煤粉预热对燃烧和氮氧化物影响的实验研究

摘要

我国燃用低挥发份无烟煤时效率低和Nox高是当前我国火力发电行业的两大难题，亟待加以解决。目前国内所提出的各项改进措施虽有效果，但没有根本解决所存在的问题。本论文提出将无烟煤粉在进入煤燃烧器喷口前进行预热处理，使煤粉提前析出挥发份，从而着火提前，反应速率加快，有利于煤粉的着火和燃尽，另外提前脱除挥发份后形成的半焦的反应表面积增大也将有利于着火与改善燃尽，从而可能会提高燃烧效率。另一方面挥发份氮析出，在还原气氛中，NH3和HCN被还原成N2；又由于经加热破坏了煤中含氮官能团比例，也将有利于减少Nox。本文将按照这一思路，从煤粉的挥发份析出特性，半焦结构变化，燃烧动力学特性、含氮官能团、氮氧化物前驱物变化对于Nox排放的影响等方面开展试验研究，探讨了预热程序对于燃烧过程中燃料的着火及燃料的燃烬的影响，以及预热程序对于Nox排放过程的影响。 首先，本文使用BET比表面积分析仪、XRD分析仪、热重分析仪—红外色谱联用分析仪研究了试验煤种的比表面积、芳香片层结构、试验煤种的燃烧特性。结果表明：预热温度在673 K-1273 K之间挥发份组分释放量随热解温度的上升而增加；无烟煤和贫煤的比表面积和孔容积也随之增加，烟煤则表现出与上述两个煤种相反的变化趋势。偏离石墨有序性状态的半焦，反映这个温度区间燃料具有较好的反应性能。热天平燃烧试验也验证了此预热区间燃烧性能的改善。另外预热过程中加热速率变化对热解产物的析出速率影响较大，慢的加热速率更能提高煤粉的热解性能，有利于半焦燃烧性能的提高。 其次，本文利用X射线光电子能谱仪(XPS)研究了煤粉及其煤焦中氮的形态，探讨了煤受热放出挥发分过程中氮的迁移规律。结果表明：预热温度的升高可以提高氮的气相转化率，半焦中残存的含氮化合物减少。预热过程中晋城无烟煤N-Q数量变化50％以上，对晋城煤减排氮氧化物的影响非常明显。HCN和NH3对燃料型Nox的生成起着重要的作用。预热温度较高时，对于减排Nox效果较为明显。