论文部分内容阅读
燃煤电站排放的细颗粒物对生态环境和人类的身体健康均造成了严重的危害,而沉积在炉膛换热面表面的颗粒物则会恶化传热,威胁锅炉的安全和经济运行。流化床增压富氧燃烧技术作为一种具有前景的洁净煤技术,在保证电厂效率的同时可实现对CO2的高效捕集。但在此技术背景下有关细颗粒物排放、沉积特性的研究报道十分有限。基于此,本文在流化床增压富氧条件下探讨了固体燃料燃烧细颗粒物的排放、沉积特性。具体研究内容和结果如下:首先,依托连续给料增压流化床实验平台探究了气氛、压力、燃料种类和混烧等因素对细颗粒物排放特性的影响。实验结果表明:在0.1～0.5 MPa压力范围内,富氧燃烧排放的PM1浓度均高于空气燃烧,但这一差异随着压力的增加而减小,而燃烧气氛对PM1-10浓度的影响不明显。在富氧气氛下,0.1～0.5 MPa压力范围内,压力升高抑制了PM1的排放,但提高了PM1-10的浓度。此外,压力升高导致PM1的成分发生明显变化,尤其是易气化元素Na、K和S的含量显著增加。分析PM1各元素的灰基质量浓度发现,常压和增压下碱土金属Ca及易气化元素Na、K和S的浓度差异并不明显,但增压下难熔性元素Si和Fe的浓度明显更低。在0.5 MPa压力下对比了褐煤、烟煤、石油焦和稻壳燃烧细颗粒物的排放特性,结果显示,褐煤燃烧后烟气中PM0.4和PM1的浓度明显高于其他燃料,若以单位入炉煤灰分质量为基准折算,则石油焦的细颗粒物产率最高。各燃料PM1和PM1+元素组成虽有差异,但总体而言,PM1中易气化元素Na、K和S含量更高,是相应成分气化、成核和凝结的结果,PM1+中Ca、Si和Fe含量更高,是燃料中矿物熔融、聚合和破碎的产物。在0.5 MPa压力下对褐煤掺烧稻壳发现,掺烧后PM1和PM2.5浓度显著降低,推测是由燃料灰的稀释作用和交互反应共同引起的。其次,在细颗粒排放实验研究的基础上,选取典型工况探究了气氛、压力和混烧等因素对积灰特性的影响。实验结果显示:在0.3 MPa压力下,燃烧气氛对内层积灰形貌和元素组成均有影响。相较于空气和21%O2/79%CO2（Oxy21）气氛,30%O2/70%CO2（Oxy30）气氛下的积灰中含有更多形状规则的超微米颗粒,推测是由亚微米颗粒的熔融团聚形成的。在Oxy30气氛下元素Fe和Cl含量更高,Oxy21气氛下元素S含量更高,而在空气气氛下元素Na的含量更高。在富氧气氛下,对比了0.1～0.5 MPa压力范围内的内层积灰,发现压力升高一方面增加了积灰中超微米颗粒的数量,另一方面提高了积灰中Ca、Na和S的含量。在0.5 MPa压力下,小龙潭褐煤掺烧稻壳明显缓解了积灰倾向,从物理角度,稻壳生成的超微米颗粒破坏了致密的内层积灰层,从化学角度,掺烧引起的交互反应降低了亚微米颗粒浓度。本文在增压流化床上探究了不同因素对细颗粒物排放、积灰特性的影响,为流化床增压富氧燃烧技术提供了有关细颗粒物和积灰的实验数据参考。