煤粉流態化預熱氣態組分CO/CO2生成轉化特性研究

劉玉華，劉敬樟，呂清剛，朱建國,朱書駿,3

(1.中國科學院 工程熱物理研究所，北京 100190；2.中國科學院大學，北京 100049；3.中國科學院力學研究所，北京 100190)

0 引 言

目前，煤炭在我國能源分配中仍占主要地位，煤炭燃燒利用占煤炭消費量比重超過80%[1]。盡管煤粉鍋爐性能已較大提升，仍存在燃料適應性不足、氮氧化物(NOx)排放高等問題。對此，中國科學院工程熱物理研究所提出通過燃料在循環流化床中預熱，再將預熱后的燃料送入爐內進行高效燃燒，以解決燃料適應性問題并實現深度降氮[2-4]。在煤粉燃燒工業應用中，除傳統的空氣氣氛燃燒外，富氧燃燒技術作為一種有效的清潔燃燒技術同樣受到國內外廣泛關注[5-6],通過在氧氣比例高于空氣氧氣含量(21%)的氣體中燃燒，借助煙氣再循環等技術實現燃燒效率提高和NOx排放降低。富氧燃燒技術涵蓋空氣富氧燃燒(O2/N2)及富氧燃燒(O2/CO2)等燃燒類型。

在循環流化床預熱系統中，燃料流態化預熱后的煤氣氣態組分既反映預熱過程的燃料改性強度，又影響后續改性燃料燃燒的燃燒效率和污染物排放水平。因此，燃料流態化預熱后的煤氣成分分析是控制燃料轉化和低NOx排放的關鍵之一。燃料預熱后的氣態組分主要包括CO、CO2、CH4、H2、HCN、NH3、N2等，其中CO與CO2為焦炭燃燒的主要產物，其比值能反映預熱過程中氣化與燃燒反應的相對強度。前人對焦炭燃燒模型開展了諸多理論與試驗研究，并得到多種動力學模型及參數[7-11]。Christopher等[7]對碳高溫氧化過程中CO2/CO比例進行研究，并構建多孔顆粒燃燒模型，研究表明氧氣擴散阻力在溫度大于1 050 K時變得更加重要。……