楊凱

摘 要：以實驗分析的方式，構(gòu)建工藝流程，在實驗調(diào)查中明確了解細粉半焦預熱燃燒過程中顆粒特性與氮元素釋放的關(guān)系。實驗研究結(jié)果顯示，預熱過程期間顆粒的表面積、孔徑、燃燒室不同配風情況等均能夠?qū)Φ氐尼尫判Чa(chǎn)生重要影響。在實踐調(diào)查的基礎上，明確相關(guān)影響因素，提升細粉半焦預熱燃燒管理的質(zhì)量?；谄涞蒯尫判ЧM行綜合管理，保證燃燒質(zhì)量的基礎上，降低各類不良問題發(fā)生率，對現(xiàn)代相關(guān)技術(shù)研究工作的發(fā)展能夠提供更多參考性數(shù)據(jù)，進而發(fā)揮科學管理與協(xié)調(diào)的作用價值。

關(guān)鍵詞：細粉半焦；預熱燃燒過程；顆粒特性；氮元素；釋放關(guān)系

中圖分類號：TQ534 文獻標志碼：A 文章編號：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

低階煤熱解提質(zhì)為現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其中細粉半焦能夠提煉出低階煤熱解提質(zhì)，經(jīng)過處理的細粉半焦處理效果與燃燒效果會有所差異。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的快速發(fā)展，對細粉半焦預熱燃燒作用價值的分析逐漸增加，需要明確其顆粒特征，了解細粉半焦預熱燃燒與氮元素釋放之間所存在的關(guān)聯(lián)，為進一步實踐研究工作的開展奠定良好基礎。文章將通過實驗調(diào)查的方式進行分析，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)研究活動帶來一定借鑒價值。

1 工藝流程與實驗方法

1.1 工藝流程

細粉半焦預熱燃燒實驗中，具體包含三個部分內(nèi)容，即為燃燒預熱的循環(huán)流化床、預熱燃料燃燒的下行燃燒室以及相應的輔助體系[1]。其中，循環(huán)流化床提升直徑大致為90mm，高度為1500mm。在實際工作過程中，細粉半焦通過燃燒的方式增加其內(nèi)部溫度，其溫度能夠持續(xù)保持在800攝氏度之上。細粉半焦預熱過程中，顆粒特性會發(fā)生顯著變化，且氮元素能夠轉(zhuǎn)化為氮氣或者其他形態(tài)的氮化合物。

預熱過程中，會生成一氧化碳、氫氣以及甲烷等，預熱后細粉半焦也可以稱之為預熱半焦[2]。煤氣和預熱半焦之后，能夠構(gòu)成預熱燃料，通過管道送往燃燒室，其燃燒效果相對比較理想。

在下行燃燒室中，因為預熱燃料溫度會高于燃料著火點，故而預熱燃料在和二次風相遇的情況下，則會產(chǎn)生燃燒現(xiàn)狀，但是不存在著火的問題[2]。下行燃燒內(nèi)徑設置為260mm，高度設置為3000mm，預熱燃料能夠從下行燃燒室頂端核心位置的管噴中置入，其直徑為50mm。二次風噴口布局設置期間，需要明確其應用價值與作用效果，科學規(guī)劃直徑，詳見圖1。

1.2 實驗研究

應用神木半焦展開實驗工作，為固定床熱解提油后的產(chǎn)物，在破碎處理之后，直徑范圍為0～0.5mm，50%切割粒徑d50為132μm[3]。因為細粉半焦為神木煤熱解后的產(chǎn)物，故而熱解期間其分子結(jié)構(gòu)會受到破壞，細粉半焦產(chǎn)生聚集反應效果，香味增加，氮元素易于集中在芳香環(huán)當中。氮元素存在的形態(tài)更加固定，故而細粉半焦中氮元素釋放相較于原煤復雜。

實驗研究中可以基于細粉半焦融入量的差異性配置、一次風、二次風當量比等設計的方式，對不同環(huán)境下細粉半焦預熱燃燒過程與氮元素釋放情況加以分析，明確其構(gòu)成元素與釋放條件[4]?；陬A熱半焦與原半焦的工業(yè)分析情況，元素分析的情況等，借助灰平衡的方式與各個元素預熱過程進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化分析，其公式為：CN=1-。

