富氧气氛下生物质/煤恒温混燃特性及NO、SO2释放规律

生物质/煤混燃与富氧燃烧技术均有助于CO2减排,探索两种技术结合对于缓解目前能源紧张和温室效应有重要意义。目前相关研究多采用逐步升温TGA方法,这与实际恒温燃烧情况存在较大出入。本文在改进的恒温热重实验台上对富氧气氛下生物质/煤混燃特性和NO、SO2释放规律进行了研究。此外,生物质挥发分含量远大于煤,掺烧生物质对煤燃烧特性的影响主要体现在挥发分对焦炭的影响上,故对挥发分、焦炭燃烧两阶段的耦合作用也进行了探索。结果表明:恒温燃烧过程中,挥发分对煤焦燃烧同时存在促燃作用和“抢氧”作用。随着温度降低,挥发分对焦炭的促燃作用增强,“抢氧”作用减弱。随着煤阶的降低,挥发分对焦炭燃烧的促燃作用和“抢氧”作用均增强。随着氧浓度降低,挥发分燃烧和焦炭燃烧段出现分离趋势。恒温下玉米芯/煤混燃经历了挥发分快速析出燃烧段和焦炭稳定燃烧段。气氛变化对挥发分析出燃烧段的影响不大。在21%O2浓度下,相比空气气氛,样品在富氧气氛下燃尽时刻略有延迟。随着环境氧浓度的提高,焦炭的平均失重速率增大。随着玉米芯掺混比的增加,玉米芯对煤粉促燃作用增强。随着煤阶降低,玉米芯对煤的促燃作用减小。随温度升高,掺混玉米芯对三种煤的促燃作用降低,其中以印尼煤最为明显。掺混三种生物质后,样品燃尽时刻均明显提前,其中掺混玉米芯的样品燃尽时刻最短。在21%O2浓度下,阳泉煤掺混20%玉米芯样品在富氧气氛和空气气氛下的NO和SO2瞬时生成曲线均出现了双峰。富氧气氛下的NO和SO2总释放量均小于空气气氛。随着氧浓度升高,NO瞬时生成曲线由双峰变为单峰,样品NO和SO2总释放量增大。在30%O2/CO2气氛下,煤、生物质及混合样品的NO瞬时释放曲线只有玉米芯出现了明显的双峰,而各样品的SO2瞬时生成曲线均出现一个剧烈释放峰和一个平缓释放峰。随着玉米芯掺混比的增加,NO和SO2总释放量呈下降趋势。随着温度升高,样品NO和SO2总释放量均增大。三种煤在掺混玉米芯后,NO和SO2总释放量均有不同程度的降低。阳泉煤在掺混三种生物质后NO和SO2总释放量均有下降。建立了适用于玉米芯/煤恒温富氧燃烧的双组分分阶段反应动力学模型。模型求得的参数能体现挥发分和焦炭燃烧两阶段反应机制的差异及两阶段的燃烧难易程度。不同温度、氧浓度、生物质掺混比和煤种下,利用该模型得到的模拟值和实验值均能良好拟合。