循环流化床燃烧条件下焦碳反应性实验研究

循环流化床（CFB）的燃烧条件和煤粉炉差别较大。本文通过获得在CFB燃烧条件下热解和燃烧过程中的焦碳，对其反应性、乱层碳结构、矿物质催化作用和比表面积等进行了系统研究，指出CFB锅炉和煤粉炉同样存在焦碳乱层碳结构有序化和焦碳反应性下降（失活）现象，并全面分析了焦碳失活的机理。 本文对三种低阶煤和一种无烟煤进行了研究。实验研究排除了煤质不均匀性、粒径和挥发分析出的干扰，同时又处于实际CFB燃烧条件范围内，可以严格控制热解焦碳制备条件。研究发现，焦碳乱层碳结构有序化使低阶煤焦碳反应性随热解温度的增加而降低，矿物质催化作用在高温下的失去会加大反应性下降的速度和幅度。比表面积变化较小，与焦碳失活无关。中低温燃烧下，不同煤中存在的矿物质的催化作用不一样。矿物质催化作用因热解温度的升高而迅速降低，到1200(C以上基本失去，与前人研究相符。 CFB飞灰未燃碳的乱层碳结构有序化程度要比900(C下热解7分钟得到的初焦高。综合看来，未燃碳的平均反应性比初焦要低得多，说明在真正的循环床锅炉中，焦碳活性降低是一个基本事实。飞灰未燃碳由不同比重残碳颗粒组成，其中大比重（＞1.9g/cm3）颗粒占据超过1/4的相当份额，这部分飞灰碳反应性很低，即使再增加其在循环床内停留时间，燃尽仍有难度。这个事实告诉我们，提高循环床锅炉分离器效率或采用尾部静电除尘器飞灰返送以提高燃烧效率的方法是有一定限度的。 高温下不同煤质焦碳结构趋于一致和矿物质催化作用的失去在一定程度上证明了假定活化能不随煤质变化的煤焦燃烧反应动力学通用规律的合理性。但当煤颗粒在中低温下燃烧时，由不同煤质形成的焦碳的乱层碳结构的差别较大，煤中的矿物质所起的催化作用可能很不一样，因而导致不同煤质的焦碳燃烧反应活化能有较大差别。由于这种差别并不反映到煤的工业分析数据中，这时采用通用规律预测焦碳的燃烧速率就可能产生较大的偏差。 本文建立了一个简单的焦碳反应性衰减模型，将此模型用在一个一维的CFB基本模型中，给合在一个小型热态CFB实验台的燃烧实验，考察了模型对飞灰含碳量的预测受焦碳失活的影响。