條件下燃煤顆粒物的生成特性研究

中國工程熱物理學(xué) 燃燒學(xué)術(shù)會 編號O2/N2O2/CO2條件下燃煤顆粒物的生成華技大學(xué)煤燃燒國家 變不影響各模態(tài)分布趨勢。相同2濃度含量下，O2/CO2O2/N2，PM10M1生成濃度均減少，2O2/N2燃燒氣氛下PM10M1O2/CO2燃燒氣氛下PM10PM1的生成濃度呈先減小后增大的規(guī)律，礦物質(zhì)氣化受溫度和還原性氣氛兩個因素的共同制約，呈現(xiàn)一個先減小后增大的趨勢。0前言我國是燃煤大國，燃煤過程中產(chǎn)生的可吸入顆粒物（M10）是大氣可吸入顆粒物的主（PM）的生成機(jī)理和排放特性做了很多研究，其中主要包括煤質(zhì)特性[1（[22C2燃燒作為一種先進(jìn)的燃燒技術(shù)，具有C2可收、煙氣排放少、X排放特點，近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[32C2氣氛下燃煤顆粒物的生成機(jī)理和排放特性開展了研究如學(xué)者ishnaoorthy[4采用模擬與實驗相結(jié)合的方法研究了CO/C2率對2/22/C2aong[52/C2氣氛下亞微米顆粒物M1g等[62/2氣氛下細(xì)微顆粒物生成減少的結(jié)論。以上研究結(jié)果2/22/C2O2/N2O2/CO2氣氛下進(jìn)行沉降爐燃燒實驗，對比研究了不同燃燒氣氛實驗采用內(nèi)褐煤，煤粉粒徑范圍為65-150μm。工業(yè)、元素分析以及低溫灰成分分1。資助項目：國家自然科學(xué)基金 1 ysisa,wt%, ysis,wt%,MAVCHNSAshcomposition,aM:水分，V:揮發(fā)分，A:灰分，b與二次風(fēng)發(fā)生完全燃燒反應(yīng)，煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時間約為2s。煤粉燃燒后產(chǎn)生的顆粒物隨煙氣進(jìn)入水冷取樣管，在取樣管頂部被N2淬冷，目的是防止顆粒物在取樣管中發(fā)生二次反應(yīng)。從取樣管出來的空氣動力學(xué)直徑大于10μm的顆粒物被旋風(fēng)分離器去除，而小于10μm的顆粒物被隨后的低壓撞擊器（DLPI）13級粒徑分級，各級對應(yīng)空氣動實驗溫度13000.25g/minO2/CO2燃燒條件下O2濃度一般不超過30%，O210%，20%，30%。SartoriusM2P型百萬分之一天平獲得。DLPI各級顆粒物的元XSi，Al，Mg，Sarofim等[7]Flagan等[8]人的研究認(rèn)為燃煤顆粒物呈雙模態(tài)分布，包括超1μm5μm，Yu等[12,13]的研究中也得到了證實。DLPIPM101所示?？梢姡?xì)模態(tài)（0.2μm附近）和粗模態(tài)（8μm）2μm附近處呈現(xiàn)一Linak等[9,10]Seames等[11]發(fā)現(xiàn)的中間模態(tài)具有相似的特征。根據(jù)已有的研究，燃煤顆粒物超細(xì)模態(tài)主要是礦物元素的氣化凝結(jié)形成[7,8]，粗模態(tài)則主要是由外在礦物的破碎和內(nèi)在礦物的聚合形成[7,8]，中間模態(tài)的形成機(jī)理比較復(fù)雜，目前還沒有一致的結(jié)論，主要推測為氣化元素在細(xì)小殘灰顆粒上的非均相凝結(jié)形成的[12,13]，而這些細(xì)小殘灰顆粒很可能來自于煤焦破碎、細(xì)小煤粉的燃燒以及外在礦物的轉(zhuǎn)化[14]11

2PM1PM101已知，燃燒氣氛對顆粒物的生成有較大影響，這里選擇可吸入顆粒物（PM10）O2/N2與O2/CO2燃燒條件的影45.033mg/m34.683mg/m3O2/CO2PM10PM17.12mg/m3和0.58mg/m3?？梢?，O2/CO2燃燒氣氛與傳統(tǒng)的O2/N2燃燒氣氛相比，能抑制可吸入顆粒物（PM10）和亞微米顆粒物（PM1）的生成。根據(jù)學(xué)者Suriyawong等[5]和（1）降低，PM10PM1（2）O2CO2O2N24m2/s表面的速率降低，導(dǎo)致焦炭燃燒劇烈程度和燃燒溫度降低，減少PM10和PM1（3）不同O2濃度的影已有的研究表明，顆粒燃燒溫度是PM10生成量的主要決定性因一[2]，而主要由礦物元素氣化凝結(jié)形成的亞微米顆粒物PM1的生成量不但與顆粒的燃燒溫度有關(guān)，而且與氣氛有著密切的關(guān)系，燃燒溫度升高和還原性氣氛增強(qiáng)都能促進(jìn)礦物元素的氣化[15]。