細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒過(guò)程中顆粒特性實(shí)驗(yàn)解讀

楊凱

摘 要：以實(shí)驗(yàn)分析的方式，構(gòu)建工藝流程，在實(shí)驗(yàn)調(diào)查中明確了解細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒過(guò)程中顆粒特性與氮元素釋放的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，預(yù)熱過(guò)程期間顆粒的表面積、孔徑、燃燒室不同配風(fēng)情況等均能夠?qū)Φ氐尼尫判Чa(chǎn)生重要影響。在實(shí)踐調(diào)查的基礎(chǔ)上，明確相關(guān)影響因素，提升細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒管理的質(zhì)量。基于其氮元素釋放效果進(jìn)行綜合管理，保證燃燒質(zhì)量的基礎(chǔ)上，降低各類不良問(wèn)題發(fā)生率，對(duì)現(xiàn)代相關(guān)技術(shù)研究工作的發(fā)展能夠提供更多參考性數(shù)據(jù)，進(jìn)而發(fā)揮科學(xué)管理與協(xié)調(diào)的作用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：細(xì)粉半焦；預(yù)熱燃燒過(guò)程；顆粒特性；氮元素；釋放關(guān)系

中圖分類號(hào)：TQ534 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）16-0103-02

Abstract： The technological process was constructed by means of experimental analysis， and the relationship between particle characteristics and nitrogen release during preheating combustion of fine pulverized semi-coke was clearly understood in the experimental investigation. The experimental results show that the surface area， pore size and different air distribution of the combustion chamber can have an important effect on the nitrogen release during the preheating process. On the basis of practical investigation， the relevant factors were determined to improve the quality of pre-heating combustion management of fine pulverized semi-coke. Based on the comprehensive management of nitrogen release effect and ensuring combustion quality， the incidence of various adverse problems can be reduced， and more reference data can be provided for the development of modern related technology research work， and then give full play to the value of scientific management and coordination.

Keywords： fine powder char； preheating combustion process； particle characteristics； nitrogen； release relation

低階煤熱解提質(zhì)為現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其中細(xì)粉半焦能夠提煉出低階煤熱解提質(zhì)，經(jīng)過(guò)處理的細(xì)粉半焦處理效果與燃燒效果會(huì)有所差異。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒作用價(jià)值的分析逐漸增加，需要明確其顆粒特征，了解細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒與氮元素釋放之間所存在的關(guān)聯(lián)，為進(jìn)一步實(shí)踐研究工作的開(kāi)展奠定良好基礎(chǔ)。文章將通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)查的方式進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)研究活動(dòng)帶來(lái)一定借鑒價(jià)值。

1 工藝流程與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 工藝流程

細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒實(shí)驗(yàn)中，具體包含三個(gè)部分內(nèi)容，即為燃燒預(yù)熱的循環(huán)流化床、預(yù)熱燃料燃燒的下行燃燒室以及相應(yīng)的輔助體系[1]。其中，循環(huán)流化床提升直徑大致為90mm，高度為1500mm。在實(shí)際工作過(guò)程中，細(xì)粉半焦通過(guò)燃燒的方式增加其內(nèi)部溫度，其溫度能夠持續(xù)保持在800攝氏度之上。細(xì)粉半焦預(yù)熱過(guò)程中，顆粒特性會(huì)發(fā)生顯著變化，且氮元素能夠轉(zhuǎn)化為氮?dú)饣蛘咂渌螒B(tài)的氮化合物。

預(yù)熱過(guò)程中，會(huì)生成一氧化碳、氫氣以及甲烷等，預(yù)熱后細(xì)粉半焦也可以稱之為預(yù)熱半焦[2]。煤氣和預(yù)熱半焦之后，能夠構(gòu)成預(yù)熱燃料，通過(guò)管道送往燃燒室，其燃燒效果相對(duì)比較理想。

