富氧氣氛下典型固體燃料燃燒及動(dòng)力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、富氧燃燒是采用比空氣中氧含量高的空氣來(lái)進(jìn)行助燃的一種新型燃燒方式，具有明顯的節(jié)能與環(huán)保效益，富氧燃燒技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域并受到越來(lái)越多的關(guān)注。氧濃度對(duì)固體燃料的燃燒有顯著影響，富氧氣氛可以降低燃料著火熱，提高火焰溫度，改善溫度場(chǎng)分布，促進(jìn)燃燒完全，這對(duì)電廠燃料局部富氧助燃、富氧點(diǎn)火以及低負(fù)荷穩(wěn)燃有重大意義，有利于電廠節(jié)能和效率提高。電廠采用純氧代替空氣進(jìn)行助燃的O2/CO2循環(huán)燃燒方式，不僅可以獲得高濃度CO2，還能實(shí)現(xiàn)污染物的協(xié)同排

2、除，具有巨大的發(fā)展前景。
　　 本文采用熱分析法，針對(duì)煤、煤矸石、農(nóng)林廢棄物、污水污泥、生活垃圾等典型固體燃料，進(jìn)行富氧燃燒的熱重試驗(yàn)，研究了氧濃度對(duì)各燃料燃燒特性和動(dòng)力學(xué)特性的影響，分析了富氧燃燒的影響因素及各類燃料之間的差別。研究結(jié)果有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)各類固體燃料在富氧條件下的燃燒規(guī)律，為固體燃料富氧燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供指導(dǎo)和必要的理論基礎(chǔ)。
　　 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，得出以下主要結(jié)論：
　　 (1)固

3、體燃料的燃燒過(guò)程可分為水分析出、揮發(fā)分燃燒、固定碳燃燒和燃盡等四個(gè)階段。在主要燃燒階段，煤/煤矸石的DTG曲線出現(xiàn)一個(gè)峰，生物質(zhì)燃料出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)峰。空氣氣氛下，煤/煤矸石的著火溫度約420°C～600°C，生物質(zhì)燃料約230°C～275℃，燃盡溫度分別在640°C～710℃和470°C～620°C之間，生物質(zhì)燃料較易著火和燃盡。高揮發(fā)分的生物質(zhì)燃料綜合燃燒性能優(yōu)于煤/煤矸石，綜合燃燒特性指數(shù)順序?yàn)檗r(nóng)林廢棄物＞生活垃圾＞污泥＞煤＞煤矸石

4、。
　　 (2)在O2/N2氣氛下，隨著氧濃度的提高，各種燃料燃燒曲線均向低溫區(qū)移動(dòng)，最大失重溫度降低，最大和平均失重率增大，最大放熱量增加，燃燒性能得到改善。富氧氣氛會(huì)明顯降低煤/煤矸石的最大失重溫度，增加生物質(zhì)燃料的失重峰值。氧濃度對(duì)可燃質(zhì)含量高尤其是固定碳含量大的燃料燃燒改善更為明顯。隨著氧濃度的提高，燃料著火和燃盡溫度均降低，可燃性和燃盡特性指數(shù)增大，燃料著火和燃盡特性得到改善，尤其對(duì)燃盡溫度的改善更為明顯，但是氧濃度超

5、過(guò)40％后，燃料燃燒特性參數(shù)的變化變得緩慢。
　　 (3)O2/CO2氣氛、煤粉粒徑、升溫速率對(duì)煤燃燒性能有重要影響。相同氧濃度下，CO2代替N2后，煤的著火和燃盡溫度升高，燃燒時(shí)間延長(zhǎng)，綜合燃燒特性指數(shù)減小，CO2的存在改變了煤焦的燃燒特性，尤其是高的CO2濃度對(duì)燃燒的影響更大，在O2/CO2氣氛下，隨著氧濃度的增加，煤的燃燒性能得到大大改善，CO2對(duì)燃燒過(guò)程的影響可通過(guò)提高氧濃度來(lái)彌補(bǔ)。粉粒徑減小后煤粉著火和燃盡溫度降低，綜

6、合燃燒性能得到改善，煤粉在高氧濃度下，細(xì)化對(duì)著火和燃盡性能改善的效果更好。隨著升溫速率增加，煤粉燃燒特性溫度均有所增加，燃燒反應(yīng)向高溫區(qū)移動(dòng)，產(chǎn)生燃燒滯后現(xiàn)象。
　　 (4)固體燃料的反應(yīng)機(jī)理與燃料種類有關(guān)，同種燃料在不同氧濃度下可用同一種反應(yīng)機(jī)理來(lái)描述。煤、農(nóng)林廢棄物和污泥的兩個(gè)燃燒階段均為一級(jí)反應(yīng)；煤矸石低溫段燃燒為一級(jí)反應(yīng)，而高溫段燃燒符合三級(jí)反應(yīng)；生活垃圾的揮發(fā)分和固定碳燃燒階段符合二級(jí)反應(yīng)機(jī)理。氣氛、粒徑和升溫速率均對(duì)