《耦合礦物演化和煤焦物化特性研究煤的燃燒和成灰機制》是依託華中科技大學，由劉小偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：耦合礦物演化和煤焦物化特性研究煤的燃燒和成灰機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉小偉
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氧/燃料燃燒是近年來公認的煤的清潔、高效利用特別是溫室氣體CO2減排的關鍵技術，並被廣泛認為是極具競爭力和套用前景的常規燃煤電廠特別是現役電廠改造控制CO2 和其它污染物排放的新型先進燃燒技術。本項目擬通過研究煤粉特性和燃燒工況對煤粉燃盡行為的影響，探索高濃度CO2與焦碳表面的氣化反應對煤粉燃燒的影響。基於煤焦的物理結構（孔隙、比表面積等）、化學特性（焦的反應性、焦產率），利用統計學和圖形學相結合的方法，揭示氧/燃料燃燒方式下煤粉燃燒和成灰機理的中間過程。利用計算機控制掃描電鏡（CCSEM）的逐粒分析技術，獲取礦物質的真實非均一分布信息，結合浮沉實驗方法，揭示內/外在礦物質的演化機理。通過本項目的研究，獲得實際複雜燃燒體系中氧/燃料燃燒方式下煤粉燃燒特性和成灰過程規律。
結題摘要
本文主要針對煤粉在氧/燃料燃燒情況下，重點探索煤粉的燃盡行為、礦物質的轉化行為、氣化反應以及鈉對焦的物理結構特點和化學反應性、Fe以及Ca對N的釋放規律和遷移機制。主要研究結論如下： (1) 在氧/燃料燃燒的初始階段，高濃度的CO2會影響到煤焦的轉化速率，並且，CO2存在所帶來的氣化反應會極大地改變煤焦的結構。 (2) 同氧濃度和試驗溫度下，氧/燃料燃燒方式下與傳統空氣燃燒方式下，煤粉的燃盡率相近。 (3) Char_CO2的焦產率明顯要高於char_N2，這種現象對褐煤更加明顯。在CO2氣氛中，氣化反應是一個非常重要的因素。同時，在CO2氣氛下，對煙煤以及褐煤，Na-form coal的焦產率相比於H-form coal分別下降了5%和3%。比較煙煤的熱解和氣化過程，char_CO2的比表面積和孔隙結構明顯要強於char_N2。利用熱重分析焦的反應時，焦的燃燒處於動力控制區，結果表明，四種工況下的煙煤焦的反應性指數基本相等。不過，對褐煤焦，不論是H- form coal 還是 Na-form coal，char_CO2的反應性均要強於char_N2。char_CO2中較多的非機礦物(如添加的鈉)以及其本身更高的表面積是引起char_CO2反應性較高的重要因素。 (4) O2/CO2氣氛和O2/N2氣氛下煤中的內在礦物質和外在礦物質的反應結果相同，生成的灰顆粒中的礦物質種類完全一樣，並沒有新的產物，但是礦物質的相對含量有輕微變化。 (5) Fe的加入會增加NO的轉化率，並且隨著反應的進行，其作用會極劇增加，直至其轉化成比較穩定的狀態，同時，在氧/燃料燃燒方式中，Fe對NO轉化提高的效果更為明顯。 (6) 在煤以及去除礦物質的煤的熱解中，Ca都會極大影響含氮組分的分布，同時，CO2也會對這一過程中NO的形成造成影響。Ca對HCN以及NH3形成的影響取決於Ca的形式以及添加Ca的含量。大多數情況下，在Ar氣氛下，Ca的加入會減少HCN以及NH3的形成，但在N2氣氛下，效果卻相反。在CO2氣氛下，Ca的加入對HCN促進作用不是很明顯。而在CO2氣氛下，因為NH3會和CO2會發生反應而轉化成其他形式，故沒有NH3的形成，並且，隨著Ca量的增加，NO的濃度極劇減少，這些現象表明Ca不僅僅會改變熱解過程，亦會對氣化反應有所影響。在N2和Ar氣氛中，Ca的加入會增加焦N的產生。
