贫氧富燃料条件下CO及O2浓度对煤焦-NO反应机理的影响规律

The combustion stage with oxygen-lean and fuel-rich condition exists when adopting low-NOx combustion technology. Under oxygen-lean and fuel-rich combustion condition (N2/CO2/CO/O2), the heterogeneous reaction between char and NO is a key factor to NO emission. Different coals (Fengfeng anthracite, Yangquan anthracite, Shanxijinzhong lean coal, Shenhua bituminous, Datong bituminous, Huolinghe lignite and Yuanbaoshan lignite) will be prepared to chars in a 0.5MW swirl pulverized coal combustion system, which fills in the blank of char particle evolution data in the dynamic reaction by char in the world. Under oxygen-lean condition, the influence of CO and O2 concentration on the variation of physical structure and chemical structure (functional groups including C, N, O elements) on char surface will be investigated in a high-temperature laminar Drop Tube Furnace. It reveals the competition mechanism of CO and O2 concentration on the heterogeneous reaction between char and NO, in order to provide theoretical basis of intensifing de- NOx of the heterogeneous reaction between char and NO modification methods in the low NOx combustion system.

在采用低NOx煤粉燃烧技术时，在燃烧过程中都会存在贫氧富燃料的燃烧阶段。煤焦-NO在贫氧富燃料条件下（N2/CO2/CO/O2）的异相反应是影响煤粉燃烧NO生成量的关键因素。本项目利用0.5MW旋流立式热态试验台直接从炉内抽取不同煤质（峰峰无烟煤、阳泉无烟煤、山西晋中贫煤、神华烟煤、大同烟煤、霍林河褐煤、元宝山褐煤）的煤焦，深入分析动态反应过程中煤焦内部结构的变化规律，弥补在这一方向研究不足的现状。利用高温沉降炉，在贫氧气氛下，研究CO、O2浓度对煤焦-NO反应过程中煤焦表面物理结构变化和化学结构（含C、N和O化学官能团）迁移转化的影响规律，获得O2、CO的不同配比影响煤焦–NO反应的竞争机制，为建立强化煤焦–NO反应的炉内低NOx燃烧方法提供理论依据。

在采用低NOx煤粉燃烧技术时，在燃烧过程中都会存在贫氧富燃料的燃烧阶段。煤焦-NO在贫氧富燃料条件下（N2/CO2/CO/O2）的异相反应是影响煤粉燃烧NO生成量的关键因素。本项目利用0.5MW旋流立式热态试验台，通过对炉膛内不同位置的局部平均烟气组分（O2、CO、NO），烟气温度，焦炭燃尽率和元素（C、N）释放率的测量及分析，研究了主燃区低化学当量比条件下化学当量比，内、外二次风比例（RSA）、旋流燃烧器内、外二次风扩口对燃烧器主燃区的煤粉燃烧过程及NO生成过程的影响，同时考察了低化学当量比对煤粉着火性能、火焰中心位置及近燃烧器区域水冷壁结渣倾向的影响。为准确描述低化学当量比下的焦炭燃烧及NO生成过程，提出了界定旋流煤粉火焰中富燃料区域的方法；定义了衡量释放出的N元素被转化为NO程度的参数，在综合考虑煤粉燃尽以及NO排放的基础上，得出了主燃区最佳的化学当量比。同时，将所得到的主燃区最佳过量空气系数已应用于3台600MW墙式对冲锅炉和2台300MW W火焰锅炉低氮氧化物技术改造，并研究了不同锅炉负荷，内、外叶片角度，燃尽风率，主燃区风量分配对无烟煤、贫煤燃烧及NOx生成特性的影响。.在褐煤研究方面，以从恩德气化炉的霍林河褐煤飞灰、神华褐煤飞灰，实验室制得的神华褐煤煤焦为研究对象，使用热天平探究了不同升温速率下该样品与CO2气化反应规律。采用分布活化能Miura积分法对以上样品进行了气化反应动力学分析，得到了以上样品最大活化能。同时，采用3阶高斯分布活化能模型对以上样品进行气化反应动力学分析，3阶高斯分布活化能模型拟合时能分别表现出一次热解、二次热解、煤焦气化三个阶段。最后，采用热重分析法研究了烟煤及煤焦在CO2气氛下气化反应特性并用分布活化能Miura积分法和3阶高斯分布活化能模型对其进行气化反应动力学分析。