煤流化床富氧燃烧碱金属硫酸盐化的反应机理及其对灰沉积的影响

The sulfation of alkali metals has important influence on ash deposition during the coal combustion. Under oxy-fuel combustion, the recycle flue gas would be accumulated, which result in high concentrations of CO2, SO2 and H2O in the flue gas. The high CO2, SO2, and H2O concentrations in the flue gas all play an important role in sulfation of alkali metal, and then affect the ash deposition under the oxy-fuel combustion. The mechanism of sulfation of alkali metals and its impact on ash deposition under oxy-fuel fluidized bed combustion is unclearly. Therefore further research is needed to systematically study the effect of the high CO2, SO2, and H2O concentrations on the mechanism of sulfation of alkali metals and its impact on ash deposition under oxy-fuel fluidized bed combustion. A tube furnace, oxy-fuel circulating fluidized bed combustion test rig, and CHEMKIN PRO chemical reaction simulation software were used in this study. The results will clarify the homogeneous and heterogeneous reaction mechanism of sulfation of alkali metals, and reveal its mechanism of the impact on ash deposition during the oxy-fuel fluidized bed combustion. This study would provide a theoretical basis understanding for ash deposition characteristics, and promote the application of the oxy-fuel combustion technology.

煤燃烧过程中，碱金属的硫酸盐化对灰沉积有重要影响。在富氧燃烧下，由于再循环烟气的富集作用，烟气中含有高浓度的CO2、SO2和H2O，导致碱金属硫酸盐化的转化路径和反应机理相比空气气氛有明显的区别，从而影响富氧燃烧的灰沉积特性。目前富氧燃烧下碱金属硫酸盐化的反应机理及其对灰沉积的作用机制尚不清楚，需要进行更加深入的研究。本申请以管式炉和循环流化床富氧燃烧试验装置为平台，并结合CHEMKIN PRO化学反应模拟软件，从碱金属硫酸盐化的均相和异相反应两个方面，系统的研究在流化床富氧燃烧下，烟气中高浓度的CO2、SO2和H2O对碱金属硫酸盐化反应机理的影响，进而探索碱金属硫酸盐化对灰沉积的影响机制。阐明流化床富氧燃烧下碱金属硫酸盐化的反应机理；掌握碱金属硫酸盐化的调控手段；揭示碱金属硫酸盐化对灰沉积的影响机制。本申请对于丰富富氧燃烧下灰沉积特性的研究内涵，推动富氧燃烧技术的应用有重要意义。

在富氧燃烧下，由于再循环烟气的富集作用，烟气中含有高浓度的CO2、SO2和H2O，导致碱金属硫酸盐化的转化路径和反应机理相比空气气氛有明显的区别，进而影响富氧燃烧的灰沉积特性。因此，富氧燃烧下碱金属的硫酸盐化的反应机理及其对灰沉积特性的影响机制值得深入的研究。.本项目以管式炉和循环流化床富氧燃烧试验装置为平台，并结合CHEMKIN模拟计算软件，从碱金属硫酸盐化的均相和异相反应两个方面，系统的研究在流化床富氧燃烧下，烟气中高浓度的CO2、SO2和H2O对碱金属硫酸盐化反应的影响，进而阐明碱金属硫酸盐化的均相和异相反应机理。并针对循环流化床富氧燃烧下碱金属硫酸盐化反应特性进行了详细的研究，探索碱金属硫酸盐化对灰沉积的影响机制。研究结果表明：.富氧燃烧将促进碱金属硫酸盐化的均相反应，但抑制异相反应。SO2和SO3浓度的提高，有利于碱金属硫酸盐化均相和异相反应。H2O的存在可以显著提升均相反应，但阻碍异相反应。O2浓度对均相和异相反应的作用基本可以忽略。.准东煤和生物质等高碱燃料在循环流化床富氧燃烧过程中的碱金属硫酸盐化反应有所区别，主要是由于燃料中的碱金属存在形态和Ca等矿物质含量导致。但是提高入口氧气浓度能够促进燃烧过程中碱金属的硫酸盐化反应，而且相比于SO2，SO3更容易与碱金属发生硫酸盐化反应。碱金属硫酸盐化显著的改变了积灰的元素分布，积灰中的Na和Cl含量都大幅度的降低。提高积灰的比表面积和比孔容积，但是对积灰的粒径没有明显的影响。.碱金属硫酸盐化反应后，烟气中NO浓度呈降低趋势，但N2O浓度升高；再循环烟气中的NO可在提升管中被还原，但再循环NO与碱金属之间基本不存在相互作用。.通过本项目的研究，阐明流化床富氧燃烧下碱金属硫酸盐化的反应机理，揭示碱金属硫酸盐化对灰沉积的影响机制，完善了碱金属硫酸盐化对富氧燃烧的影响的基础数据。