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温室效应的日益严重加速了富氧燃烧技术的发展,O2/H2O新型富氧燃烧组织燃料在氧气和水蒸气中燃烧,通过将烟气中H2O冷凝去除,实现CO2捕集。O2/H2O燃烧模式具有系统结构紧凑、CO2纯化成本低等优点,受到了研究者们的广泛关注。本文采用自主设计的恒温热重和污染物在线监测实验系统,详细探究了组分浓度、温度、煤种等因素对O2/H2O气氛中煤燃烧及NO释放的作用规律,为认知该燃烧模式提供进一步的借鉴。主要研究内容及成果如下:
(1)探究了O2、H2O、O2和H2O协同作用(不同氧水比)等因素对O2/H2O气氛下煤燃烧特性的影响。发现同一O2浓度,增大H2O浓度,煤粉燃尽时刻提前,促进作用随H2O浓度增加而减弱;相同H2O浓度,提高O2浓度,煤粉燃烧加快,H2O与焦炭的气化反应强度逐渐减弱;O2和H2O协同作用时,O2比H2O对煤燃烧的促进作用显著,随着氧水比增大,煤粉燃尽时刻、焦炭最大燃烧速率出现时刻均提前,但焦炭最大燃烧速率呈现先降低后升高。温度升高,水蒸气的气化作用增强,燃烧速率增大;高浓度(80%)的水蒸气对不同煤种均可改善燃烧,煤阶越高改善效果越明显。
(2)对比了O2/H2O和O2/N2气氛下煤粉燃烧特性曲线,并对燃烧反应的动力学参数进行计算,结果表明:在1∶9、2∶8、3∶7氧水/氮比范围,O2/H2O气氛中煤的燃尽时刻均比O2/N2气氛中的燃尽时刻提前,增大氧水/氮比,两气氛间燃尽时刻的差值减小。随着温度升高,H2O对煤燃烧的综合作用表现不同:900~1100℃,H2O加速煤粉着火的作用明显;1200~1400℃,H2O的作用主要体现为与焦炭发生气化反应,形成燃烧速率峰。动力学参数的计算结果也印证了O2/H2O比O2/N2气氛下煤粉燃烧剧烈,在900~1400℃范围,煤在O2/H2O气氛下燃烧的表观活化能均小于O2/N2气氛下的表观活化能。
(3)探索了O2/H2O气氛下O2、H2O、O2和H2O协同作用(不同氧水比)对煤燃烧NO释放的影响,并与O2/N2气氛中NO的释放进行对比。研究发现,O2(或H2O)浓度恒定,增大H2O(或O2)浓度,加剧了挥发分氮及焦炭氮转化为NO,同时增大了NO释放总量。O2和H2O协同作用时,H2O较O2对煤燃烧NO释放的促进作用更显著,增大氧水比是降低NO排放的有效措施。随着温度升高,O2/H2O比O2/N2气氛NO释放总量先低后高,这可能与不同温度下O2/H2O气氛中CO的含量以及其对NO的还原强度有关。
(1)探究了O2、H2O、O2和H2O协同作用(不同氧水比)等因素对O2/H2O气氛下煤燃烧特性的影响。发现同一O2浓度,增大H2O浓度,煤粉燃尽时刻提前,促进作用随H2O浓度增加而减弱;相同H2O浓度,提高O2浓度,煤粉燃烧加快,H2O与焦炭的气化反应强度逐渐减弱;O2和H2O协同作用时,O2比H2O对煤燃烧的促进作用显著,随着氧水比增大,煤粉燃尽时刻、焦炭最大燃烧速率出现时刻均提前,但焦炭最大燃烧速率呈现先降低后升高。温度升高,水蒸气的气化作用增强,燃烧速率增大;高浓度(80%)的水蒸气对不同煤种均可改善燃烧,煤阶越高改善效果越明显。
(2)对比了O2/H2O和O2/N2气氛下煤粉燃烧特性曲线,并对燃烧反应的动力学参数进行计算,结果表明:在1∶9、2∶8、3∶7氧水/氮比范围,O2/H2O气氛中煤的燃尽时刻均比O2/N2气氛中的燃尽时刻提前,增大氧水/氮比,两气氛间燃尽时刻的差值减小。随着温度升高,H2O对煤燃烧的综合作用表现不同:900~1100℃,H2O加速煤粉着火的作用明显;1200~1400℃,H2O的作用主要体现为与焦炭发生气化反应,形成燃烧速率峰。动力学参数的计算结果也印证了O2/H2O比O2/N2气氛下煤粉燃烧剧烈,在900~1400℃范围,煤在O2/H2O气氛下燃烧的表观活化能均小于O2/N2气氛下的表观活化能。
(3)探索了O2/H2O气氛下O2、H2O、O2和H2O协同作用(不同氧水比)对煤燃烧NO释放的影响,并与O2/N2气氛中NO的释放进行对比。研究发现,O2(或H2O)浓度恒定,增大H2O(或O2)浓度,加剧了挥发分氮及焦炭氮转化为NO,同时增大了NO释放总量。O2和H2O协同作用时,H2O较O2对煤燃烧NO释放的促进作用更显著,增大氧水比是降低NO排放的有效措施。随着温度升高,O2/H2O比O2/N2气氛NO释放总量先低后高,这可能与不同温度下O2/H2O气氛中CO的含量以及其对NO的还原强度有关。