基于循环流化床预热的无烟煤燃烧特性研究

本项目以循环流化床实现无烟煤的快速预热为突破口，构建基于循环流化床预热的无烟煤燃烧系统，解决制约无烟煤着火困难、燃烧稳定性差的技术瓶颈，拓宽锅炉对无烟煤的适应性。通过实验研究与理论分析，探索循环流化床内无烟煤放热与吸热的能量及质量平衡关系，阐释循环流化床实现无烟煤预热的内在机制，建立无烟煤预热可强化着火和燃烧的物理依据；鉴于无烟煤预热温度高于800℃，探索煤的着火模式与煤粉预热温度、煤的着火热及燃烧环境的关联关系，揭示无烟煤预热燃烧的着火机制，分析无烟煤预热燃烧中能量释放过程及煤中碳的析出和转化规律，提出无烟煤预热的高效稳定燃烧机理；基于无烟煤预热燃烧中含氮的气体物质及固体样品中氮的变化行为，剖析煤氮向氮氧化物的转化规律，形成控制氮氧化物排放的基本方法。研究成果将为无烟煤的稳定、高效、洁净燃烧提供理论基础和新的技术方案，具有重要的学术研究价值和工程应用前景。

无烟煤因挥发分含量低、固定碳含量高，具有着火困难、稳燃能力差和氮氧化物排放高的技术缺陷。本项目依据预热强化燃烧的基本理论，从燃烧原理出发，研究无烟煤粉预热燃烧特性和煤氮向氮氧化物的转化过程，揭示无烟煤粉预热机制，探索预热燃料清洁高效燃烧方式，阐释煤粉预热燃烧中煤氮转化机理及控制策略，实现无烟煤粉稳定、高效燃烧和低氮氧化物排放的融合统一。. 研究结果表明，在通入循环流化床的空气量为理论燃烧空气量的20%~30%时，无烟煤粉在循环流化床中部分燃烧所释放的化学热可预热无烟煤粉到800℃以上。同时，通入循环流化床的空气转化为含有CO和H2的煤气成分。无烟煤粉在循环流化床预热过程中，内孔孔径变小，比表面积和孔体积增大，预热燃料的颗粒特性发生变化，有利于预热燃料的高效稳定燃烧。. 无烟煤粉在循环流化床中的预热温度超过800℃，预热燃料进入下行燃烧室后，与加入的空气发生均匀、高效的燃烧反应。下行燃烧室温度分布均匀，最高火焰温度为1213℃，温差为210℃，没有局部高温区和局部低温区。预热燃料的燃烧处于动力学控制和扩散控制的混合控制区。无烟煤粉的燃烧效率达到96.5%。. 无烟煤粉预热燃烧系统中，煤氮分别在循环流化床和下行燃烧室析出转化。在循环流化床预热中，煤氮析出后向HCN、NH3和N2转化，煤氮向N2的转化比约15%。预热燃料在下行燃烧室的最高温度低于1500℃，有效抑制了热力型氮氧化物的生成；下行燃烧室通过分级配风创建了还原性区域，控制了煤氮向氮氧化物的转化。在三次风从下行燃烧室的600mm处供入燃烧室时，无烟煤粉预热燃烧的NOx排放为256mg/Nm3，煤氮向氮氧化物的转化比为24.3%。而常规燃烧方式下，无烟煤燃烧的煤氮向氮氧化物转化比为40~70%。. 鉴于循环流化床预热温度为850-950℃之间，探索了石灰石的添加对无烟煤预热燃烧中硫氮转化的相互影响。. 通过本课题的系统深入研究，揭示了无烟煤粉在循环流化床中的预热机制，阐释了预热燃料燃烧特性和氮氧化物生成控制机理，完成了基金研究内容，取得了重要研究成果。