油燃料oxy-fuel燃烧特性的试验研究

摘要

Oxy-fuel燃烧技术可提高锅炉燃烧效率，实现污染物一体化协同脱除，同时烟气中CO2浓度高，可用于油田驱油，实现CO2经济性捕集。目前对于oxy-fuel燃烧技术的研究主要集中在煤燃料及生物质燃料方面，而油燃料oxy-fuel燃烧研究报道很少，特别是重油、原油及渣油。因此开展油燃料oxy-fuel燃烧试验，研究该气氛下火焰特性、燃烧特性及动力学参数具有重要意义。本试验在两套oxy-fuel燃烧系统开展研究，从不同角度探究油燃料oxy-fuel的燃烧特性。
　　采用热分析方法开展重油oxy-fuel燃烧特性及动力学参数的研究。研究了升温速率、氧浓度及惰性组分对燃烧的影响，结果表明重油热分析失重过程分为四个阶段:小分子挥发阶段、中小分子低温氧化阶段、大分子氧化热解阶段及剧烈氧化燃烧阶段。升温速率增加使得氧化燃烧阶段失重峰值降低，而热流峰值增大。低温区，氧浓度对重油燃烧特性影响不明显;高温区，氧浓度升高后燃烧过程缩短，DTG及DSC峰值增大。动力学分析表明，快速氧化阶段活化能高于慢速氧化阶段，且活化能随氧浓度升高而降低。单个扫描速率分析结果与多重扫描速率分析结果在低温区域相差较大，高温区域相差不大。
　　由于不同油燃料燃烧具有众多相似之处，因此本文选取工业应用广泛的柴油为研究对象，在80kW试验台开展oxy-fuel燃烧试验，探究油燃料oxy-fuel燃烧特性。相对于重质油试验台，该试验台负荷小，适合开展试验室规模试验。本文对柴油O2/CO2与O2/N2气氛燃烧进行了对比分析。研究了氧浓度及惰性组分对火焰传播、温度场及污染物排放的影响。低氧浓度时，无法实现oxy-fuel稳定燃烧，随氧浓度升高，火焰稳定性增强，更加明亮，温度梯度增大。与O2/N2气氛燃烧的对比表明，相同氧浓度下oxy-fuel燃烧的温度水平较低，火焰传播速度较低，且火焰形态随氧浓度的升高变化不明显。O2/N2气氛燃烧生成的NO量明显大于oxy-fuel燃烧，且随温度升高呈指数增长，CO与SO2浓度维持在较低水平。油燃料oxy-fuel燃烧在氧浓度为31％～33％时可实现与空气燃烧近似火焰温度，所需氧浓度略低于煤燃料oxy-fuel燃烧。