细粉半焦预热燃烧过程中颗粒特性实验解读

摘 要：以实验分析的方式，构建工艺流程，在实验调查中明确了解细粉半焦预热燃烧过程中颗粒特性与氮元素释放的关系。实验研究结果显示，预热过程期间颗粒的表面积、孔径、燃烧室不同配风情况等均能够对氮元素的释放效果产生重要影响。在实践调查的基础上，明确相关影响因素，提升细粉半焦预热燃烧管理的质量。基于其氮元素释放效果进行综合管理，保证燃烧质量的基础上，降低各类不良问题发生率，对现代相关技术研究工作的发展能够提供更多参考性数据，进而发挥科学管理与协调的作用价值。

关键词：细粉半焦；预热燃烧过程；颗粒特性；氮元素；释放关系

中图分类号：TQ534 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）16-0103-02

Abstract： The technological process was constructed by means of experimental analysis， and the relationship between particle characteristics and nitrogen release during preheating combustion of fine pulverized semi-coke was clearly understood in the experimental investigation. The experimental results show that the surface area， pore size and different air distribution of the combustion chamber can have an important effect on the nitrogen release during the preheating process. On the basis of practical investigation， the relevant factors were determined to improve the quality of pre-heating combustion management of fine pulverized semi-coke. Based on the comprehensive management of nitrogen release effect and ensuring combustion quality， the incidence of various adverse problems can be reduced， and more reference data can be provided for the development of modern related technology research work， and then give full play to the value of scientific management and coordination.

Keywords： fine powder char； preheating combustion process； particle characteristics； nitrogen； release relation

低阶煤热解提质为现代技术发展的产物，其中细粉半焦能够提炼出低阶煤热解提质，经过处理的细粉半焦处理效果与燃烧效果会有所差异。随着现代科学技术的快速发展，对细粉半焦预热燃烧作用价值的分析逐渐增加，需要明确其颗粒特征，了解细粉半焦预热燃烧与氮元素释放之间所存在的关联，为进一步实践研究工作的开展奠定良好基础。文章将通过实验调查的方式进行分析，希望能够对相关研究活动带来一定借鉴价值。

1 工藝流程与实验方法

1.1 工艺流程

细粉半焦预热燃烧实验中，具体包含三个部分内容，即为燃烧预热的循环流化床、预热燃料燃烧的下行燃烧室以及相应的辅助体系[1]。其中，循环流化床提升直径大致为90mm，高度为1500mm。在实际工作过程中，细粉半焦通过燃烧的方式增加其内部温度，其温度能够持续保持在800摄氏度之上。细粉半焦预热过程中，颗粒特性会发生显著变化，且氮元素能够转化为氮气或者其他形态的氮化合物。

预热过程中，会生成一氧化碳、氢气以及甲烷等，预热后细粉半焦也可以称之为预热半焦[2]。煤气和预热半焦之后，能够构成预热燃料，通过管道送往燃烧室，其燃烧效果相对比较理想。

在下行燃烧室中，因为预热燃料温度会高于燃料着火点，故而预热燃料在和二次风相遇的情况下，则会产生燃烧现状，但是不存在着火的问题[2]。下行燃烧内径设置为260mm，高度设置为3000mm，预热燃料能够从下行燃烧室顶端核心位置的管喷中置入，其直径为50mm。二次风喷口布局设置期间，需要明确其应用价值与作用效果，科学规划直径，详见图1。

1.2 实验研究

应用神木半焦展开实验工作，为固定床热解提油后的产物，在破碎处理之后，直径范围为0～0.5mm，50%切割粒径d50为132μm[3]。因为细粉半焦为神木煤热解后的产物，故而热解期间其分子结构会受到破坏，细粉半焦产生聚集反应效果，香味增加，氮元素易于集中在芳香环当中。氮元素存在的形态更加固定，故而细粉半焦中氮元素释放相较于原煤复杂。

