李鵬鵬,任強(qiáng)強(qiáng),呂清剛,王 超,張 馳,韓紹博

(1.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,北京 102206;2.中國科學(xué)院工程熱物理研究所,北京 100190;3.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049;4.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),安徽 合肥 230026)

0 引 言

水泥熟料生產(chǎn)過程中,石灰質(zhì)的分解和煤等化石燃料的燃燒會(huì)導(dǎo)致大量CO2排放,在雙碳目標(biāo)下,水泥行業(yè)面對(duì)巨大挑戰(zhàn)。生物質(zhì)燃料作為可再生清潔能源,同時(shí)也是僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源,約占世界能源消費(fèi)的10%[1-2]。應(yīng)用生物質(zhì)燃料降低煤炭使用的技術(shù)在各行業(yè)均受到重視,水泥工業(yè)同樣如此,理論上應(yīng)用生物質(zhì)減少碳排放的潛力較大。使用生物質(zhì)替代燃料能夠在熟料生產(chǎn)能耗基本不變的情況下節(jié)約一次能源的使用,所產(chǎn)生的二氧化碳享受無排放待遇[3]。

但在水泥生產(chǎn)的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)純生物質(zhì)替代燃料的應(yīng)用目前存在以下問題:一是生物質(zhì)燃料的季節(jié)性及運(yùn)輸?shù)瘸杀疽蛩?二是生物質(zhì)燃料技術(shù)不夠完善,持續(xù)運(yùn)行的周期也較短;個(gè)別生物質(zhì)燃料還可能存在高硫或高氮成分。燃煤混合生物質(zhì)燃料燃燒能在一定程度解決以上問題。近年來歐洲多國及日本[4-5]由于政策驅(qū)動(dòng),燃煤耦合生物質(zhì)燃燒技術(shù)得到很好的推廣應(yīng)用,且在完善政策法規(guī)和相關(guān)技術(shù)方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。但當(dāng)前針對(duì)生物質(zhì)低碳燃料應(yīng)用于水泥生產(chǎn)研究主要集中于生物質(zhì)對(duì)水泥熟料的影響[6-8],而對(duì)生物質(zhì)在分解爐中的燃燒狀況的研究較少,且主要是應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬研究[9-10],因此有必要進(jìn)行試驗(yàn),從而更真實(shí)了解煤和生物質(zhì)在分解爐中的耦合燃燒狀況。

近年來多個(gè)研究機(jī)構(gòu)提出,煤經(jīng)處理后的預(yù)熱燃料代替煤粉直接投入分解爐的方式對(duì)分解爐內(nèi)燃燒性能的提高和有害氣體排放的減少,有良好的促進(jìn)作用,同時(shí)預(yù)處理可增強(qiáng)分解爐對(duì)不同燃料的適應(yīng)性。中國科學(xué)院力學(xué)研究所提出了水泥爐窯高溫三次風(fēng)煤粉氣化低氮燃燒技術(shù),基本原理是在分解爐燃料入口處外置煤粉預(yù)氣化爐,將原本直接進(jìn)入分解爐的煤粉氣化,生成氣化煤氣后送入分解爐[11]。

類似地,中國科學(xué)院工程熱物理研究所于2007年提出了煤粉預(yù)熱后再燃燒的新方法[12],后續(xù)大量研究[13-16]和實(shí)際工程應(yīng)用見證了循環(huán)流化床預(yù)熱工藝的發(fā)展與成熟。WU等[17-20]提出在煤粉進(jìn)入水泥分解爐前首先經(jīng)循環(huán)流化床預(yù)熱器預(yù)熱,試驗(yàn)過程中的煤粉預(yù)熱燃燒被證明是一種可有效提高燃料燃燒效率的方法,可減少燃料用量,并減少碳排放和氮氧化物等污染物排放。寧夏某2 500 t/d示范工程采用五級(jí)懸浮預(yù)熱+窯外預(yù)分解工藝,以榆林煙煤為燃料,生產(chǎn)每噸熟料煤耗為140～150 kg。這種改進(jìn)工藝應(yīng)用循環(huán)流化床作為預(yù)熱器,而循環(huán)流化床的一大特點(diǎn)就是燃料適應(yīng)性強(qiáng),加之生物質(zhì)應(yīng)用于分解爐存在各種問題,因此對(duì)循環(huán)流化床對(duì)煤/耦合生物質(zhì)的預(yù)熱特性進(jìn)行研究可為煤/耦合生物質(zhì)應(yīng)用于分解爐提供幫助。

