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《哈尔滨工业大学》 2013年
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富氧条件下典型煤种燃烧特性的研究

刘皎月  
【摘要】:煤粉的富氧燃烧产生的烟气中,CO_2所占的体积分数能够达90%以上,有利于碳的捕捉及储存;此外富氧燃烧技术对于NO_X、SO_2等污染物的联合脱除也有较好前景。因此研究典型燃用煤富氧条件下的燃烧特性对开发和应用富氧燃烧技术有重要意义。焦炭的燃烧在煤粉燃烧过程占有的时间最长,是一个重要的环节,然而目前制焦的条件和研究焦炭燃烧的手段不统一。本文研究不同条件下所制取煤焦的差异,并针对能够模拟真实煤粉燃烧气氛中制取的煤焦作了燃烧特性的研究,求得焦炭的燃烧动力学参数。 本文选取了两种典型烟煤:大同烟煤和神华烟煤,在恒温携带流反应器和高温携带流反应模拟器上共制取了不同热解条件下的14种煤焦。利用灰守恒法分析不同煤焦的挥发分释放率以及固定碳转化率,研究表明两种实验系统中,煤焦热解过程中随着挥发分释放率的提高,固定碳的转化率均相应提高。恒温携带流反应器中热解气氛和煤种对挥发分释放率的影响不明显,高温携带流反应模拟器所制得煤焦比恒温携带流反应器中的挥发分释放率低,最大差值高达44.46%,而且固定碳的转化率也比较大。通过压汞仪对原煤和煤焦的孔隙结构进行了分析,研究结果表明两种制焦方式下煤焦的孔隙结构有很大差别。恒温携带流反应器中所制取的煤焦发生石墨化使得部分微孔转变成中孔和大孔,所以煤焦的比表面积减小了,孔容积主要是由10000nm以上的大孔构成。高温携带流反应模拟器所制得煤焦则表现为5000nm~12000nm之间的大孔占的比例很大,比表面积峰值提高了2倍多,但孔容积峰值较小。恒温携带流反应器中制得的煤焦发生石墨化,对煤焦的反应性有很大影响,综合考虑两个实验系统中煤粉热解的热解温度、气氛以及停留时间的差异,得出高温携带流反应模拟器中的热解环境更接近真实炉膛内煤粉的热解过程。 接着在高温沉降炉上,研究了富氧气氛下初始O_2/CO_2体积比和温度的变化对煤焦燃烧速率以及燃尽率的影响,煤焦在高温携带流反应模拟器上制取。研究结果表明:煤焦燃尽率随着停留时间的增加呈增大趋势,且增大的幅度不断减小;相同停留时间下煤焦颗粒的燃尽率随着氧浓度和温度的升高而升高,随着煤焦颗粒燃烧反应的进行,这种影响将变得不明显。随着初始氧体积分数的提高平均反应速率有不同程度的提高,但是当氧的体积分数大于30%时这种趋势变缓。随着炉内温度的增加,平均反应速率有明显的增加,使煤焦在一定时间内能更充分地燃尽,高温下氧体积分数对平均燃烧速率的影响变小。富氧条件下煤焦的指前因子随着O_2体积分数的增加由3488.53减小至1669.17。由于煤焦的活化能仅与煤焦本身的性质有关,所以初始氧体积分数对煤焦的活化能的影响不大。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ534

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