实验研究中可以基于细粉半焦融入量的差异性配置、一次风、二次风当量比等设计的方式，对不同环境下细粉半焦预热燃烧过程与氮元素释放情况加以分析，明确其构成元素与释放条件[4]。基于预热半焦与原半焦的工业分析情况，元素分析的情况等，借助灰平衡的方式与各个元素预热过程进行数据转化分析，其公式为：CN=1-。

公式中，A1为细粉半焦中灰存在数值，A2即为预热半焦中灰存在数值，X1为细粉半焦中X元素存在数值，X2即为预热半焦中X元素存在数值。

2 结果与分析

2.1 预热期间氮元素的转化分析

预热期间，循环流化床能够处于稳定的运行状态下，其温度差值相对较小，且预热期间能够保证其整体运行的稳定性[5]。细粉半焦能够在部分燃烧的状态下，释放相应的热量，且使循环流化床温度保持在900摄氏度。预热期间，因为细粉半焦温度快速上升，故而致使其半焦颗粒中温度梯度相对较大。在热应力的影响下，半焦颗粒会产生破碎现象，其破碎期间，粒径会显著减少。

颗粒直径较大的情况，会影响其内部氮元素的转化与释放效果，不利于氧气的扩散，故而内部燃烧的效果也会受到阻碍性影响[6]。半焦颗粒燃烧期间，其燃烧反应与颗粒内部的孔径也存在着密切关联。燃烧期间孔径结果会发生转变，对其反应活性特点、燃烧效果等也会产生较大影响。

预热期间，循环流化床中还原性反应的生成，需要适当增加氧气，通过孔径进入其中，使得半焦颗粒能够与碳产生联合反应，达到内部燃烧的作用价值。小孔收缩与合并的方式下，也会增加颗粒内部大孔径孔隙[7]。颗粒在预热期间，循环流化床能够增加还原性气体，氧气增加的情况下，则燃烧反应也会更加显著。颗粒中碳结构消耗会致使其强度下降，内部空隙出现破裂的情况。同时表面积增加。

2.2 燃烧期间氮元素的转化分析

预热燃料过程中，其温度在800摄氏度之上。下行燃烧室中，预热燃料遇到二次风，则会产生快速燃烧现状，不会发生着火的问题[8]。在不同的颗粒比表面积变化模式下，燃烧过程与燃烧所能够达到的温度也会具有差异性特点。根据下行燃烧室温度状态而言，颗粒燃烧效果较强的位置，其温度也会相对较高，高温与剧烈的燃烧反应之间具有正相关关系。同时，燃烧也会消耗诸多碳结构，致使颗粒发生破裂的现象，比表面积显著下降。氮元素的释放与空隙结构之间具有密切关联。比较发达的空隙下，氧气的扩散效果相对较好，随之比较利于氮元素的释放。

3 结束语

3.1 预热期间，颗粒比表面积与孔径会直接影响氮元素的释放量，半焦颗粒比表面积较大，孔径较大的情况下，则比较利于氮元素的释放。

3.2 细粉半焦预热燃烧过程中，颗粒的比表面筋与颗粒的直径均会随之发生变化，呈现出不断降低的状态。颗粒中氮含量会随着这种变化发生转变，从循环流化床出口考试，峰强度不断处于下降状态下，需要明确重要的影响位置，判断温度设置是否合理等。

3.3 燃烧期间需要对下行燃烧室配风情境进行分析。适当减少二次风当量比，有助于促进内部循环，对三次风配风条件的转变奠定基础。

参考文献：

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[2]杨二浩，朱建国，欧阳子区，等.细粉半焦预热燃烧过程中颗粒特性与氮元素释放关系实验研究[J].中国电机工程学报，2017，37

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[8]Ouyang Ziqu，Zhu Jianguo，Lü Qinggang.Experimental study on combustion and NOX emission of pulverized anthracite coal preheated by a circulating fluidized bed[J].Proceedings of the CSEE，2014，34（11）：1748-1754.

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