筆者旨在探明煤/生物質(zhì)混合燃料進(jìn)入分解爐前的預(yù)熱特性。研究對(duì)象包括預(yù)熱爐出口煤氣氣氛,出口固體樣本的活性變化,包括煤粉的粒徑變化和稻殼的碳化程度及固體預(yù)熱燃料的碳活性。為煤和生物質(zhì)摻混而成的低碳燃料經(jīng)循環(huán)流化床預(yù)熱后應(yīng)用于水泥生產(chǎn)工況調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù)支撐和指導(dǎo)性意見。

1 工藝流程及試驗(yàn)系統(tǒng)

試驗(yàn)裝置及工藝流程如圖1所示。該裝置主要由1個(gè)循環(huán)流化床預(yù)熱器構(gòu)成。循環(huán)流化床預(yù)熱器的提升管內(nèi)徑為78 mm,高度為1 500 mm,在提升管軸線位置距離布風(fēng)板100、500、1 450 mm處布置3個(gè)(Ni-Cr/Ni-Si)熱電偶,返料腿和旋風(fēng)分離器出口也分別布置了1個(gè)相同的熱電偶,用于測量提升管底部、中部、頂部、返料器和旋風(fēng)分離器出口的溫度,分別對(duì)應(yīng)圖1中T1～T5。爐膛中和旋風(fēng)分離器出口分別布置了一個(gè)壓力感應(yīng)器,結(jié)合壓力變化和溫度變化兩方面因素監(jiān)測爐體運(yùn)行狀態(tài)。提升管周圍布置硅碳棒,用于提升管的升溫點(diǎn)火或維持溫度,外層包裹不可燃的保溫棉,在試驗(yàn)中避免熱量損失。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)簡圖Fig.1 Schematic diagram of the test bench

試驗(yàn)燃料由給料機(jī)通過螺旋給料器送入距提升管底部200 mm處的給料口。為使循環(huán)流化床穩(wěn)定運(yùn)行,試驗(yàn)前應(yīng)在爐膛中鋪設(shè)高度約200 mm的石英砂(380 μm(40目))作為床料。將3股空氣通入爐體:一次風(fēng)、返料風(fēng)和播煤風(fēng)。其中一次風(fēng)風(fēng)量最大,主要流化提升管內(nèi)的床料和燃料,并提供氧氣發(fā)生氣化反應(yīng)和燃燒反應(yīng);返料風(fēng)由下料管底部通入,作用是將旋風(fēng)分離器分離下來的大顆粒吹回提升管;播煤風(fēng)在給料系統(tǒng)的下料管通入,用于運(yùn)載燃料通過下料管,從給料口送入爐膛。這3處風(fēng)分別由3個(gè)質(zhì)量流量計(jì)控制。

其中各熱電偶溫度、各處壓力數(shù)據(jù)均通過PLC控制器采集顯示在計(jì)算機(jī)操作界面上,給料機(jī)的電機(jī)頻率、質(zhì)量流量計(jì)流量、電加熱開度也由計(jì)算機(jī)操作,通過PLC發(fā)出指令并反饋數(shù)據(jù)。

在旋風(fēng)分離器出口處開1個(gè)取樣口,用于煤氣成分的測量和固體焦炭的取樣。大部分尾氣通入尾氣處理裝置,凈化后排放。

試驗(yàn)啟動(dòng)過程如下:首先逐步開啟電加熱,并穩(wěn)定升溫,爐體底部和中部溫度達(dá)到500 ℃時(shí),將煤送入爐膛點(diǎn)燃煤粉,少量、間斷地送入燃料以使?fàn)t體更快升溫,爐體底部達(dá)到600 ℃時(shí)開始連續(xù)送料,逐漸增大給料量和一次風(fēng)量直到設(shè)計(jì)值,保持爐內(nèi)燃料完全燃燒狀態(tài),使提升管溫度持續(xù)穩(wěn)步上升,此時(shí)預(yù)熱燃燒器啟動(dòng)完畢。完成啟動(dòng)后,調(diào)節(jié)燃料量、風(fēng)量及電加熱裝置至工況設(shè)計(jì)值,觀察各處溫度,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后即為進(jìn)入試驗(yàn)工況。

