挥发份二次反应最小化的煤粉快速热解及着火的实验研究

基于挥发份与煤焦二次反应的最小化，开展典型中国动力用煤煤粉快速热解及着火的实验研究。获得煤粉在不同快速热解条件下（不同升温速率、终温、反应气氛、反应时间），煤焦随时间的失重曲线和焦油的生成曲线；建立挥发份、焦油、煤焦三者产率之间的关系及其影响因素的定量模型，并研究Na、K、Ca等易挥发元素在其中的作用；结合二次反应存在条件下的实验结果的比较，揭示二次反应对燃煤初期快速热解和煤粉着火行为的影响。同时，基于传热特性（比热容、导热系数等）、二次反应对煤焦反应性的影响及CO2对煤焦反应的抑制等三个方面，探索O2/CO2气氛下煤粉较空气气氛下着火延迟的可能原因。

基于金属网反应器中二次反应最小化的特点，分别研究了21%O2/79%N2、21%O2/79%CO2、21%O2 /79%Ar、21%O2/79%He条件下某种褐煤和烟煤的煤焦着火特性。结果显示，21%O2/79%Ar和21%O2 /79% He条件下分别对应最低、最高温度值。深入分析不同温度各气体的传热特性参数，发现：相同比热容的单原子气体Ar、He表现出差异极大的着火温度，说明着火温度与比热容无关，而跟气体的导热系数关系密切。导热系数越低，煤焦的着火温度越低；导热系数越高，煤焦的着火温度越高。进一步分析发现：427-477℃温度范围内，N2和CO2的导热系数差异不大；加之挥发份-O2之间的反应可以忽略。因此，21%O2/79%N2、21%O2/79%CO2条件下，着火温度的差异更可能是煤焦-O2之间的反应差异造成的。在低于着火温度的条件下（着火发生前）制得不同气氛下的煤焦，进行FT-Raman光谱分析。21%O2/79%N2、21%O2/79%CO2条件制得的焦样反应性差异较大；21%O2/79%N2气氛下，D/(GR+VL+VR)的比值较小，煤焦中大环的化学结构较多，煤焦的反应性较高，着火温度较低。.另外，深入研究了不同的化学形态碱金属/碱土金属对煤焦着火特性的影响。采用超纯水、羧酸氨、稀硫酸分步洗去某种褐煤原煤（sample 1，煤中碱金属/碱土金属以Na为主）中水溶性（以NaCl为主）、有机态（以-COONa为主）和酸溶性的碱金属/碱土金属，洗后的煤样分别为sample 2、3和4。基于金属网反应器中的着火实验发现：sample 3和4比sample 1的着火温度高，说明煤中有机态和酸溶性的碱金属/碱土金属均能较大程度的改善煤焦的着火特性；但是，水洗后sample 2的着火温度却比原煤更低，这主要是由于水洗后煤焦颗粒具有更大的孔隙结构造成的。同时，分别将0.05M、0.1M、0.5MNaCl溶液和-COONa溶液添加到酸洗后煤样（sample 4，不含任何化学形态的碱金属/碱土金属），分别制得NaCl-loaded煤样sample 8、9、10和Na-exchanged煤样5、6、7。不同样品的着火实验显示：水溶性NaCl也能改善煤焦的着火特性，但当浓度较低时（0.05M），NaCl的催化效果不显著，-COONa改善煤焦着火特性的能力强于NaCl。