【摘 要】
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富氧燃烧技术中空气与烟气分离技术均在高压下完成,而富氧燃烧过程却在常压下运行,系统压力经历“升—降—升”的多变过程,能量损失严重。因此有待开发针对加压燃烧室的燃烧技术,加压O2/H2O燃烧技术被认为是新一代清洁高效利用煤炭发电技术之一。目前针对O2、H2O共存的燃烧环境,焦炭的燃烧特性和其燃烧过程中焦炭转化的认知仍然不足,尤其是在加压的燃烧条件下,还未见到相关的研究报道。本文通过常压和加压O2/H
【基金项目】
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国家自然科学基金(项目编号:51536002)
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富氧燃烧技术中空气与烟气分离技术均在高压下完成,而富氧燃烧过程却在常压下运行,系统压力经历“升—降—升”的多变过程,能量损失严重。因此有待开发针对加压燃烧室的燃烧技术,加压O2/H2O燃烧技术被认为是新一代清洁高效利用煤炭发电技术之一。目前针对O2、H2O共存的燃烧环境,焦炭的燃烧特性和其燃烧过程中焦炭转化的认知仍然不足,尤其是在加压的燃烧条件下,还未见到相关的研究报道。本文通过常压和加压O2/H2O的燃烧实验,结合多种分析测试手段对脱灰煤焦燃烧特性和理化结构变化规律展开研究。明确了压力、水蒸气和温度对焦炭热化学转化和理化结构的影响,及焦炭燃烧过程中其结构和反应性的动态演变规律。常压条件下,利用水平炉和微型流化床实验系统获得了H2O浓度对焦炭燃烧特性的影响规律。富氧条件下,水蒸气浓度超过50%后,其浓度的增加对焦炭转化的促进作用效果不大,20%H2O制备的焦炭700℃燃烧反应性最好;焦炭单颗粒燃烧状态下,在不同的O2浓度区间(5-30%),H2O对焦炭燃烧过程都表现出抑制作用。加压条件下,采用称量法、N2吸附、Raman以及XPS测试手段获得了焦炭在不同工况条件下的碳转化和孔隙结构、碳骨架结构和表面官能团结构的变化规律。热解过程中,压力会抑制挥发分的析出,增加焦炭产率;1.0 MPa焦炭的BET面积最大,压力增加会提高焦炭的石墨化程度,消耗C-O结构。燃烧过程中,H2O会促进焦炭孔隙结构的发展,在H2O浓度为25%时,其BET面积最大,本征反应性最好。同时H2O浓度增加会提高焦炭的石墨化程度,促进脂肪C-O的生成。在10%O2/25%H2O气氛条件下,进行了不同压力、不同温度和停留时间的实验。获得了燃烧条件下压力和温度对焦炭热转化特性的影响。对于燃烧工况,1.0 MPa焦炭BET面积最大,900℃以下,焦炭碳转化对温度不敏感。900℃以上焦炭孔隙会有明显的发展。燃烧压力、温度和停留时间都会促进焦炭芳香环的缩聚,提高焦炭石墨化程度。
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