增压流化床O2/CO2煤燃烧及NO/SO2排放特性研究

摘要

在众多燃煤电站CO2捕集技术中，O2/CO2燃烧技术不仅能实现低成本分离回收CO2，还能综合控制燃煤污染物SO2和NO排放，已引起国内外研究者高度关注。但该技术的空分制氧单元和CO2压缩液化单元在高压下运行，而煤燃烧及锅炉换热却在常压下进行，系统压力的先降后升必将大幅度增加过程能耗。增压富氧燃烧技术是基于常压富氧燃烧提出的，即空分制氧、富氧燃烧及CO2捕集全流程均是在压力下运行的，避免了气流在常压富氧燃烧全过程不同单元间切换时的能量损耗;增压条件下，锅炉排烟中水蒸气凝结温度提升，水分潜热得以大量回收利用。目前国内外有关增压富氧燃烧的研究尚处于起步阶段，且绝大多数集中在技术经济性分析，实验研究报导极少。由于增压富氧燃烧反应条件的特殊性，高分压高浓度O2和CO2的存在必然对煤燃烧及气体污染物排放造成很大影响。因此，深入了解压力对O2/CO2气氛下煤燃烧及污染物生成过程的影响将有助于加深对增压富氧燃烧技术的认识。
　　一方面在加压热重分析系统(PTGA)中，对增压O2/CO2气氛下两种典型煤种的燃烧特性进行了实验研究，分析了总压、氧浓度、气氛及粒径等条件对煤燃烧特性的影响，并进行了燃烧反应动力学分析。研究发现，压力对O2/CO2气氛下煤粉燃烧特性的改善因煤种而异，提高压力促使烟煤整体燃烧速率先上升后降低，而无烟煤则呈现单调上升趋势;增压O2/CO2气氛下煤粉的燃烧过程与O2/N2气氛下存在较为明显的差异，相同O2浓度下，O2/CO2气氛下烟煤的挥发分燃烧及残焦的燃尽均滞后;压力提升、氧浓度增加及煤粉细化均可加速煤粉着火，改善煤的燃烧特性;反应动力学计算显示，常压O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应，增压O2/CO2气氛下，提高压力会改变煤粉的反应级数。
　　另一方面在自行设计建造的小型增压富氧流化床实验装置上，考察了压力、气氛和温度等运行参数对煤燃烧后CO、SO2及NO生成的影响，并引入排放峰值和总量两个指标定量评价各实验条件对污染物排放的影响。实验结果表明:典型实验工况下，煤在增压富氧燃烧时O2、 CO、NO和SO2的析出规律和增压空气燃烧时的规律相似，各组分气体均呈现单峰析出;O2/CO2气氛下，提高压力会抑制NO和SO2的生成，表现为NO和SO2的排放峰值和总量会随着压力的增加而降低;无论常压还是加压，21％O2/79％C O2气氛下CO生成量均高于空气气氛下;与空气燃烧相比，同等氧浓度的富氧燃烧NO和SO2的排放峰值和总量均低于前者;O2/CO2气氛下，随着温度的提升，NO和SO2的排放峰值和总量增大，常压时两者增加的幅度要高于加压时。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景及意义

1．2．1 温室效应

1．2．2 CO2捕集技术

1．2．3 增压O2／CO2燃烧技术

1．3 本课题国内外研究现状

1．3．1 O2／CO2气氛下煤燃烧及污染物排放特性

1．3．2 增压流化床煤燃烧及污染物排放特性

1．3．3 增压流化床O2／CO2燃烧技术的提出

1．4 研究目的和内容

1．5 本章小结

参考文献

第二章 实验系统及仪器

2．1 引言

2．2 实验系统

2．2．1 加压热天平实验系统

2．2．2 增压流化床O2／CO2燃烧实验系统

2．3 实验仪器

2．3．1 烟气分析仪

2．3．2 CO2分析仪

2．3．3 定硫仪

2．3．4 元素分析仪

2．3．5 振动筛

2．4 本章小结

参考文献

第三章 增压O2／CO2气氛下煤燃烧特性实验研究

3．1 引言

3．2 实验样品及方法

3．3 实验结果及分析

3．3．1 空白实验

3．3．2 压力对煤粉着火特性影响

3．3．3 氧浓度与粒径对煤粉着火特性影响

3．3．4 综合燃烧特性指数分析

3．3．5 燃烧动力学参数计算

3．4 本章小结

参考文献

第四章 增压流化床O2／CO2煤燃烧及污染物排放特性

4．1 引言

4．2 实验样品及过程

4．3 增压流化床O2／CO2煤燃烧过程分析

4．3．1 典型实验工况分析

4．3．2 压力对污染物释放过程的影响

4．3．3 气氛对污染物释放过程的影响

4．4 增压流化床O2／CO2燃煤NO生成特性

4．4．1 压力的影响

4．4．2 气氛的影响

4．4．3 温度的影响

4．5 增压流化床O2／CO2燃煤SO2生成特性

4．5．1 压力的影响

4．5．2 气氛的影响

4．5．3 温度的影响

4．6 本章小结

参考文献

第五章 全文总结和建议

5．1 全文总结

5．2 进一步工作建议

致谢

作者简介，攻读硕士期间参加的学术活动与发表的论文