平焰燃烧器煤/NH_(3)燃烧特性实验研究

作     者：崔名双 牛芳 纪任山 王乃继 张鑫 梁兴 底一 王圣烨 CUI Mingshuang;NIU Fang;JI Renshan;WANG Naiji;ZHANG Xin;LIANG Xing;DI Yi;WANG Shengye

作者机构：北京天地融创科技股份有限公司北京100011 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013 陕西庆华汽车安全系统有限公司陕西西安710025 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年第49卷第8期

页      面：3667-3676页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 081702[工学-化学工艺] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0703[理学-化学] 

基　　金：天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2023-TD-ZD014-001) 煤科院节能技术有限公司科技发展基金资助项目(2022JNCX-04) 

主　　题：煤/NH_(3)混合燃料 燃烧特性 掺氨比 煤/NH_(3)注入方式 气体组分 

摘      要：随着“碳达峰,碳中和目标的提出,将煤与NH_(3)混燃逐步减少煤电是实现降碳的一种新途径,但煤/NH_(3)的混燃特性尚不清晰。因此,基于平焰燃烧器开展煤/NH_(3)燃烧实验,探究了掺氨比(E(NH_(3)),0~100%)、煤/NH_(3)注入方式(预混、非预混)对燃烧特性的影响,采用相机、烟气分析仪,热电偶检测了火焰形态、燃烧器上方高度(Heights Above Burner,HAB)中心沿程烟气中气体组分及温度分布情况,并测定了飞灰中未燃碳的含量,得到:在燃烧初期,煤/NH_(3)争夺O_(2)的现象更明显,由于燃烧区NH_(3)燃烧产生的富水气氛,使得在预混低E(NH_(3))下,CO与OH发生反应,CO质量浓度降低,而在高E(NH_(3))下,一方面NH_(3)优先与O_(2)结合,导致大量碳不完全燃烧,另一方面,富水气氛促进了煤的气化反应,导致燃烧还原区的CO质量浓度大幅升高,最高可达19773.05 mg/Nm^(3),但此过程改变了焦炭的孔隙结构,增加了焦炭的比表面积,加快了煤粉的燃烧进程,使预混条件下飞灰残炭量由13.90%(纯煤燃烧)降低至13.44%(E(NH_(3))=80%),过早注入NH_(3)会减轻燃烧前期NH_(3)燃烧对煤粉的预热作用,降低在火焰反应区的燃烧强度;掺NH_(3)后NO_(x)排放量大幅上升,随着E(NH_(3))增加,NO_(x)先增加后降低,且NO质量浓度峰值提前,未燃NH_(3)及氧体积分数分别是影响N_(2)O、NO_(2)生成的主要因素,增加煤/NH_(3)燃烧的停留时间、减少未燃NH_(3)体积分数、创造还原性气氛均是降低NO_(x)的有效方式;在预混高掺氨比(E(NH_(3))≥80%、HAB=100 mm)及非预混工况下,CO_(2)%随着E(NH_(3))增加呈现降低的趋势;预混E(NH_(3))=40%~60%工况更有利于实现煤/NH_(3)的低氮、低碳、高效燃烧,煤粉掺NH_(3)燃烧存在相互促进和抑制作用,需根据实际情况采取有效措施以发挥煤/NH_(3)混燃的促进作用。