Clean Coal and Energy
Vol.
06
No.
04
(
2018
), Article ID:
27856
,
7
pages
10.12677/CCE.2018.64004
The Effect of Different Pulverized Coal Diameter Ratio on the Emission Concentrations of CO and NO with Oxy-Fuel Combustion
Chaoqun Zhou, Yongchun Sun, Bao Zhang, Dianfu Liu*
School of Energy and Environment, Anhui University of Technology, Ma’anshan Anhui
Received: Nov. 16th, 2018; accepted: Nov. 28th, 2018; published: Dec. 5th, 2018
ABSTRACT
The pulverized coal combustion experiments were conducted in the lab-scale tube furnace. The real-time on-line measurement system was adopted to measure the CO and NO emission concentrations during the combustion processes. The effects of different pulverized coal particle diameter ratio on CO and NO concentrations were investigated. The experiment results showed that the peak value of CO concentration increased with the increase of the fine particle mass fraction. The increasing of the fine particle mass fraction scarcely affected the peak value of NO concentration. While the total NO emission value decreased with the increase of the fine particle mass fraction.
Keywords:Tube Furnace, Oxy-Fuel Combustion, CO and NO Emission
富氧燃烧不同煤粉粒径配比对CO、NO浓度 影响
周超群,孙雍春,张保,刘典福*
安徽工业大学,能源与环境学院,安徽 马鞍山
收稿日期:2018年11月16日;录用日期:2018年11月28日;发布日期:2018年12月5日
摘 要
在实验室中采用管式炉进行不同直径煤粉颗粒的燃烧实验,通过在线实时测量燃烧过程中CO、NO排放浓度,研究富氧气氛下不同煤粉粒径配比对燃烧过程中CO、NO排放特性的影响。实验结果表明,随着煤粉中细颗粒质量分数增大,燃烧时CO峰值随着增大;细颗粒煤粉质量分数增加对NO峰值影响不大;NO总释放量随细颗粒煤粉质量分数增加而降低。
关键词 :管式炉,富氧燃烧,CO和NO排放
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1. 引言
煤炭作为我国最基本的一次能源,主要通过燃烧方式加以利用,在其燃烧过程中会排放多种污染物。富氧燃烧技术使用O2/CO2作为助燃气体代替空气进行燃烧,能够有效降低燃烧过程中多种污染物的产生与排放。将燃烧后产生的烟气进行脱水处理,CO2质量分数可达95%以上,能够达到CO2富集、减排目的。同时,该技术还能够抑制NOx排放及高效回收SO2,从而引起各国研究者的广泛关注。Hu [1] 在动态工况下研究富氧气氛中煤粉燃烧过程中NOx的析出情况,研究结果发现随温度升高,NOx排放量增加;富燃料区NOx在高温和低温下排放处于相同水平。Yamada [2] 在工业规模的试验炉上比较空气气氛和富氧气氛煤粉燃烧时NOx的排放,结果表明富氧工况下NOx排放量大大降低,仅为空气气氛下1/4左右。
煤粉经过细化处理后制得粒径 ≤ 20 μm的颗粒称为超细颗粒,超细颗粒与常规颗粒相比具有着火速度快、燃烧效率高、燃尽效果好、火焰稳定性好等特性,从而引起研究者广泛关注,并进行深入系统研究 [3] - [12] 。研究的重点集中在颗粒粒径、氧气浓度、矿物质成分和Ca、Mg、Na、K元素等因素对空气气氛和富氧气氛下超细颗粒的着火特性、燃尽特性、NOx、SO2、排放特性的影响,得到一些有用结论。而对于O2/CO2气氛下超细煤粉和常规煤粉的混合燃烧特性的研究当前还处于初级阶段,相关文献报道较少。为此,采用管式炉实验方法,对颗粒直径为16 μm和82 μm煤粉按照一定比例混合后的混合煤粉的燃烧特性进行燃烧实验,通过计算机在线实时测量煤粉燃烧过程中燃烧产物的浓度场,以探讨不同粒径配比对混合煤粉燃烧过程中NO、CO排放特性的影响。
2. 实验设备和方法
2.1. 实验设备
本实验采用管式电阻炉为HR
Figure 1. Experiment system diagram of tube furnace
图1. 管式炉实验系统示意图
实验过程中,来自高压气瓶的气体经减压阀和流量计后,进入混气箱混合。混合之后的气体经过浮子流量计后进入石英管,在石英管恒温区内与瓷舟中的煤粉发生燃烧反应,反应后产生的烟气经过滤装置干燥过滤后进入烟气分析仪来分析测量。
2.2. 实验方法
实验时精确称量1 g煤粉作为实验燃料,均匀平铺在经过灼烧后达到恒重的瓷舟中。作为反应煤样载体的瓷舟被置于石英管的恒温区域内,每次试验都使用定位装置将瓷舟推入到石英管内的固定位置。试验过程中先将管式炉升温至设定温度,等炉膛温度保持一段稳定时间后,将装好煤粉的瓷舟迅速推入炉内恒温区,之后封闭石英管使煤粉在炉内迅速升温着火燃烧。实验中送入石英管的气体体积流量为6 L/min,实验时间持续10 min左右,选取的实验温度为
2.3. 实验煤种
实验选用燃料为神华烟煤,其性质分析如表1所示。
Table 1. The proximate analysis and ultimate analysis of coal
表1. 煤的工业分析和元素分析
3. 实验结果与讨论
图2所示为温度保持
(a) 950˚C (b) 1050˚C
Figure 2. Cure of O2 volume fraction versus time on 950˚C and 1050˚C
图2.
温度保持
图4为温度保持
(a) 950˚C (b) 1050˚C
Figure 3. Cure of CO volume fraction versus time on 950˚C and 1050˚C
图3.
(a) 950˚C (b) 1050˚C
Figure 4. Cure of NO volume fraction versus time on 950˚C and 1050˚C
图4.
温度保持950℃、
(a) 950˚C (b) 1050˚C
Figure 5. Cumulative emission of NO on 950˚C and 1050˚C
图5.
4. 结论
通过以上分析讨论,可以得出以下结论:
1) 粒径大小对煤粉燃烧过程中CO、NO的生成有较大影响,煤粉中超细颗粒质量分数越大,燃烧时CO的峰值越大,随着煤粉中超细煤粉质量分数的增加,NO的累积释放量降低,温度增加时,超细煤粉降低NO排放的效果明显。
2) O2/CO2气氛下煤粉燃烧时温度对NO的产生影响较大,NO的累积生成量在高温时要高于低温时,炉膛温度较高时,燃料氮的转化率会升高,使NO累积量高于低温时。
基金项目
科技部国家重点研发计划资助项目(2016YFB0601503)。
文章引用
周超群,孙雍春,张 保,刘典福. 富氧燃烧不同煤粉粒径配比对CO、NO浓度影响
The Effect of Different Pulverized Coal Diameter Ratio on the Emission Concentrations of CO and NO with Oxy-Fuel Combustion[J]. 清洁煤与能源, 2018, 06(04): 27-33. https://doi.org/10.12677/CCE.2018.64004
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NOTES
*通讯作者。