在下行燃燒室中，因?yàn)轭A(yù)熱燃料溫度會(huì)高于燃料著火點(diǎn)，故而預(yù)熱燃料在和二次風(fēng)相遇的情況下，則會(huì)產(chǎn)生燃燒現(xiàn)狀，但是不存在著火的問(wèn)題[2]。下行燃燒內(nèi)徑設(shè)置為260mm，高度設(shè)置為3000mm，預(yù)熱燃料能夠從下行燃燒室頂端核心位置的管噴中置入，其直徑為50mm。二次風(fēng)噴口布局設(shè)置期間，需要明確其應(yīng)用價(jià)值與作用效果，科學(xué)規(guī)劃直徑，詳見(jiàn)圖1。

1.2 實(shí)驗(yàn)研究

應(yīng)用神木半焦展開(kāi)實(shí)驗(yàn)工作，為固定床熱解提油后的產(chǎn)物，在破碎處理之后，直徑范圍為0～0.5mm，50%切割粒徑d50為132μm[3]。因?yàn)榧?xì)粉半焦為神木煤熱解后的產(chǎn)物，故而熱解期間其分子結(jié)構(gòu)會(huì)受到破壞，細(xì)粉半焦產(chǎn)生聚集反應(yīng)效果，香味增加，氮元素易于集中在芳香環(huán)當(dāng)中。氮元素存在的形態(tài)更加固定，故而細(xì)粉半焦中氮元素釋放相較于原煤復(fù)雜。

實(shí)驗(yàn)研究中可以基于細(xì)粉半焦融入量的差異性配置、一次風(fēng)、二次風(fēng)當(dāng)量比等設(shè)計(jì)的方式，對(duì)不同環(huán)境下細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒過(guò)程與氮元素釋放情況加以分析，明確其構(gòu)成元素與釋放條件[4]?；陬A(yù)熱半焦與原半焦的工業(yè)分析情況，元素分析的情況等，借助灰平衡的方式與各個(gè)元素預(yù)熱過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化分析，其公式為：CN=1-。

公式中，A1為細(xì)粉半焦中灰存在數(shù)值，A2即為預(yù)熱半焦中灰存在數(shù)值，X1為細(xì)粉半焦中X元素存在數(shù)值，X2即為預(yù)熱半焦中X元素存在數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)熱期間氮元素的轉(zhuǎn)化分析

預(yù)熱期間，循環(huán)流化床能夠處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)下，其溫度差值相對(duì)較小，且預(yù)熱期間能夠保證其整體運(yùn)行的穩(wěn)定性[5]。細(xì)粉半焦能夠在部分燃燒的狀態(tài)下，釋放相應(yīng)的熱量，且使循環(huán)流化床溫度保持在900攝氏度。預(yù)熱期間，因?yàn)榧?xì)粉半焦溫度快速上升，故而致使其半焦顆粒中溫度梯度相對(duì)較大。在熱應(yīng)力的影響下，半焦顆粒會(huì)產(chǎn)生破碎現(xiàn)象，其破碎期間，粒徑會(huì)顯著減少。

顆粒直徑較大的情況，會(huì)影響其內(nèi)部氮元素的轉(zhuǎn)化與釋放效果，不利于氧氣的擴(kuò)散，故而內(nèi)部燃燒的效果也會(huì)受到阻礙性影響[6]。半焦顆粒燃燒期間，其燃燒反應(yīng)與顆粒內(nèi)部的孔徑也存在著密切關(guān)聯(lián)。燃燒期間孔徑結(jié)果會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，對(duì)其反應(yīng)活性特點(diǎn)、燃燒效果等也會(huì)產(chǎn)生較大影響。

預(yù)熱期間，循環(huán)流化床中還原性反應(yīng)的生成，需要適當(dāng)增加氧氣，通過(guò)孔徑進(jìn)入其中，使得半焦顆粒能夠與碳產(chǎn)生聯(lián)合反應(yīng)，達(dá)到內(nèi)部燃燒的作用價(jià)值。小孔收縮與合并的方式下，也會(huì)增加顆粒內(nèi)部大孔徑孔隙[7]。顆粒在預(yù)熱期間，循環(huán)流化床能夠增加還原性氣體，氧氣增加的情況下，則燃燒反應(yīng)也會(huì)更加顯著。顆粒中碳結(jié)構(gòu)消耗會(huì)致使其強(qiáng)度下降，內(nèi)部空隙出現(xiàn)破裂的情況。同時(shí)表面積增加。

