循环流化床煤燃烧痕量元素迁移特性实验研究

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我国目前的能源结构及资源储量决定了煤炭在今后相当长时间内仍是最重要的一次能源。煤中包含有多种痕量元素,尽管其在煤中含量很小,但是由于煤的巨大消耗,导致痕量元素的排放量非常可观。控制痕量元素的污染排放已成为当务之急。作为一种洁净煤燃烧技术,循环流化床燃烧技术具有燃料适应性广、燃烧稳定性高、负荷调节性好,可有效控制SO2和NO,排放等优点,应用非常广泛。除此之外,循环流化床技术与O2/CO2技术结合发展的循环流化床O2/CO2燃烧技术可有效实现CO2的减排。深入研究煤在循环流化床燃烧过程痕量元素的迁移机理有助于理解痕量元素在不同产物中的富集规律并对开发痕量元素排放控制技术具有指导意义。本文分别利用东南大学2.5MWth循环流化床中试装置和自行改造的6kWth循环流化床实验台进行了煤的燃烧实验,研究不同煤种、气氛和添加剂情形下痕量元素(As、Ba、Cd、Cr、Cu、Mn、Pb)的迁移转化规律。2.5MWth循环流化床中试装置煤燃烧实验结果表明:燃烧无烟煤时,除Mn, Cd外,其余几种元素的平衡率均在77%-115%之间。燃烧烟煤时,除Ba、Cr、Mn外,其余几种元素的平衡率均在85%-104%之间。大部分痕量元素赋存于底渣和飞灰中,且赋存于飞灰中的痕量元素份额大于底渣,只有部分As、Cd、Pb等易挥发的元素未被布袋除尘器捕集随烟气排出。相较于烟煤,无烟煤赋存于底渣中的痕量元素份额更小。随着灰渣颗粒粒径的增大,比表面积减小,痕量元素在灰渣中的一般富集趋势为:布袋飞灰>旋风飞灰>床内换热器颗粒>炉膛底渣。6kWth循环流化床煤燃烧实验结果表明:空气气氛切换为O/CO2燃烧气氛,密相区温度降低,无烟煤工况降低程度低于烟煤。随着氧浓度的提高,密相区温度提升。燃烧无烟煤和烟煤,在不同气氛下的痕量元素质量平衡率均集中在70%-130%之间。与空气气氛相比,O2/CO2气氛促进了Ba、 Cd、Cr、Mn的挥发,抑制了As、Cu、和Pb的挥发。O2/CO2气氛下,O2浓度的提高抑制了Ba、 Cr、Cu的挥发,促进了Cd元素的挥发。无烟煤中添加0.3%浓度的NH4Br会提高/As、Cd、Cu、Pb在飞灰中的富集程度。Factsage软件模拟显示Br在系统中的存在增加了Pb、Cu等元素的挥发性。对飞灰分级检测结果表明:空气气氛切换为O2/CO2气氛,会导致痕量元素在细颗粒中赋存份额减小。随着氧浓度的提高,赋存于细颗粒中的元素份额会提高。对分级飞灰中痕量元素浓度进行归一化处理,发现O2/CO2气氛会促进As、Ba、Cd向粗颗粒中迁移,但是这种促进作用会随氧浓度的提高而减弱。O2/CO2气氛提高了Cr、Cu、Mn、Pb在细颗粒中的含量,但是会减小这些元素赋存于细颗粒中的质量份额。对痕量元素在不同粒径颗粒上的富集规律进行拟合,发现气氛的改变不会改变痕量元素在飞灰颗粒上的富集机理。
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