O2/CO2气氛下CFB炉内脱硫飞灰的沉积机理及模型

针对O2/CO2富氧燃烧循环流化床采用炉内石灰石脱硫时锅炉尾部受热面因飞灰碳酸化等反应而产生沉积的问题，以流化床内石灰石脱硫时燃煤灰样在尾部受热面上的沉积机理为研究对象，采用实验研究和机理分析的方法，首先制备O2/CO2气氛下流化床炉内石灰石脱硫时依直接硫化和两段式硫化机理而生成的脱硫飞灰，置于飞灰沉积特性试验台上与配气系统模拟的烟气进行飞灰沉积实验，研究不同条件下碱金属氧化物、矿物质成分及CO2、H2O等因素引起飞灰沉积的机理，进而将制备飞灰时富氧燃烧的运行条件与飞灰沉积物的定量分析相结合，建立飞灰沉积模型对沉积物进行预测。项目预期将揭示O2/CO2富氧燃烧状态下脱硫飞灰的沉积机理和规律，并建立可描述飞灰沉积行为的沉积模型。项目的研究成果对流化床富氧燃烧技术克服尾部受热面因碳酸化等反应导致飞灰沉积的问题而实现大规模应用具有重要意义。

循环流化床富氧燃烧技术可通过控制循环灰量稳定炉膛温度从而使用更高浓度的富氧，因而是一个很有前途的CO2捕集技术。但在炉内喷钙脱硫的情况下，会导致尾部受热面上的飞灰沉积严重。本研究针对尾部受热面上飞灰沉积的特点及机理，首先选取晋城无烟煤和朔州烟煤，在小型流化床试验台上比较了空气、21%O2/79%CO2 和30%O2/70%CO2 三种燃烧气氛下飞灰的沉积特性，发现燃烧气氛从21%O2/79%CO2 变化到空气再到30%O2/70%CO2的过程中沉积率逐渐增大，并且PM10等超细颗粒对飞灰沉积有明显影响，飞灰和沉积灰的化学组分上并没有明显的差异性。其次，考察了沉积初始阶段内，钙硫比、探针表面温度（对应尾部受热面的表面温度）和燃烧气氛对钙基脱硫飞灰沉积特性的影响。发现添加石灰石脱硫对飞灰的沉积特性有明显影响，过量的CaO确实会和烟气中的过量CO2发生碳酸化反应，Ca/S比的增大还会增大碳酸化反应的程度，而且飞灰的沉积倾向与沉积灰中碱金属含量呈现一定的线性关系，除Na、K和S外，不同工况下沉积灰中元素组成的变化很小。再次，在新建的热态飞灰沉积试验台上，分别研究了飞灰的沉积过程，测量了沉积灰的有效热导率、考察了探针表面温度和烟气流速对飞灰沉积的影响，并对飞灰碳酸化现象进行了分析，结果表明富氧燃烧下沉积灰的有效热导率略高，烟气流速和探针表面温度对飞灰沉积的影响明显，在富氧气氛下，CaO颗粒所形成的沉积物的碳酸化反应现象明显。最后，采用Fluent14.5商业软件，以热态飞灰沉积试验台为模拟对象，对飞灰的沉积过程进行了数值模拟。研究了富氧和空气气氛下飞灰的沉积过程，并与前述飞灰沉积试验结果进行了对比。. 通过三年的研究，共发表SCI论文3篇，另外东南大学学报英文版录用1篇，Fuel processing Technology 杂志返修论文1篇。获授权国家发明专利1项及实用新型专利2项。参加国际会议3人次，国内学术会议5人次，培养博士研究生1名，硕士研究生6名。项目严格按照原计划安排开展研究工作，并已达到预期目标。