2.2 燃燒期間氮元素的轉(zhuǎn)化分析

預(yù)熱燃料過(guò)程中，其溫度在800攝氏度之上。下行燃燒室中，預(yù)熱燃料遇到二次風(fēng)，則會(huì)產(chǎn)生快速燃燒現(xiàn)狀，不會(huì)發(fā)生著火的問(wèn)題[8]。在不同的顆粒比表面積變化模式下，燃燒過(guò)程與燃燒所能夠達(dá)到的溫度也會(huì)具有差異性特點(diǎn)。根據(jù)下行燃燒室溫度狀態(tài)而言，顆粒燃燒效果較強(qiáng)的位置，其溫度也會(huì)相對(duì)較高，高溫與劇烈的燃燒反應(yīng)之間具有正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)，燃燒也會(huì)消耗諸多碳結(jié)構(gòu)，致使顆粒發(fā)生破裂的現(xiàn)象，比表面積顯著下降。氮元素的釋放與空隙結(jié)構(gòu)之間具有密切關(guān)聯(lián)。比較發(fā)達(dá)的空隙下，氧氣的擴(kuò)散效果相對(duì)較好，隨之比較利于氮元素的釋放。

3 結(jié)束語(yǔ)

3.1 預(yù)熱期間，顆粒比表面積與孔徑會(huì)直接影響氮元素的釋放量，半焦顆粒比表面積較大，孔徑較大的情況下，則比較利于氮元素的釋放。

3.2 細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒過(guò)程中，顆粒的比表面筋與顆粒的直徑均會(huì)隨之發(fā)生變化，呈現(xiàn)出不斷降低的狀態(tài)。顆粒中氮含量會(huì)隨著這種變化發(fā)生轉(zhuǎn)變，從循環(huán)流化床出口考試，峰強(qiáng)度不斷處于下降狀態(tài)下，需要明確重要的影響位置，判斷溫度設(shè)置是否合理等。

3.3 燃燒期間需要對(duì)下行燃燒室配風(fēng)情境進(jìn)行分析。適當(dāng)減少二次風(fēng)當(dāng)量比，有助于促進(jìn)內(nèi)部循環(huán)，對(duì)三次風(fēng)配風(fēng)條件的轉(zhuǎn)變奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭文斌，趙忠民.預(yù)熱對(duì)自蔓延燃燒合成TiB_2-TiC-（Ti，W）C復(fù)相陶瓷組織及性能的影響[J].兵器材料科學(xué)與工程，2017，40

（05）：55-59.

[2]楊二浩，朱建國(guó)，歐陽(yáng)子區(qū)，等.細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒過(guò)程中顆粒特性與氮元素釋放關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37

（15）：4415-4421+4582.

[3]么瑤，朱建國(guó)，歐陽(yáng)子區(qū)，等.細(xì)粉半焦預(yù)熱燃燒過(guò)程中氮的遷移特性實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36（08）：2188-2194.

[4]Ouyang Ziqu，Zhu Jianguo，Lu Qinggang.Experimental study on preheating and combustion characteristics of pulverized anthracite coal[J].2013，113：122-127.

[5]歐陽(yáng)子區(qū)，朱建國(guó)，呂清剛.無(wú)煙煤粉經(jīng)循環(huán)流化床預(yù)熱后燃燒特性及NOx排放特性實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34

（11）：1748-1754.

[6]賈艷，蘇曉磊，王俊勃，等.預(yù)熱溫度對(duì)燃燒合成Fe摻雜β-SiC粉體的微觀組織和吸波性能的影響[J].功能材料，2013，44（22）：

3275-3278.

[7]陳冬林，成珊， 英，等.預(yù)熱室結(jié)構(gòu)對(duì)多段式自預(yù)熱燃燒器內(nèi)燃燒及NOx排放特性的影響[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2012，32（10）：765-769+785.

[8]Ouyang Ziqu，Zhu Jianguo，Lü Qinggang.Experimental study on combustion and NOX emission of pulverized anthracite coal preheated by a circulating fluidized bed[J].Proceedings of the CSEE，2014，34（11）：1748-1754.