《高鹼金屬煤O2/CO2燃燒的積灰結渣機理研究》是依託西安交通大學，由王長安擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高鹼金屬煤O2/CO2燃燒的積灰結渣機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王長安
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
新疆準東煤儲量豐富，但其鹼金屬含量高造成在燃燒中易發生換熱面嚴重沾污的問題。O2/CO2燃燒技術作為一種清潔的燃煤發電技術，能實現大規模捕集CO2並顯著降低NOx排放，值得套用於準東的燃燒利用中。但目前對高鹼金屬煤O2/CO2燃燒積灰結渣的機理依然缺乏足夠的認識，嚴重製約了準東煤的大規模清潔利用。本項目以準東煤為主要研究對象，通過實驗、分子建模和ReaxFF模擬研究O2/CO2燃燒中鹼金屬遷移過程及微觀反應機制；利用沿煙氣流動方向溫度連續變化的套管式採樣器研究鹼金屬凝結與積灰特性；採用可控壁溫的單管換熱器研究換熱面結渣過程以及鹼金屬誘髮結渣沾污機理；採用化學熱力學平衡方法模擬分析各種礦物組份在煤燃燒中的轉變規律，最終闡明高鹼金屬煤O2/CO2燃燒的積灰結渣機理。本項目研究將為解決高鹼金屬煤燃燒的換熱面沾污問題提供科學依據，對推動準東煤的清潔、高效、安全利用具有重要的理論價值和工程指導意義。
結題摘要
研發高鹼金屬煤O2/CO2燃燒技術，能夠實現燃煤電站污染物的近零排放，促進新疆準東煤的高效、清潔和安全利用。本項目針對高鹼煤O2/CO2燃燒的積灰結渣機理開展研究工作，通過實驗研究和分子模擬闡明O2/CO2燃燒過程中的鹼金屬遷移規律以及鹼金屬誘發的換熱面沾污特性。本項目研究的主要成果和結論包括：首先，基於大數據分析獲得了高鹼煤煤質參數間的定量關係，準東煤中鈉鈣鐵硫對煤灰熔融過程有耦合作用，定量關係分析能夠進一步深化對煤反應過程中反應性及礦物質遷移內在關係的理解。矽鋁系添加劑主要影響準東煤峰值燃燒速率，而添加劑比例對燃燒特性的影響非單調。與空氣燃燒相比，相同氧濃度下，O2/CO2燃燒會促進準東煤中鈣的釋放，卻有利於鐵的固化，對Na釋放的影響與溫度相關。煤灰中晶體物質的種類主要受到燃燒溫度的影響，而燃燒氣氛的影響很小。其次，本文基於HRTEM圖像數據，提出了一種快速耦合堆垛和孔徑分布的高鹼煤焦大分子建模方法。基於Perl語言開發了相應的建模自編程式Fringe3D和Vol3D，實現了構建具有特定孔徑分布和多種賦存形態Na分布的煤焦大分子模型。相同氧氣濃度下，O2/CO2燃燒條件下的積灰要弱於空氣燃燒，而O2/CO2燃燒中O2濃度的升高加劇積灰現象，準東煤中Fe、Ca元素與鋁矽化合物反應生成低溫共熔體，在高溫下出現粘性較強熔融相。管壁面溫度對積灰趨勢的影響非單調，積灰機理隨著積灰時長會發生變化。最後，空氣和O2/CO2氣氛下準東煤灰熔融溫度幾乎沒有差別，但煤灰的微觀理化特性存在差異。O2/CO2氣氛主要影響到熔融煤灰表面Ba、Na和Ca元素的分布，而O2濃度是影響準東煤熔融灰表面微觀形貌的主要因素。O2/CO2燃燒氣氛下，隨著溫度的升高灰渣中各礦物質相的特徵峰強度逐漸降低，灰渣中的晶相向玻璃態或非晶態物質轉變。灰渣中石英、鈣黃長石和尖晶橄欖石承受高溫能力較強。本項目的開展能夠為控制高鹼煤O2/CO2燃燒積灰結渣問題提供理論基礎。