還原爐工況分為2組:第1組是工況1～5,通過改變一次風(fēng)量,探究不同氧碳比對(duì)預(yù)熱燃料的影響,其中氧碳比是穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)單位時(shí)間內(nèi)通入O2與C的摩爾質(zhì)量比;第2組是工況1及工況6～9,即在低氧碳比的條件下,盡可能保持爐膛其他條件不變,通過不同功率的電爐輔熱,使循環(huán)流化床處于不同溫度下,探究溫度變化對(duì)燃料氣化特性影響。

各工況設(shè)計(jì)見表1,對(duì)每組工況進(jìn)行還原爐氣體(煤氣成分)分析和固體取樣。

表1 各工況循環(huán)流化床運(yùn)行條件

在試驗(yàn)中撥煤風(fēng)量和返料風(fēng)量為固定值,分別為15、25 L/min。試驗(yàn)前給爐膛中加入粒度為0.1～0.5 mm的石英砂床料2.5 kg。試驗(yàn)燃料之一選用神木煤,粒度為0～0.5 mm,粒徑分布如圖2所示,其中d50和d90分別指顆粒50%和90%質(zhì)量切割粒徑,其值分別為167.833和459.138 μm。試驗(yàn)所用燃料由神木煤和生物質(zhì)(稻殼)按質(zhì)量比6∶4摻混而成。各燃料的工業(yè)分析、元素分析及熱值見表2。

表2 燃料的性質(zhì)

圖2 煤的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of coal

2 結(jié)果與分析

2.1 氧碳比對(duì)預(yù)熱燃料性質(zhì)的影響

2.1.1 氧碳比對(duì)循環(huán)流化床運(yùn)行的影響

根據(jù)第2節(jié)試驗(yàn)流程進(jìn)行表1中5個(gè)試驗(yàn)工況,每個(gè)工況在切換預(yù)熱空氣量后30 min內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),運(yùn)行是否穩(wěn)定由爐膛溫度決定,并且每個(gè)工況穩(wěn)定時(shí)間約1 h。圖3為每個(gè)工況穩(wěn)定后預(yù)熱爐溫度分布。

圖3 預(yù)熱爐溫度分布Fig.3 Temperature distribution of preheating furnace

隨氧碳比增大,循環(huán)流化床各處的溫度均明顯上升,這是因?yàn)檠跆急仍酱?燃料在爐內(nèi)燃燒的份額越大,釋放總熱量越多。且隨氧碳比增加,T1～T4相互間溫度差值也越來越小,這是由于在相同給料量下,氧碳比越大,流化速度越大,整個(gè)循環(huán)流化床循環(huán)量的提升導(dǎo)致預(yù)熱爐溫度更加均勻。

在5個(gè)工況下,提升管底部溫度均大于提升管中部和上部,這是由于稻殼易燃,在分解爐底部完成了大部分燃燒和氣化,并放出熱量,在工況5時(shí)提升管底部與中部溫度最低,在空氣量增大的情況下,流化風(fēng)速大,稻殼燃燒和氣化釋放的熱量并非在底部完成,而是在中下部完成。

2.1.2 氧碳比對(duì)預(yù)熱焦炭性質(zhì)的影響

分解爐中燃料粒徑對(duì)燃燒狀態(tài)有重要影響。循環(huán)流化床出口預(yù)熱焦炭粒徑越小,其在分解爐中更易與二次風(fēng)中的氧氣接觸并發(fā)生反應(yīng)。粒徑隨氧碳比變化如圖4所示。隨氧碳比增大,預(yù)熱燃料的粒徑逐步減小。說明隨一次風(fēng)增加,預(yù)熱爐內(nèi)反應(yīng)更劇烈,同時(shí)由于流化風(fēng)速增大,爐內(nèi)顆粒碰撞更劇烈,導(dǎo)致預(yù)熱燃料的粒徑隨氧碳比的增大而減小。 固相預(yù)熱燃料的工業(yè)分析和元素分析見表3。

