流化床富氧氣氛對SO2排放特性的影響

作者：苗苗,鄧博宇,孔皓,張縵,楊海瑞

摘要：為了研究富氧燃燒氣氛下煤在流化床中燃燒SO2排放特性,利用小型流化床反應器,以褐煤和無煙煤為試驗原料,分別在21%、29%、42%和56%O2/CO2氣氛下進行了燃燒試驗,探究了燃燒氣氛對流化床煤燃燒中SO2排放的影響。結果表明,在O2/CO2氣氛下,隨著氧氣濃度的提高,2種不同類型的煤在770℃燃燒后,SO2排放量逐漸升高,褐煤SO2排放量從925×10^-6增加到6 526×10^-6,無煙煤的SO2排放量從1 310×10^-6增加到5 357×10^-6。與無煙煤相比,褐煤升高趨勢更為明顯。氧氣濃度對SO2析出速率的影響顯著,在15 s甚至更短時間使得SO2析出達到更高的峰值。氧氣濃度從21%增至29%時,轉化S顯著增加,之后隨著氧濃度增加,轉化S增長趨緩。從機理上解釋,高氧濃度為硫化物析出提供了更充足的氧氣,促進了SO2的生成,同時高氧濃度加速了揮發分和焦炭的燃燒速度,改善了煤的燃燒和燃盡特性。通過增強煤本身的自熱效應,煤燃燒過程加快,促進煤中硫元素的釋放,SO2排放量也相應增加。隨著氧濃度的增加,褐煤的CO保持在相對穩定的水平,說明氧濃度的變化對此影響較小。褐煤揮發分高,容易出現停留時間不足,導致不充分燃燒,煙氣中含有一定量CO等氣體。SO2的排放除了與氧氣濃度有關外,主要還與煤中含硫量有關,通常含硫量越高,煤燃燒產生的SO2越多。由于試驗煤種含硫量均較高,因此SO2排放量處于較高水平,在富氧燃燒過程中,針對含硫量較高的煤種,應充分考慮SO2排放控制問題。灰分也會影響SO2排放量,SiO2和Al2O3對SO2轉化為SO3的影響較小,而CaO和MgO作用明顯,煤灰中Fe2O3、K2O等含量對此轉化過程也有一定影響。

發文機構：清華大學能源與動力工程系電力系統及發電設備控制和仿真國家重點實驗室

關鍵詞：富氧燃燒流化床煤SO2oxygen-enriched combustionfluidized bedcoalSO2

分類號： TK16[動力工程及工程熱物理—熱能工程]