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1、华中科技大学 硕士学位论文 富氧燃烧方式下煤粉燃烧特性研究 姓名：邹维祥 申请学位级别：硕士 专业：热能工程 指导教师：柳朝晖 20070601 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 全球变暖、温室效应是由于 CO2为代表的温室气体的大量排放导致的温室效应 的加剧而造成的。在降低 CO2排放所带来的影响的策略上，不外乎控制 CO2的产生 和回收处理。 富氧燃烧技术就是在这一背景下提出来的。 富氧燃烧技术也称为 O2/CO2 燃烧技术，或空气分离/烟气再循环技术。富氧燃烧技术不仅能使分离收集 CO2和处 理 SO2容易进行，还能减少 NOx 排放，是一种能够综合控制燃煤污染
2、物排放的新型 洁净燃烧技术。 本文首先综合概述该技术的发展状况和研究现状，以及煤粉燃烧特性的主要研 究进展，分析了其中的成果和不足，从而明确了自己的研究思路。继而针对四种不 同煤粉，利用热天平研究了其在不同条件下的燃烧状况，观察了 O2/CO2 气 氛 下 煤 粉的着火与燃尽。在此基础上，针对滴管炉制得的不同温度下的神华、大同煤焦， 在热天平上用非等温热重法分析了 O2/CO2气氛下的燃烧特性，观察了热解温度对焦 活性的影响，以及氧分压对燃烧的影响，得到了各自的表观反应动力学参数，发现 大同煤焦的反应处于两个不同的反应阶段，神华煤焦的活性明显高于大同煤焦，且 低温焦的反应性比高温焦要好；考虑到
3、 CO2气化反应的存在，本文进而用等温热重 法研究了两种煤焦的气化反应动力学，发现低温焦气化活性高于高温焦，随着气化 温度的升高，神华、大同两种煤焦的气化反应性均增强。 关键词：富氧 燃烧特性 煤焦 气化 动力学 本课题受国家高技术研究发展(863)计划(2005AA529330)经费资助 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract World warming is due to the worse of Greenhouse effect mainly by massive CO2 emission. Among many Greenhouse gases, CO
4、2 contributes the biggest to Greenhouse Effect due to its long lifetime and massive emission. CO2 mainly comes from the combustion of fossil fuels. The amount of CO2 emission becomes larger, as the development of economics and the demand for energy. In the case of controlling CO2 emission, various a
5、dvanced methods should be combined together to fit different cases. The effect of CO2 could be debated by way of controlling CO2 production or disposing recovered CO2. Up to now, many methods have been developed to controlling CO2 production. The oxygen-enriched combustion technology has been propos
6、ed to increase CO2 concentration. Part of flue gas will be circulated and mixed with oxygen to be loaded into furnace. Oxygen-enriched combustion is also called as O2/CO2 combustion, or air separation and flue gas recycle. CO2 separation and SO2 treatment become easier, NOx emission is reduced in ox
7、ygen-enriched combustion technology. Oxygen-enriched combustion is one of the new clean coal combustion technology that can control pollutant emission. An overview of the main progress of oxygen-enriched combustion technology was given, followed with the comment and criticism of these research achie
8、vements and some development of combustion characteristics of pulverized coal. Then, Non-isothermal thermo-gravimetry experiment on four different pulverized coal was conducted in order to research the combustion characteristics of pulverized coal in CO2 atmosphere with different conditions, especia
9、lly the igniting and burnout. Secondly, other TG experiments on coal char made in drop tube furnace with different 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III temperature were conducted. We can analysis the reactivity kinetics of char by the results of these experiments. And the results show that the larger of the
10、oxygen content is, the lower of the igniting temperature and the burnout temperature are. Meanwhile we can see that the reactivity of char made in lower temperature is superior than that of char made in higher temperature. In the end, we conducted the gasification experiment of char with different r
11、eactivity temperature. And the results show that the higher of gasification temperature is, the higher of the char gasification activity and the gasification activity of shenhua char is higher than that of datong char. Keywords: Oxygen-enriched Combustion characteristics Coal char Gasification Kinet
12、ics 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的 研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、 使用学位论文的规定， 即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允 许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索
13、，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 1.1 研究背景 能源是人类赖以生存和发展的基础，随着人类的发展，能源的需求与日俱增， 能源生产和消费方式对环境造成的影响日益突出，当前，世界各国面临着经济发展 和环境保护相互协调的问题。 煤炭在世界能源结构中占有非常重要的地位，在中国更是如此。煤是中国的主 要能源，在资源消费结构中约占 75%，我国煤炭消费总量
14、约为世界煤炭总消费量的 四分之一。但是长期以来，我们在享有煤炭为我们带来的能量的同时，也极大地影 响和破坏了人类赖以生存的环境，造成了一系列严重的污染。如：硫氧化物、氮氧 化物、二氧化碳、粉尘、以及一些有机污染物等。其中二氧化碳是造成温室效应的 主要因素（占 64），越多越多的研究1-3已经证实，大气中温室气体浓度的增加是 引起全球变暖和极端天气频繁发生的重要原因。 全球气候变暖不仅为各种异常现象所证实，而且也为全球气温不断升高所确认。 由于温室效应气体的增加，从产业革命至今气温已经上升约0.5。如果维持现状的 话，今后大体上仍将以同样的速率增加。观测数据表明，近10年以来全球平均气温 升高很
15、快。据IPCC（有关气候问题的各国政府间研讨会）预测，如果全世界维持现 在的势头，到2025年由于人为因素所造成的CO2排放量将达到12Gt，那时CO2当量浓 度将达到产业革命以前的280ppm的两倍左右，因此21世纪的每十年间，温度将上升 0.2-0.5，到2025年气温要比现在高出1，而到21世纪末气温将上升3。 温室效应对全球气候环境最大的影响就是使全球逐渐变暖，这将在全球范围内 对气候、海平面、农业、林业、生态平衡和人类健康等多方面带来巨大的影响。地 球是个极其敏感的生态系统，平均气温的任何微小变化都将会使人类的生存环境产 生剧烈的震动。全球变暖，气温升高，将会使海洋上层水温升高，造成
16、体积膨胀， 以及使冰川融化，造成海平面上升。海平面上升具有极其严重的后果，它将直接威 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 胁到沿海国家以及30多个海岛国家的生存和发展。从而使人类面临自有文明史以来 最严重的气候变化和最严重的灾难。 气候变暖将使亚热带向北扩展，北极地带的夏季明显变暖，大大延长了作物的 生长期。气候变暖还可能使半干旱的热带地方变得更加干旱。所以，气候变暖既危 害自然生态系统，又威胁人类的食物供应和居住环境。因此，许多科学家担心，人 类在改造地球的活动中，影响最为深远的将是地球升温，因为它将使一些地区出现 更具灾害性的暴风雨，造成洪灾，另一些地区则造成旱灾。 有关温室气体的排放可能产生气候变化的论述最早产生于1957年，目前世界各 国对温室