表3 不同氧碳比產(chǎn)生預(yù)熱燃料的性質(zhì)

圖4 粒徑隨氧碳比變化Fig.4 Particle size changes with O2/C ratio

隨氧碳比增加,固定碳含量減少,灰分增加,說明在預(yù)熱過程中,給入空氣越多,燃料的燃燒份額越大,相應(yīng)的,熱量釋放增多也導(dǎo)致預(yù)熱器溫度上升。根據(jù)元素分析結(jié)果,預(yù)熱燃料中N、C、H、S含量均減少,這與工業(yè)分析中灰分增大的結(jié)果一致。

假定預(yù)熱前后燃料的灰分不參與反應(yīng)且質(zhì)量不變,根據(jù)預(yù)熱過程的灰平衡計(jì)算公式(1)計(jì)算預(yù)熱過程中燃料各組分(X組分)的釋放率:

(1)

其中,CX為燃料組分X的釋放率;A1和X1分別為預(yù)熱前耦合燃料的灰分和組分X的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)。計(jì)算方法由式(2)和(3)給出,A2和X2分別為高溫預(yù)熱焦炭中灰分和組分X的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

A1=aARH+(1-a)AC,

(2)

X1=aXRH+(1-a)XC。

(3)

其中,ARH和XRH分別為稻殼的灰分和組分X的質(zhì)量分?jǐn)?shù);AC和XC分別為神木煙煤的灰分和組分X的總質(zhì)量分?jǐn)?shù);a為稻殼占耦合燃料的質(zhì)量分?jǐn)?shù),本試驗(yàn)a為常數(shù)0.4,即各組試驗(yàn)所用燃料稻殼質(zhì)量占比均為40%。

燃料在5種工況下的各組分轉(zhuǎn)化率見表4。

表4 不同氧碳比下各組分轉(zhuǎn)化率

由表4可知,在各組試驗(yàn)中,揮發(fā)分的轉(zhuǎn)化率均保持在95%左右,各工況間差異不大,這是由于即使在氧碳比最小、溫度最低情況下,提升管中部溫度也達(dá)近800 ℃,經(jīng)完全反應(yīng)后的耦合燃料中揮發(fā)分幾乎完全釋放。除揮發(fā)分外,其他各組分的轉(zhuǎn)化率均隨氧碳比的增加明顯增加,說明燃燒份額的增加導(dǎo)致耦合燃料中碳鏈斷裂,更多碳元素被釋放到氣相中去。

在預(yù)熱過程中著重關(guān)注預(yù)熱燃料C和N元素的遷移過程,因?yàn)檫@2個(gè)元素的遷移決定了燃料能量利用率和污染物排放:水泥分解爐燃料預(yù)熱過程中,使碳盡量轉(zhuǎn)化為有助于其在分解爐中燃燒的活性碳位點(diǎn)或氣態(tài)碳,可促進(jìn)分解爐中化學(xué)能向熱能有效轉(zhuǎn)化;而對(duì)于氮元素的遷移過程,水泥生產(chǎn)過程的特殊性導(dǎo)致氮氧化物排放難以控制,了解預(yù)熱過程中氮元素的轉(zhuǎn)化過程,有助于控制分解爐中氮氧化物的生成。N和C轉(zhuǎn)化率隨氧碳比變化如圖5所示。