如圖2O2/N2燃燒氣氛下，PM10（2a）PM1（2b）O2濃度的增Liu等[2]O2/N2O2濃度的增物的破碎，PM10PM1O2/CO2燃燒氣氛下，PM10O2PM1O2濃度的增加呈現(xiàn)先減小后增大的規(guī)律，O220%PM1O210%30%Lee等[15]的研究表明，CO濃度的增大可促進(jìn)礦物質(zhì)元素的氣化。本文推測，在O2/CO2燃燒氣氛下，由于存在反應(yīng)CO+O2→CO2，C+CO2→COO2濃度較低，CO2CO含量COPM1的生成濃度略有減?。?bO2濃度進(jìn)一步增加時，顆粒燃燒溫度升高，大大促進(jìn)了礦物質(zhì)的氣化，故PM1的生成濃度又有所O2/CO2O2濃度的增加，礦物質(zhì)的氣化程度是一個先降低再增加的過程，PM1的生成濃度也呈先減小后增大的規(guī)律。 3O2/N2O2/CO2PM10和PM14O2/N2O2/CO2PM1PM10PM1元素分布特性產(chǎn)生影響，以下進(jìn)行深入分析。O2/N2與O2/CO2燃燒條件的影不同O2O2/N2與O2/CO2O220%O2/N2O2/CO2燃燒氣氛下顆粒物的元素分布變化進(jìn)行分3O220%時，PM10PM1O2/N2O2/CO2燃燒氣氛的百3O2濃度下，O2/N2O2/CO2燃燒氣氛的改變PM1PM10O2/N2燃燒氣氛相比，O2/CO2燃燒氣氛下生成的亞微米顆粒物中，易揮發(fā)元素Na、K、S的百分含量升高，而難Si、Al、Mg、Ca、Fe的百分含量降低。O2/N2O2/CO2PM1中各元素4O2O2/N2燃燒氣氛相比，O2/CO2燃燒O2/N2氣氛，O2/CO2燃燒氣氛下，燃煤過程中礦物元素的氣化都受到抑制作用。但是由于在O2/CO2燃燒氣氛下，焦炭O2/CO2PM1Na、K、S的百分含量顯得較大（3b。不同O2濃度的影5不同O2濃度O2/N2O2/CO2PM16不同O2濃度O2/CO2PM152/22/C2（M）222/C2燃燒2a、、Si、Ca、e22/C216所2濃度的增加均呈現(xiàn)先減小2130%222C2燃燒氣氛下，隨著2濃度的2/C22210%0%PM1O2Na、K、SSi、Ca、Fe等增加。將內(nèi)褐煤在O2/N2與O2/CO2氣氛下進(jìn)行沉降爐燃燒實驗研究了O2/N2與O2/N2O2/CO2燃燒氣氛下，燃煤顆粒物均呈三模態(tài)分布，氣氛的改變不影響各模態(tài)O2/N2燃燒氣氛下，PM10PM1的生成濃度均隨O2濃度的增加而增加；O2/CO2燃燒氣氛下，隨著O2濃度的增加，PM10的生成濃度逐漸增大，而PM1的生成濃度呈先減小后O2/N2燃燒氣氛相比，O2/CO2PM1的元素組成產(chǎn)生了較大影響，礦物元2/C22Ninomiya,Y.,LianSato,AtsushiandZ.Dong.Influenceofcoalparticlesizeonparticulatematteremissionanditschemicalspeciesproducedduringcoalcombustion.FuelProcessingTechnology,2004.85(8-10):1065-1088.Liu,X.,M.Xu,H.Yao,etal.EffectofCombustionParametersontheEmissionandChemicalCompositionofParticulateMatterduringCoalCombustion.EnergyFuels,2007.21(1):Buhre,B.J.P.,L.K.Elliott,C.D.Sheng,etal.Oxy-fuelcombustiontechnologyforcoal-firedpowergeneration.ProgressinEnergyandCombustionScience,2005.31(4):283-307.Krishnamoorthy,G.andJ.M.Veranth.ComputationalModelingofCO/CO2RatioInsideSingleCharParticlesduringPulverizedCoalCombustion.EnergyFuels,2003.17(5):Suriyawong,A.,M.Gamble,M.H.Lee