公式中，A1為細粉半焦中灰存在數(shù)值，A2即為預熱半焦中灰存在數(shù)值，X1為細粉半焦中X元素存在數(shù)值，X2即為預熱半焦中X元素存在數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 預熱期間氮元素的轉(zhuǎn)化分析

預熱期間，循環(huán)流化床能夠處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)下，其溫度差值相對較小，且預熱期間能夠保證其整體運行的穩(wěn)定性[5]。細粉半焦能夠在部分燃燒的狀態(tài)下，釋放相應的熱量，且使循環(huán)流化床溫度保持在900攝氏度。預熱期間，因為細粉半焦溫度快速上升，故而致使其半焦顆粒中溫度梯度相對較大。在熱應力的影響下，半焦顆粒會產(chǎn)生破碎現(xiàn)象，其破碎期間，粒徑會顯著減少。

顆粒直徑較大的情況，會影響其內(nèi)部氮元素的轉(zhuǎn)化與釋放效果，不利于氧氣的擴散，故而內(nèi)部燃燒的效果也會受到阻礙性影響[6]。半焦顆粒燃燒期間，其燃燒反應與顆粒內(nèi)部的孔徑也存在著密切關(guān)聯(lián)。燃燒期間孔徑結(jié)果會發(fā)生轉(zhuǎn)變，對其反應活性特點、燃燒效果等也會產(chǎn)生較大影響。

預熱期間，循環(huán)流化床中還原性反應的生成，需要適當增加氧氣，通過孔徑進入其中，使得半焦顆粒能夠與碳產(chǎn)生聯(lián)合反應，達到內(nèi)部燃燒的作用價值。小孔收縮與合并的方式下，也會增加顆粒內(nèi)部大孔徑孔隙[7]。顆粒在預熱期間，循環(huán)流化床能夠增加還原性氣體，氧氣增加的情況下，則燃燒反應也會更加顯著。顆粒中碳結(jié)構(gòu)消耗會致使其強度下降，內(nèi)部空隙出現(xiàn)破裂的情況。同時表面積增加。

2.2 燃燒期間氮元素的轉(zhuǎn)化分析

預熱燃料過程中，其溫度在800攝氏度之上。下行燃燒室中，預熱燃料遇到二次風，則會產(chǎn)生快速燃燒現(xiàn)狀，不會發(fā)生著火的問題[8]。在不同的顆粒比表面積變化模式下，燃燒過程與燃燒所能夠達到的溫度也會具有差異性特點。根據(jù)下行燃燒室溫度狀態(tài)而言，顆粒燃燒效果較強的位置，其溫度也會相對較高，高溫與劇烈的燃燒反應之間具有正相關(guān)關(guān)系。同時，燃燒也會消耗諸多碳結(jié)構(gòu)，致使顆粒發(fā)生破裂的現(xiàn)象，比表面積顯著下降。氮元素的釋放與空隙結(jié)構(gòu)之間具有密切關(guān)聯(lián)。比較發(fā)達的空隙下，氧氣的擴散效果相對較好，隨之比較利于氮元素的釋放。

3 結(jié)束語

3.1 預熱期間，顆粒比表面積與孔徑會直接影響氮元素的釋放量，半焦顆粒比表面積較大，孔徑較大的情況下，則比較利于氮元素的釋放。

3.2 細粉半焦預熱燃燒過程中，顆粒的比表面筋與顆粒的直徑均會隨之發(fā)生變化，呈現(xiàn)出不斷降低的狀態(tài)。顆粒中氮含量會隨著這種變化發(fā)生轉(zhuǎn)變，從循環(huán)流化床出口考試，峰強度不斷處于下降狀態(tài)下，需要明確重要的影響位置，判斷溫度設置是否合理等。

3.3 燃燒期間需要對下行燃燒室配風情境進行分析。適當減少二次風當量比，有助于促進內(nèi)部循環(huán)，對三次風配風條件的轉(zhuǎn)變奠定基礎。

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