氧分級煤粉燃燒特性及NOx釋放機(jī)理的研究.pdf

1、在化石燃料能源的應(yīng)用領(lǐng)域中，自1980年以來，中國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤燃料一直占據(jù)著69%~78%的份額，雖然其百分比近年略有下降，然而其消耗量卻從2000年的14億噸增長到2014年的38.7億噸。伴隨著煤消耗量的絕對增長，是日益嚴(yán)格要求的污染物控制需求。近年來，“潔凈煤技術(shù)”、“清潔能源”、“近零排放”等概念的提出，均表明煤燃料低污染物、低排放技術(shù)依然是迫切需要研究的熱點(diǎn)，本論文旨在通過研究氧分級燃燒工況下煤粉的燃燒特性和NOx釋

2、放機(jī)理來有效地控制煤燃料爐內(nèi)燃燒過程中污染物的生成。
　　氧分級燃燒包括：空氣分級、增氧分級、氧-燃料分級燃燒。在不同的應(yīng)用中，燃料的助燃?xì)怏w不再是純粹的空氣，因此本論文從分級燃燒的本質(zhì)（即分階段供氧）出發(fā)，采用了“氧分級燃燒”的概念，用以準(zhǔn)確描述化石燃料在空氣燃燒、增氧燃燒及氧燃料燃燒領(lǐng)域中所采用的助燃?xì)怏w分級燃燒技術(shù)。
　　本論文先后在兩套實(shí)驗(yàn)設(shè)備（固定反應(yīng)床、20 kW下行燃燒試驗(yàn)爐）上展開了一系列煤粉燃燒實(shí)驗(yàn)，循序漸

3、進(jìn)地研究了不同燃燒工況下煤粉的燃燒特性（著火特性、燃燒持續(xù)時間、燃燒速率等）及污染物（NO）的釋放機(jī)理。
　　在固定反應(yīng)床實(shí)驗(yàn)臺上，從燃燒氣氛、氧氣濃度、燃燒溫度、顆粒粒徑四個方面對煤粉燃燒進(jìn)行了研究?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析總結(jié)出了在各種燃燒工況下煤粉燃燒過程中著火時間、燃燒持續(xù)時間、燃料型NO生成釋放過程、氧氣濃度的影響等一系列的規(guī)律，并建立了描述煤粉燃燒過程中燃料型NO釋放過程的累積百分比模型（CPM）。CPM模型這一重要成果使煤

4、粉燃燒過程的NO釋放機(jī)理能夠被定量的研究分析。
　　進(jìn)一步地，在20 kW下行燃燒試驗(yàn)爐上開展了煤粉的氧分級燃燒實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究了燃燒器空燃比、燃盡風(fēng)位置、氧氣濃度對煤粉燃燒特性和NO釋放機(jī)理的影響。通過測量爐膛沿行程程方向主要物理化學(xué)參數(shù)（煙氣溫度、O2、CO、NO等）的濃度分布，研究總結(jié)了與焦炭氣化反應(yīng)的增強(qiáng)和NO生成規(guī)律有關(guān)的相關(guān)規(guī)律。同時，結(jié)合CFD軟件，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所呈現(xiàn)的規(guī)律提煉融合到煤粉燃燒的諸多模型中（如揮發(fā)分模型、顆

5、粒表面反應(yīng)模型、改進(jìn)的焦炭氣化模型、NO生成及還原模型等），成功模擬了20 kW下行爐在空氣分級、增氧分級、氧-燃料分級工況下的煤粉燃燒過程，為煤粉燃燒的數(shù)值模擬研究工作提供了重要的解決方案。
　　基于20 kW下行爐氧分級燃燒工況下的煤粉燃燒試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對比，論文指出了現(xiàn)有NO釋放機(jī)理存在的問題：1，還原區(qū)NO濃度偏差；2，峰值CO濃度下NO濃度預(yù)測失效現(xiàn)象。針對這兩個問題，提出了 NO釋放機(jī)理的改善機(jī)制，并通過改進(jìn)