,etal.SubmicrometerParticleFormationandMercurySpeciationUnderO2-CO2CoalCombustion.EnergyFuels,2006.20(6):2357-2363.Sheng,C.,Y.Li,X.Liu,etal.AshparticleformationduringO2/CO2combustionofpulverizedcoals.FuelProcessingTechnology,2007.88(11-12):1021-1028.Sarofim,A.F.,J.B.Howard,andA.S.Padia.Physicaltransformationofthemineralmatterinpulverizedcoalundersimulatedcombustionconditions.CombustionScienceandTechnology,1977.16(3-6):187-204.Flagan,R.C.andS.K.Friedlander.Particleformationinpulverizedcoalcombustion:Areview.inRecentDevelopmentsinAerosolScience,ed.D.T.Shaw.1978,NewYork:Wiley-Interscience.25-59.Linak,W.P.,C.A.Miller,andJ.O.L.Wendt.Comparisonofparticlesizedistributionsandelementalpartitioningfromthecombustionofpulverizedcoalandresidualfueloil.JournaloftheAirandWasteManagementAssociation,2000.50(8):1532-Linak,W.P.,C.A.Miller,W.S.Seames,etal.Ontrimodalparticlesizedistributionsinflyashfrompulverized-coalcombustion.ProceedingsoftheCombustionInstitute,2002.29:Seames,W.S.Aninitialstudyofthefinefragmentationflyashparticlemodegeneratedduringpulverizedcoalcombustion.FuelProcessingTechnology,2003.81(2):109-125.Yu,D.,M.Xu,H.Yao,etal.Anewmethodforidentifyingthemodesofparticulatematterfrompulverizedcoalcombustion.PowderTechnology,2008.183(1):105-114.Yu,D.,M.Xu,H.Yao,etal.Useofelementalsizedistributionsinidentifyingparticleformationmodes.ProceedingsoftheCombustionInstitute,2007.31(2):1921-1928.Yu,D.,M.Xu,H.Yao,etal.Mechanismsofthecentralmodeparticleformationduringpulverizedcoalcombustion.The32ndInternationalSymposiumonCoalCombustion,2008.Lee,C.M.,K.A.Davis,M.P.Heap,etal.Modelingthevaporizationofashconstituentsinacoal-firedboiler.Symposium(International)onCombustion,2000.28(2):2375-2382.Wang,Q.,J.Qiu,Y.Liu,etal.Effectofatmosphereandtemperatureonthespeciationofmineralincoalcombustion.FuelProcessingTechnology,2004.85(12):1431-1441.O2/N2與O2/CO2條件下燃煤顆粒物的生成特性研 ，，，，， 技大學(xué)煤燃燒國 ，，，，， 技大學(xué)煤燃燒國 本本文讀者也讀過(10條秦裕琨.李爭起.孫銳