富氧燃烧条件下煤焦燃尽特性

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1、第卷第期工程热物理学报年月富氧燃烧条件下煤焦的燃尽特性黄晓宏皮理刚柳朝晖张泰卢兴郭军军郑楚光华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，武汉摘要本文利用平面火焰携带流反应器研究了烟煤在富氧燃烧条件下的燃烧实验。采用灰示踪法分析煤焦的燃尽—和元素释放特性：，并采用等密度模型计算了基于氧化反应的表观反应动力学参数。研究结果表明煤粉在富氧燃烧条件下的燃尽慢于空气燃烧；富氧燃烧条件下，煤焦与的气化反应会导致煤焦表面对的化学吸附，进而导致氧元素释放速率减慢；高氧浓度条件下高浓度对煤焦燃尽的抑制作用大于气化反应对煤焦燃尽的促，进作用，降低环境氧浓度可以逐步提髙气化反应对煤焦燃尽的贡献，关键词富氧燃烧；燃尽特性；元

2、素释放；表观反应动力学中图分类号：文献标识码：文章编号：—前言富氧燃烧技术是一种被电力工业界所关注的大和气氛下烟煤焦、褐煤焦和合成焦规模捕集的新型燃煤发电技术。该技术用高纯在不同氧浓度下的燃尽特性。等在携带流度的氧代替助燃空气，同时采用烟气循环调节炉膛反应器上采集了煤焦在和气氛下一内的介质流量和传热特性。，可获得高浓度的烟的碳转化率曲线但相关研究并没有得到致的结气。在热物性上和存在着巨大的不同，且，这使论相关反应动力学的参数都是在热重装置上得得富氧燃烧完全不同于常规空气燃烧。到的，煤粉状态和反应条件均与实际煤粉锅炉有较国外学者针对煤焦在富氧燃烧条件下的燃尽过大差异。⑵程展开了广泛研究。等在热

3、重分析仪上本文选用实验室尺度最接近工业炉膛的平面火开展了和气氛下的常压和增压热焰携带流动反应器，研究了中国典型烟煤在重实验等在单颗粒条件中研究了高温和气氛下的燃烧下燃尽过程，并通过沿程收稿日期‘修订日期：；基金项目，国家自然科学基金重大项目国家科技支撑计划（国家国际科技合作专项项目（作者简介：黄晓宏，：（男湖北荆门，博士研究生，主要从事煤粉燃烧过程机理及新型燃烧方式的研究通信作者柳朝晖，教授，442工程热物理学报卷燃尽度曲线求解了煤焦在不同工况下的表观反应动式中，而和分别表示元素在不同燃尽度焦和力学参数。原煤中的含量；表示在该取样位置固相的残余量；和分别代表原煤和不同燃尽度煤焦中头验方法的灰

4、分含量实验装置及工况本文假设高浓度等对煤粉燃尽的影响，都本文实验选用粒径为的烟煤体现在对煤焦氧化反应速率的影响上。定量分析这，其刘■煤胃不同工氧反的表工业分析及元素分析如表所示。平面火焰携带流反观反应动力学参数进行了求解。为求解过程中】，假应器被用于开展煤粉的燃尽实验。该反应器的主一：煤焦颗粒为球形，其平均粒径为设；由要部件为个修改后平面火焰燃烧器，该于煤粉颗粒尺寸较小，则数较小，故认定颗粒内燃烧器通过燃烧燃料气（产生高温烟部温度均匀；在燃烧过程中，灰分作为惰性物质，气来为煤粉燃烧提供较高的加热速率和氧化剂。实质量保持不变；因为环境温度较高，认为焦炭燃验所涉及的反应工况如表所示。为模拟真实工

5、业烧发生在动力学扩散控制或扩散控制区。煤焦与氧炉膛条件，反应器温度为水蒸汽体积浓度的表面反应为。反应级数为由为。为减少煤粉颗粒间的相互影响和煤粉颗粒反应对环境气氛的影响，采用的给粉量。并于给粉量芒故认气流中氧浓度不变。細等度反应模型求解煤粉颗粒在某个燃尽采用粉末急冷取样枪收集不同燃尽細煤焦。，区间内的反应速率。进而求解焦炭的总体反应速率表烟煤的工业分析和元素分析系数和表面的反应速率系数颗粒温度根据颗粒能量方程进行求解：厶丑工业分析（质量分数元素分析（质量分数气干基）干燥灰基—一其中▲；，颗粒的发射率取，环境温度为颗粒表面的一次产物为。〇，故取。根据求得的煤粉的反应速率系数和颗粒温表烟煤燃烧试

6、验工况（摩尔分数度，按照丑。进行标绘，通过拟合直线的截距和斜率求解煤粉燃烧反应—的频率因子。和活化工况能五，。‘删一■°分析方法▲言采用灰示踪法计算煤焦的燃尽度假设煤粉。；燃尽过程中。：，灰分质量不变燃尽度可以表示为▼川。式中，和。。分别为初始煤粉和不图烟煤在不同工况下的燃尽特性同燃尽度煤焦的干燥基灰分含量。采用灰示踪法通过下式对各元素在残焦中的残余量进行了计算不同燃尽度煤焦的各元素的释放率即为（丄不同燃烧工况下的燃烧特性图显示了烟煤在常规空气燃烧和不同氧：工—〖浓度的富氧燃烧工况下的燃尽度曲线。从图中可2期黄晓宏等：富氧燃烧条件下煤焦的燃尽特性以看出煤粉在气氛下燃尽程度要低于氢元素的释放要

7、明显快于总的可燃质失重率。一气氛。这与文献的研究结果致。而这主要是由于氢元素在煤中主要以羧基、羟基和甲且在本文实验中，气氛下气相温度略高于基的形式存在。这些边链官能团的稳定性要远小于气氛。，这说明在高温高氧浓度条件下高浓度碳元素存在的芳香族官能团结构大部分含氢官能抑制了焦炭的燃尽。这可能是由于高温高氧浓团在煤粉脱挥发分的过程中失去，残余氢元素在煤度条件下。，气化反应相比于氧化反应对煤焦消耗的焦燃尽过程也较早的