煤氨混燃方式与掺氨比对燃料排放特性的影响研究

将煤与氨混燃逐步减少煤电是实现降碳的1种新途径,但煤氨混燃后的排放特性仍不清晰,需进一步从煤氨混燃方式与掺氨比对燃料排放特性的影响进行实验研究。因此,基于平焰燃烧器开展煤氨混燃实验,探究燃烧方式(预混、非预混)、掺氨比(0~100%)对排放特性的影响,采用烟气分析仪、热电偶与热重分析仪检测燃烧器上方高度沿程烟气中温度分布,并分析气体排放特性及飞灰特性。研究表明:当预混燃烧时,掺氨比越高,氨燃烧对煤氨气固燃料燃烧的促进作用越明显,即燃烧温度越高;而非预混燃烧时,掺氨比越高对燃烧越不利,即燃烧温度越低,但在燃烧前期消耗更多O_(2),是由于此时氨燃烧速率更快,且存在氨与煤争夺O_(2)的现象,体现了掺氨后对燃烧反应的抑制作用。在预混、非预混2种燃烧方式下,掺氨后相比于纯煤燃烧则NO_(x)大幅增加,纯氨燃烧时NO_(x)浓度均有降低的趋势,掺氨比增加,CO_(2)浓度降低,非预混燃烧时CO_(2)浓度低于预混燃烧。当掺氨比≥60%时,在剧烈反应段,根据质量变化速率曲线,质量变化速率峰由单峰逐渐向双峰转变,掺氨能够促进质量变化速率峰前移,说明掺氨燃烧后煤粉的孔隙结构发生改变;根据飞灰残碳率,当掺氨比<40%时更适合选择预混燃烧,当掺氨比>40%时则更适合选择非预混燃烧。总体来说,考虑煤氨气固燃料的排放特性,最佳的燃烧工况为预混燃烧方式、掺氨比为40%。

预热对煤粉燃烧特性的影响

采用邯郸钢铁公司的两种高炉喷吹用煤(烟煤JM,无烟煤FD)为原料,进行不同预热温度后煤粉的差热分析及燃烧率的测定。结果表明,两种煤的失重开始温度相差不大,均为50℃左右,失重结束温度呈下降趋势。未预热时,JM煤的失重结束温度为470℃左右,FD煤为640℃左右;而预热300℃时,JM煤的失重结束温度为460℃左右,FD煤为620℃左右。预热后的煤粉表面结构发生了明显变化,层状和孔隙结构增加,从而提高了煤粉的燃烧率,为提高喷吹煤粉燃烧率提供了理论基础。

提高预热煤粉燃烧率的机制

以邯郸钢铁公司2种高炉喷吹用煤粉作为原料,用马弗炉进行预热,测定不同温度预热后的失重率和燃烧率,并采用扫描电镜(SEM)观察预热后煤粉表面结构的变化。试验结果表明,烟煤150℃预热时的失重率为5.12%,且随着预热温度升高,煤粉的失重率增加,预热温度300℃时失重率可达到17.24%。无烟煤预热后失重率变化不大,预热温度为300℃时失重率仅为5.66%。预热后煤粉燃烧率明显升高。300℃预热条件下的烟煤燃烧率为89.74%,相对于原煤提高了15.67%,无烟煤燃烧率为85.19%,相对于原煤提高了24.80%。预热后煤粉表面结构发生了明显变化,层状和孔隙结构增加,从而提高了煤粉的燃烧率,为提高预热煤粉的燃烧率提供了理论基础。