燃煤硫颗粒化过程研究

发布时间：2020-06-01 17:29

【摘要】：煤炭是我国未来相当长一段时间内能源消费主体，燃煤产生的含硫颗粒物是大气颗粒物的主要来源之一，严重影响人类身体健康和环境质量。因此，，研究煤燃烧中硫颗粒化过程具有重要的意义。以数值模拟作为研究手段，依据所模拟的燃烧设备结构和各项操作条件，选择与其相应的数学模型和控制方程。通过改变炉膛温度（400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800K）、进口气流速度（0.75、0.6、0.45、0.3、0.15m/s）和进口氧气摩尔百分率（10、20、30、40、50、60%）等参数，得到不同条件下炉膛内各物质浓度分布、温度分布等结果。分析不同燃烧条件对含硫的碳烟颗粒生成以及含硫率的影响，研究燃煤硫颗粒化过程。通过正交设计分析，进一步揭示他们之间的综合影响，得到不同参数在燃煤硫颗粒化过程中的作用。首先，将模拟得到的炉膛内主要产物与实际煤燃烧过程相关物质的生成进行对比与分析，二者趋势基本吻合，说明本文所采用的煤燃烧模拟方法能较好地描述实际的煤燃烧过程。其次，对碳烟颗粒及主要含硫物质随炉膛截面位置变化历程进行分析发现，碳烟颗粒在生成时富集了一部分硫，富集了硫的碳烟颗粒如果后期得不到充分氧化排出炉膛，也就是成为煤燃烧含硫颗粒物的重要来源之一。第三，温度、氧浓度和进口气流速度均对含硫碳烟生成产生影响。随着温度增大，炉膛内总的含硫碳烟量和最大含硫碳烟浓度呈减少的趋势。温度的增加使得含硫碳烟颗粒的生成减少，使得炉膛出口排放的含硫碳烟颗粒减少。随着氧气含量的增大，炉膛出口出排放的来源于含硫碳烟颗粒的含硫颗粒物是逐渐减少。随着进口气流速度的增大，最大含硫碳烟浓度呈下降趋势。第四，通过正交设计分析的方法得到燃烧温度、进口氧气摩尔百分率、进口气流速度分别对应的极差RA、RB、RC的大小关系为RC RB RA，综合分析表明，对于含硫碳烟颗粒的生成氧起着重要的作用最后，对出口碳烟颗粒含硫率的计算与分析显示，随着温度的增加，含硫碳烟颗粒物上的含硫率变化不大。氧气摩尔百分率为20%时含硫碳烟颗粒的含硫率比氧气摩尔百分率为10%时大。氧气有助于碳烟颗粒生成时富集硫元素，即氧有利于较高含硫率的碳烟颗粒生成。因此，在碳烟颗粒生成时很有可能是氧与硫元素相互作用后存在于碳烟的官能团中，也就是燃煤硫颗粒化的一个重要过程。
【图文】：

燃煤硫颗粒化过程研究

百爪力PMZ，卜哀到m勺

示意图,细微颗粒物,煤燃烧,形成机理

后来Yan L、Gupta R等[48-49]总结了细颗粒物形成主要有以下途径，如图1.3:(1)内在矿物质聚结，内在矿物质分为原生矿物质和次生矿物质。 (2)焦炭破碎，焦炭中的孔隙结构率越大，发生破碎的概率越大。(3)外在矿物质破碎，此机理产生的颗粒直径一般大于1μm，由于煤颗粒燃烧时产生的热应力而导致颗粒破碎产生的。(4)无机矿物
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ534;X701

【参考文献】