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《华北电力大学》 2015年
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高温固定床煤粉燃烧特性及污染物排放实验研究

乔木森  
【摘要】:煤炭是重要的化石能源,长期以来煤炭在人类能源结构中起着重要的作用。据我国的能源现状,煤炭在我国能源消费中的主要地位在近期内将不会发生改变。然而煤炭的大量燃烧会造成严重的环境问题。为了更加高效、环保的利用煤炭资源,因此对煤炭燃烧以及污染物排放的研究具有深远的意义。热天平(TGA)是最常用的研究煤粉炉内燃烧特性的设备。但由于设备本身需要逐步升温的局限性,不能得到特定温度下煤粉的燃烧动力学(升温过程中燃烧完毕),同时煤粉炉内温度可达1400℃以上。实际炉膛环境,除燃烧器出口出氧气浓度较高(21%),其他区域会出现氧气浓度不均、偏低的情况。本文自制恒温热重实验台,模拟炉膛环境,研究了在模拟燃烧器出口高氧气浓度(空气气氛)和高温低氧气氛煤粉的燃烧特性,并同时测量了NO和SO_2生成情况。结果显示:煤粉突然置于高温环境中,失重曲线存在一个“转折”,且随煤化程度的降低这一现象更加明显。空气气氛下随温度提高,燃尽时间缩短,有更多的挥发分析出,但当温度到达1450℃时再提高温度,挥发分析出量增加有限。高温空气气氛下随煤化程度的增加,NO累积排放量逐渐增大;随温度升高,NO瞬时释放峰值增加,NO释放加快,但温度的提高对燃料型NO累积排放量影响有限。1250℃-1550℃高温空气气氛下SO_2生成主要呈现双峰形态,SO_2累积排放量随温度的升高,呈现略微下降的趋势。低氧气浓度气氛下1300℃以上时温度对反应初期的燃烧特性影响较小,1300℃相比于800℃,提高相同氧气浓度时反应速率增加量减小,高温低氧气氛下煤粉燃烧反应初期当水蒸气浓度达到一定值(10%)时其对挥发分析出、燃烧的促进作用较为明显,当气氛中CO2浓度增加到15%后,继续增加CO2浓度使得燃烧速率降低。低氧情况下随温度的提高NO瞬时生成峰值前移、升高,NO释放集中于前期;氧气浓度越高,NO的释放越集中于前期,即挥发分型NO比例越大。高温低氧情况下煤阶高,NO的异相还原作用较弱,NO累积排放量大;高温低氧气氛中一定浓度范围内水蒸气和CO2的存在可以减少NO排放。将煤粉突然置于高温环境,低氧(5%O2)情况下,SO_2释放速率曲线在恒温800、1000℃为单峰形式,1200、1400℃为双峰形式,且随温度的增加峰值增加;SO_2瞬时释放曲线峰值形态主要由温度决定,但受高浓度CO2的影响;高温1400℃,O2浓度的提高使得更多SO_2在焦炭燃烧阶段释放;高温低氧情况下随CO2浓度的增加,SO_2初始释放峰值先增加后减小,同时当气氛中CO2浓度为45%时,SO_2释放速率曲线为单峰形态。
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X77;TK16

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