富氧燃燒條件下煤焦燃盡特性

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1、第卷第期工程熱物理學(xué)報(bào)年月富氧燃燒條件下煤焦的燃盡特性黃曉宏皮理剛柳朝暉張?zhí)┍R興郭軍軍鄭楚光華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢摘要本文利用平面火焰攜帶流反應(yīng)器研究了煙煤在富氧燃燒條件下的燃燒實(shí)驗(yàn)。采用灰示蹤法分析煤焦的燃盡—和元素釋放特性：，并采用等密度模型計(jì)算了基于氧化反應(yīng)的表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。研究結(jié)果表明煤粉在富氧燃燒條件下的燃盡慢于空氣燃燒；富氧燃燒條件下，煤焦與的氣化反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致煤焦表面對(duì)的化學(xué)吸附，進(jìn)而導(dǎo)致氧元素釋放速率減慢；高氧濃度條件下高濃度對(duì)煤焦燃盡的抑制作用大于氣化反應(yīng)對(duì)煤焦燃盡的促，進(jìn)作用，降低環(huán)境氧濃度可以逐步提髙氣化反應(yīng)對(duì)煤焦燃盡的貢獻(xiàn)，關(guān)鍵詞富氧燃燒；燃盡特性；元

2、素釋放；表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：—前言富氧燃燒技術(shù)是一種被電力工業(yè)界所關(guān)注的大和氣氛下煙煤焦、褐煤焦和合成焦規(guī)模捕集的新型燃煤發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)用高純?cè)诓煌鯘舛认碌娜急M特性。等在攜帶流度的氧代替助燃空氣，同時(shí)采用煙氣循環(huán)調(diào)節(jié)爐膛反應(yīng)器上采集了煤焦在和氣氛下一內(nèi)的介質(zhì)流量和傳熱特性。，可獲得高濃度的煙的碳轉(zhuǎn)化率曲線但相關(guān)研究并沒有得到致的結(jié)氣。在熱物性上和存在著巨大的不同，且，這使論相關(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的參數(shù)都是在熱重裝置上得得富氧燃燒完全不同于常規(guī)空氣燃燒。到的，煤粉狀態(tài)和反應(yīng)條件均與實(shí)際煤粉鍋爐有較國外學(xué)者針對(duì)煤焦在富氧燃燒條件下的燃盡過大差異。⑵程展開了廣泛研究。等在熱

3、重分析儀上本文選用實(shí)驗(yàn)室尺度最接近工業(yè)爐膛的平面火開展了和氣氛下的常壓和增壓熱焰攜帶流動(dòng)反應(yīng)器，研究了中國典型煙煤在重實(shí)驗(yàn)等在單顆粒條件中研究了高溫和氣氛下的燃燒下燃盡過程，并通過沿程收稿日期‘修訂日期：；基金項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目國家科技支撐計(jì)劃（國家國際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目（作者簡介：黃曉宏，：（男湖北荊門，博士研究生，主要從事煤粉燃燒過程機(jī)理及新型燃燒方式的研究通信作者柳朝暉，教授，442工程熱物理學(xué)報(bào)卷燃盡度曲線求解了煤焦在不同工況下的表觀反應(yīng)動(dòng)式中，而和分別表示元素在不同燃盡度焦和力學(xué)參數(shù)。原煤中的含量；表示在該取樣位置固相的殘余量；和分別代表原煤和不同燃盡度煤焦中頭驗(yàn)方法的灰

