烟气再循环氧-燃料燃烧煤灰特性及其对沉积行为的影响

氧-燃料燃烧（oxy-fuel combustion）技术是燃煤电站为减排CO2以应对全球气候变化的一个重要选择，该技术的应用与普及有赖于对相关科学问题的深刻认识。煤灰沉积是氧-燃料燃烧技术应用中所必须解决的一个关键问题，但是相关研究还十分薄弱。本项目基于小型沉降炉及中型（100kW）氧-燃料燃烧实验炉，分别在模拟和真实烟气再循环（FGR）条件下，对煤灰沉积相关问题开展研究。通过对煤灰样品的表征，获得化学组成、熔融性、粘性、粒径分布、元素分布、物理形态等特性数据。通过对灰渣样品的表征，获得沿沉积方向的化学组成、粒径分布、元素分布及相互联系、结构形态等特性参数。基于上述研究，揭示FGR对煤灰、灰渣生成特性的影响规律，以及煤灰特性对其沉积行为的影响机理。通过两种不同规模实验台的对比研究，获得有关煤灰沉积的共同规律，为FGR的设计提供参考，并为解决实际FGR氧-燃料燃烧中的煤灰沉积问题奠定基础。

氧-燃料燃烧是燃煤电站减排CO2的一项重要技术，煤灰沉积是该技术应用中所必须解决的一个关键问题，但是相关研究还十分缺乏。本项目基于小型电加热沉降炉（DTF）及中试自维持氧-燃料燃烧实验炉（OFC，100kW），在模拟实际烟气再循环（FGR）氧-燃料燃烧条件下，对煤灰沉积相关问题开展研究。研究结果表明：（1）氧-燃料燃烧对煤灰的元素组成不存在重要影响，但是较高的入炉氧量（27%或32%）促进了燃烧，导致较低的煤灰含碳量；（2）21%O2条件下氧-燃料燃烧降低了PM10的生成，但不影响其生成途径；（3）氧-燃料燃烧改变碱金属和碱土金属等在PM10中的分布；（4）氧-燃料燃烧条件下，由于较高的CO2含量，碳酸盐的分解受到抑制；同时，氧-燃料燃烧促进了黄铁矿的氧化，因此改变了Fe在煤灰中的存在形态；Fe2O3的含量与煤灰的熔融温度之间存在一定正相关性；此外，对流受热面沉积物会发生碳酸盐化现象，从而改变了沉积物特性；（5）氧-燃料燃烧对Na、K、Ca、Mg、Fe与铝硅酸盐的交互作用具有促进作用；（6）DTF及OFC实验均发现氧-燃料燃烧会加速煤灰的沉积，导致渣层增厚；（7）氧-燃料燃烧灰渣与空气燃烧灰渣元素种类相同，但相对含量不同，前者含有较高的Si、Al、Ca等，而Fe的含量相对较低；沿灰渣生长方向，易挥发元素等含量降低，而难熔元素等的含量升高；（8）煤种在很大程度上决定了煤灰及灰渣的特性；（9）初步研究发现煤灰特性及流动特性是改变氧-燃料燃烧煤灰沉积特性的关键因素；（10）FGR模式直接影响燃烧气氛，因此对煤灰特性及沉积机理具有十分复杂的影响；（11）DTF与OFC研究结果一致表明氧-燃料燃烧会促进煤灰的沉积，对煤灰的影响结果相似。但是OFC相对于DTF，炉内流动特性有较大改变，因此更接近于实际氧-燃料燃烧，其结果更具有借鉴意义。本项目研究加深了对烟气再循环氧-燃料燃烧煤灰特性及其沉积特性的认识，对于减轻氧-燃料燃烧锅炉煤灰沉积具有重要意义。研究发表期刊论文16篇，其中SCI收录8篇、EI收录16篇，参加国际会议6次、国内会议8次，达到了预期研究目标。