富氧燃烧条件下多阶煤混燃过程中的热质反应耦合影响机制研究

Oxy-fuel combustion with carbon-containing solid fuel blends is one of effective methods for clean and high-efficiency utilization of carbon-containing solid fuels and CO2 capture. In the present project, influence mechanism of high-concentration CO2 atmosphere with H2O(g) on the combustion of wide-rank coal blends coupling heat and mass transfer and chemical reaction will be investigated under oxy-fuel combustion conditions by using laboratory- and large-scale experiments and numerical simulations. Influence of component coal properties (coal quality and particle size), reaction conditions (temperature, oxygen concentration, stoichiometric ratio and time), blending methods (out-furnace and in-furnace blending) and blending ratio on the ignition, burnout and NOx emission characteristics of coal blends combustion will be analyzed in detail. Based on the above, optimal strategy will be developed to conduct the synergetic optimization of burnout and NOx emission for wide-rank coal blends combustion under oxy-fuel combustion conditions. The present study can not only enrich the theories in the fields of both oxy-fuel combustion and carbon-containing solid fuel blends combustion, but also provides theoretical evidences for the optimal strategy of carbon-containing solid fuel blends combustion under oxy-fuel combustion conditions.

富氧燃烧条件下的含碳固体燃料混燃将是实现含碳固体燃料清洁、高效利用和CO2捕集的有效方法之一。本项目通过不同尺度下的实验与数值模拟，在富氧燃烧条件下，研究含H2O(g)高浓度CO2气氛对多阶煤混燃过程的传热传质与化学反应耦合影响机制，分析组分煤特性(煤质特性与粒径)、反应条件(温度、氧浓度、化学当量比和时间)、掺混方式(炉外掺混和炉内掺混)及掺混比等对混燃着火、燃尽和NOx排放特性的影响。基于此，发展富氧燃烧条件下的多阶煤混燃优化策略，实现混燃过程中燃尽和NOx排放的协同优化。该研究不仅可丰富富氧燃烧和固体燃料混燃领域的理论，还可为富氧燃烧条件下含碳固体燃料混燃优化策略提供理论依据。

富氧燃烧条件下的含碳固体燃料混燃将是实现含碳固体燃料清洁、高效利用和CO2捕集的有效方法之一。与空气气氛相比，在富氧气氛下，气体物性的改变、煤焦气化反应的存在等会影响传热传质和化学反应过程，进而对混煤燃烧及NOx排放产生复杂的影响。项目研究发现了多阶煤混燃过程中着火促进和燃尽抑制两种交互作用的竞争决定了最终燃尽特性,炉内掺烧方式下多阶煤混燃过程中促进与抑制作用会弱于炉外掺烧方式,挥发分含量差异越大交互作用明显,延迟混合时间会显著改变混煤燃尽程度；提出了着火促进与燃尽抑制的评价指标，揭示了挥发分燃烧对混煤着火促进和燃尽抑制都起到了主导作用，获得了富氧气氛下CO2以及H2O对混煤着火促进和燃尽抑制影响的规律。进一步地，基于实验与数值模拟，研究了混煤燃烧过程中传热传质与化学反应耦合作用机制，阐释了高浓度CO2气氛下气体物性参数和Char-CO2反应等对混煤着火促进和燃尽抑制的影响；基于建立的数值模型开展了富氧气氛下配风方式、入炉氧量、掺混方式等对锅炉混煤燃尽的影响及优化研究。该研究不仅可丰富富氧燃烧和固体燃料混燃领域的理论，还可为富氧燃烧条件下含碳固体燃料混燃优化策略提供理论依据。