O2/CO2气氛中煤粉燃烧NO与Hg排放特性研究

摘要

煤炭是我国最主要的一次能源，燃煤CO2排放在烟气中占比15％左右，造成的温室效应成为人类面临的重大环境问题之一。近年来O2/CO2富氧燃烧技术得到研究者的广泛关注，该技术可以大幅度提高排烟CO2浓度，实现CO2直接回收利用。目前，关于O2/CO2的研究还处于探索阶段，富氧燃烧作为一种新型燃烧技术，其污染物的排放特性还有待深入研究。本文基于此研究背景，开展了O2/CO2气氛下的煤粉燃烧特性以及该气氛下燃煤NO和Hg的排放特性的实验研究。
　　论文选取徐州烟煤和娄底无烟煤两种煤质作为研究对象，首先开展了O2/N2气氛和O2/CO2气氛下两种煤样的热重分析实验研究。研究发现，O2/CO2中煤粉的燃烧特性区别于常规燃烧。首先，O2/CO2气氛中煤粉着火及燃尽时间延迟，燃烧速率降低，燃尽温度增加，其次，O2/CO2气氛中氧气浓度的增加使得煤粉着火和燃尽温度降低，燃烧速率增加，燃尽时间缩短，此外，O2/CO2气氛的综合燃烧特性指数小于常规燃烧，提高氧气浓度可以增加其综合燃烧特性指数，提高燃烧性能。
　　论文在自行搭建的水平管式炉实验台上，开展了燃烧气氛、燃烧温度、氧气浓度、钙基添加剂以及煤种对燃煤NO排放影响的实验研究。结果发现O2/CO2气氛下煤粉燃烧NO的析出规律与常规燃烧相似，均呈双峰分布，但由于高CO浓度，O2/CO2气氛下NO的生成总量降低;当提高燃烧温度时，两种气氛下的NO排放量均增大，在O2/CO2气氛中温度的影响更为显著;随着O2浓度的降低，CO2浓度相应升高，能促进煤焦表面CO/NO/Char反应，减少NO释放量;煤粉中掺入钙基添加剂后NO的排放量减少，在O2/CO2下的减少率更加明显;含氮量高的煤种其NO排放总量更大，但转化率低。
　　此外，论文也对O2/CO2燃烧技术下燃煤汞的排放特性进行了研究，开展了燃烧温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、钙基添加剂以及煤种对单质汞排放量和汞形态分布影响的试验研究，并探讨其机理。实验结果表明，温度从700℃升至900℃，O2/CO2气氛和常规气氛下的单质汞排放量均随燃烧温度的升高而增大，增幅不是很明显，但温度升高，两种气氛下总汞排放中的单质汞含量皆降低，二价汞含量相应升高;提高O2/CO2气氛中的氧气浓度，单质汞排放量降低，但降低程度随着氧气浓度的增大越来越小，在氧气浓度从10％升至40％过程中，总汞中单质汞组分的含量逐步减小;O2/CO2气氛中，提高CO2浓度使得两种煤的单质汞析出量明显增加，但随着气氛还原性增强，两种煤单质汞的增量逐步减小，随二氧化碳浓度的升高，总汞中单质汞含量明显升高，二价汞含量降低;掺入CaO后，抑制了燃煤单质汞的排放，但在O2/CO2气氛下的抑制效果不如于常规燃烧气氛，CaO的影响和煤中的S/Hg数值相关;且加入CaO后，单质汞组分提高，在O2/N2气氛下，提升效果更明显;对煤种而言，单质汞的析出量主要取决于含汞量，含汞量高的煤种其单质汞析出量更多，煤中的含氯量也可能对汞形态分布有一定影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 燃煤汞污染

1．2．1 汞的危害

1．2．2 汞排放控制技术研究现状

1．3 燃煤NOx污染

1．3．1 NOx的危害

1．3．2 烟气脱硝技术研究现状

1．4 O2／CO2燃烧技术的提出与意义

1．4．1 O2／CO2燃烧技术

1．4．2 O2／CO2技术的研究进展

1．4．3 O2／CO2技术的工业化应用所亟待解决的问题

1．5 小结与展望

第2章 实验装置与设备

2．1 管式炉实验系统

2．1．1 模拟烟气系统

2．1．2 煤粉燃烧系统

2．1．3 烟气分析系统

2．2 其他实验设备

2．2．1 热重分析仪

第3章 O2／CO2气氛中煤粉的燃烧特性

3．1 引言

3．2 实验条件

3．3 实验结果及分析

3．3．1 特征参数的定义

3．3．2 空气和O2／CO2气氛下TG／DTG曲线对比

3．3．3 氧气浓度对煤粉燃烧特性的影响

3．3．4 氧气浓度对煤粉综合燃烧指数的影响

3．4 本章小结

第4章 O2／CO2气氛中煤粉燃烧的NO排放特性

4．1 引言

4．2 实验条件

4．3 实验结果及分析

4．3．1 燃烧介质的影响

4．3．2 燃烧温度的影响

4．3．3 O2浓度的影响

4．3．4 钙基添加剂的影响

4．3．5 煤质的影响

4．4 本章小结

第5章 O2／CO2气氛中燃煤汞的排放特性研究

5．1 引言

5．2 实验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 系统可靠性测试

5．3．2 停留时间的影响

5．3．3 燃烧温度的影响

5．3．4 氧气浓度的影响

5．3．5 二氧化碳浓度的影响

5．3．6 钙基添加剂的影响

5．3．7 煤种的影响

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