一步增大至60%时,炉内温度明显下降,燃烧特性恶化。通过不同氧气浓度条件下燃烧场的分析,认为30%O2/70%CO2的气氛对燃烧的影响与传统空气对燃烧的影响是相接近的。在30%O2/70%CO2的气氛中,各个样品的燃尽率相较于空气气氛,都有明显改善。空气气氛下炉膛出口的NOx排放量与30%O2/70%CO2气氛下的排放量极为接近。由于半焦挥发分低、灰分高,具有难着火、难燃尽的特点,不能作为煤粉锅炉的单一燃料。由本研究的结果可知,在O2/CO2气氛下,采用半焦与烟煤共燃的方法,可以改善半焦的燃烧特性,以达到煤粉锅炉的燃烧标准。
【图文】：

２．２．２实验方案与系统简介逡逑采用热重分析仪（ＴＧＡ／ＨＣＴ－４，邋Ｂｅｉｊｉｎｇ邋ＨＥＮＶＥＮ）对样品的燃烧特性进行实验逡逑研究。温度控制精度为±0．ｌ°Ｃ，微量天平灵敏度小于±０．１昭。系统原理图如图２－２逡逑所示。为了保证实验数据的准确性，定期使用铟（Ｉｎ）和草酸钙（ＣａＣ２０４）进行准确逡逑度检查。对于样品，在ｌｌ0°Ｃ下在烘箱中千燥约１２ｈ，邋８ｍｇ样品在氧化铝坩埚中均逡逑匀分布，并以１０、２０、３０和４０°Ｃ／ｍｉｎ的速率分别从２５°Ｃ加热到１０００°Ｃ。直到没逡逑有进一步的质量变化被发现，实验结束。将７９％／２１％比的氮气和氧气以１００ｍｌ／ｍｉｎ逡逑的恒流量供给，并改变高纯二氧化碳和氧气的混合比例，在相同的流量下进行不逡逑同的氧浓度燃烧实验，以获得邋２１％０２／７９％Ｃ０２，，邋３０％０２／７０％Ｃ0２邋和邋４０％０２／６０°／0Ｃ０２逡逑气氛。每组实验至少进行两次，相对误差小于５％的实验数据被认为是可接受的。逡逑利用空坩埚进行了不同升温速率的基线试验

逦１６０逦２００逡逑粒径0ｉｍ）逡逑图２－１半焦和烟煤的粒径分布图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１．邋Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｓｅｍｉ－ｃｏｋｅ邋ａｎｄ邋ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ邋ｃｏａｌ逡逑２．２．２实验方案与系统简介逡逑采用热重分析仪（ＴＧＡ／ＨＣＴ－４，邋Ｂｅｉｊｉｎｇ邋ＨＥＮＶＥＮ）对样品的燃烧特性进行实验逡逑研究。温度控制精度为±0．ｌ°Ｃ，微量天平灵敏度小于±０．１昭。系统原理图如图２－２逡逑所示。为了保证实验数据的准确性，定期使用铟（Ｉｎ）和草酸钙（ＣａＣ２０４）进行准确逡逑度检查。对于样品，在ｌｌ0°Ｃ下在烘箱中千燥约１２ｈ，邋８ｍｇ样品在氧化铝坩埚中均逡逑匀分布，并以１０、２０、３０和４０°Ｃ／ｍｉｎ的速率分别从２５°Ｃ加热到１０００°Ｃ。直到没逡逑有进一步的质量变化被发现，实验结束。将７９％／２１％比的氮气和氧气以１００ｍｌ／ｍｉｎ逡逑的恒流量供给，并改变高纯二氧化碳和氧气的混合比例，在相同的流量下进行不逡逑同的氧浓度燃烧实验
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK16

【参考文献】

相关期刊论文 前8条

1 ;低阶煤热解半焦工业试烧[J];氮肥技术;2015年06期

2 马仑;汪涂维;方庆艳;谭鹏;张成;陈刚;;混煤燃烧过程中的交互作用:机理实验研究与数值模拟[J];煤炭学报;2015年11期

3 吕太;王泽民;吴红峰;吴昱;;600MW机组锅炉分层掺烧神华煤的混煤燃烧数值模拟[J];电站系统工程;2015年01期

4 巩志强;刘志成;朱治平;于旷世;孟广军;刘嘉鹏;欧阳子区;孙运凯;吕清刚;;半焦燃烧及煤热解燃烧耦合试验研究[J];煤炭学报;2014年S2期

5 郑楚光;赵永椿;郭欣;;中国富氧燃烧技术研发进展[J];中国电机工程学报;2014年23期

6 陈世和;朱亚清;罗嘉;季俊杰;;FLUENT中煤粉燃烧飞灰含碳量数值模型的改进[J];热能动力工程;2014年03期

7 孙会青;曲思建;王利斌;;半焦的生产加工利用现状[J];洁净煤技术;2008年06期

8 姜克隽;胡秀莲;庄幸;刘强;朱松丽;;中国2050年的能源需求与CO_2排放情景[J];气候变化研究进展;2008年05期

相关博士学位论文 前3条

1 谭鹏;电站锅炉混煤低NO_x燃烧建模与运行优化研究[D];华中科技大学;2017年

2 申春梅;煤拔头半焦燃烧反应特性的基础研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 方庆艳;低挥发份煤及其混煤燃烧数值模拟与试验研究[D];华中科技大学;2007年

相关硕士学位论文 前2条

1 柏齐;1110t/h超临界锅炉混煤燃烧数值模拟研究[D];吉林大学;2017年

2 陈是楠;600MW切圆锅炉燃烧器布置方式优化及其硫化氢生成特性研究[D];北京交通大学;2016年

本文编号：2669946