4、分含量實(shí)驗(yàn)裝置及工況本文假設(shè)高濃度等對(duì)煤粉燃盡的影響，都本文實(shí)驗(yàn)選用粒徑為的煙煤體現(xiàn)在對(duì)煤焦氧化反應(yīng)速率的影響上。定量分析這，其劉■煤胃不同工氧反的表工業(yè)分析及元素分析如表所示。平面火焰攜帶流反觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了求解。為求解過程中】，假應(yīng)器被用于開展煤粉的燃盡實(shí)驗(yàn)。該反應(yīng)器的主一：煤焦顆粒為球形，其平均粒徑為設(shè)；由要部件為個(gè)修改后平面火焰燃燒器，該于煤粉顆粒尺寸較小，則數(shù)較小，故認(rèn)定顆粒內(nèi)燃燒器通過燃燒燃料氣（產(chǎn)生高溫?zé)煵繙囟染鶆颍辉谌紵^程中，灰分作為惰性物質(zhì)，氣來為煤粉燃燒提供較高的加熱速率和氧化劑。實(shí)質(zhì)量保持不變；因?yàn)榄h(huán)境溫度較高，認(rèn)為焦炭燃驗(yàn)所涉及的反應(yīng)工況如表所示。為模擬真實(shí)工

5、業(yè)燒發(fā)生在動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散控制或擴(kuò)散控制區(qū)。煤焦與氧爐膛條件，反應(yīng)器溫度為水蒸汽體積濃度的表面反應(yīng)為。反應(yīng)級(jí)數(shù)為由為。為減少煤粉顆粒間的相互影響和煤粉顆粒反應(yīng)對(duì)環(huán)境氣氛的影響，采用的給粉量。并于給粉量芒故認(rèn)氣流中氧濃度不變。細(xì)等度反應(yīng)模型求解煤粉顆粒在某個(gè)燃盡采用粉末急冷取樣槍收集不同燃盡細(xì)煤焦。，區(qū)間內(nèi)的反應(yīng)速率。進(jìn)而求解焦炭的總體反應(yīng)速率表煙煤的工業(yè)分析和元素分析系數(shù)和表面的反應(yīng)速率系數(shù)顆粒溫度根據(jù)顆粒能量方程進(jìn)行求解：厶丑工業(yè)分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)元素分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)氣干基）干燥灰基—一其中▲；，顆粒的發(fā)射率取，環(huán)境溫度為顆粒表面的一次產(chǎn)物為。〇，故取。根據(jù)求得的煤粉的反應(yīng)速率系數(shù)和顆粒溫表煙煤燃燒試

6、驗(yàn)工況（摩爾分?jǐn)?shù)度，按照丑。進(jìn)行標(biāo)繪，通過擬合直線的截距和斜率求解煤粉燃燒反應(yīng)—的頻率因子。和活化工況能五，?！畡h一■°分析方法▲言采用灰示蹤法計(jì)算煤焦的燃盡度假設(shè)煤粉。；燃盡過程中。：，灰分質(zhì)量不變?nèi)急M度可以表示為▼川。式中，和。。分別為初始煤粉和不圖煙煤在不同工況下的燃盡特性同燃盡度煤焦的干燥基灰分含量。采用灰示蹤法通過下式對(duì)各元素在殘焦中的殘余量進(jìn)行了計(jì)算不同燃盡度煤焦的各元素的釋放率即為（丄不同燃燒工況下的燃燒特性圖顯示了煙煤在常規(guī)空氣燃燒和不同氧：工—〖濃度的富氧燃燒工況下的燃盡度曲線。從圖中可2期黃曉宏等：富氧燃燒條件下煤焦的燃盡特性以看出煤粉在氣氛下燃盡程度要低于氫元素的釋放要

7、明顯快于總的可燃質(zhì)失重率。一氣氛。這與文獻(xiàn)的研究結(jié)果致。而這主要是由于氫元素在煤中主要以羧基、羥基和甲且在本文實(shí)驗(yàn)中，氣氛下氣相溫度略高于基的形式存在。這些邊鏈官能團(tuán)的穩(wěn)定性要遠(yuǎn)小于氣氛。，這說明在高溫高氧濃度條件下高濃度碳元素存在的芳香族官能團(tuán)結(jié)構(gòu)大部分含氫官能抑制了焦炭的燃盡。這可能是由于高溫高氧濃團(tuán)在煤粉脫揮發(fā)分的過程中失去，殘余氫元素在煤度條件下。，氣化反應(yīng)相比于氧化反應(yīng)對(duì)煤焦消耗的焦燃盡過程也較早的