圖5 N和C轉(zhuǎn)化率隨氧碳比變化Fig.5 Changes of N and C conversions with O2/C ratio

在預(yù)熱過程中隨氧碳比提高,碳釋放率由58%增至81%,釋放的碳元素一部分轉(zhuǎn)化為可燃碳基氣體,剩余部分與一次風(fēng)中的氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng),放出熱量維持循環(huán)流化床的溫度?？扇继蓟鶜怏w和剩余的焦炭會(huì)在分解爐中與二次風(fēng)中的氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng),提供生料分解所需熱量。同時(shí)在預(yù)熱過程中耦合燃料的氮元素釋放率由42%升至74%,表明這部分燃料氮隨含氮雜環(huán)的斷裂由固相釋放到氣相中,剩余燃料氮將在分解爐中完成釋放。預(yù)熱過程和燃燒過程的燃料氮轉(zhuǎn)化路徑對(duì)于整個(gè)分解爐中的NOx轉(zhuǎn)化和生成及最終NOx排放十分重要,一般而言,氮元素在進(jìn)入分解爐前的提前釋放可使以HCN、NH4為主要形式存在的游離N元素在強(qiáng)還原氣氛中被還原為穩(wěn)定的氮?dú)鈁21-22],從而降低煙道中NOx排放,說明煤粉預(yù)熱過程均具有很大的氮還原潛力。

對(duì)比圖5中C、N元素的變化趨勢(shì),可以看出N轉(zhuǎn)化率和C轉(zhuǎn)化率的變化趨勢(shì)較一致,在氧碳比較低的情況下C和N轉(zhuǎn)化率隨氧碳比上升變化較弱,氧碳比大于0.5時(shí),C、N元素轉(zhuǎn)化率隨氧碳比的提高明顯提高。更高的碳氮轉(zhuǎn)化率可使水泥窯分解爐中的燃料燃燒更加充分,氮氧化物的排放得到更有效控制,但更高的碳氧比可能導(dǎo)致熱量提前釋放,可能增加系統(tǒng)熱損失。

2.2 爐膛溫度對(duì)預(yù)熱燃料性質(zhì)的影響

2.2.1 溫度對(duì)循環(huán)流化床運(yùn)行的影響

根據(jù)5個(gè)試驗(yàn)工況,每個(gè)工況在切換預(yù)熱空氣量后30 min內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),運(yùn)行是否穩(wěn)定由爐膛溫度決定,并且使每個(gè)工況穩(wěn)定時(shí)間約1 h。通過電加熱控制循環(huán)流化床中的溫度,以T2為代表溫度,每提高約25 ℃為1個(gè)工況,每個(gè)工況在固定的電輔熱功率下均可長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。整個(gè)試驗(yàn)過程溫度變化如圖6所示。循環(huán)流化床在完成升溫并穩(wěn)定后控制電加熱功率,溫度達(dá)到目標(biāo)溫度并且穩(wěn)定后進(jìn)行取樣和氣體測量。

圖6 不同電加熱功率下爐體各處溫度分布Fig.6 Temperature of furnace under diflerent heating powers

由圖6可知,通過電輔熱提升循環(huán)流化床溫度可使溫度分布更均勻,由于電加熱主要分布在提升管處,相比于通過提升氧碳比提升溫度,增加加熱功率對(duì)循環(huán)流化床各處溫度的提升不均勻,循環(huán)流化床出口的溫度提升相比提升管處溫度變化較小。

2.2.2 溫度對(duì)預(yù)熱煤氣成分及熱值的影響

在每個(gè)工況穩(wěn)定后進(jìn)行氣體取樣測量,不同提升管溫度下循環(huán)流化床出口的氣體成分如圖7所示。

圖7 氣體成分及低位熱值隨預(yù)熱溫度變化曲線Fig. 7 Gas composition and low calorific values changes with different temperature

由圖7可知,通過外熱源對(duì)循環(huán)流化床進(jìn)行電加熱可以明顯提升CO、CH4、H2等預(yù)熱煤氣有效燃燒組分的生成,這表現(xiàn)在煤氣熱值提升,提升管中部溫度由793 ℃升至903 ℃后,預(yù)熱煤氣熱值由1.53 MJ/m3升至2.50 MJ/m3,說明溫度可明顯增強(qiáng)氣化作用,即隨溫度上升,稻殼和煤粉中更多的固定碳與CO2和水蒸氣反應(yīng),由于各工況下供入空氣量不變,且循環(huán)流化床出口氧氣體積分?jǐn)?shù)一直保持在0,更多氣化反應(yīng)的發(fā)生會(huì)占據(jù)床層里發(fā)生的燃燒反應(yīng)所占份額,避免預(yù)熱爐煤氣中有效成分損失,保證后端水泥窯分解爐中熱量的釋放。

2.2.3 溫度對(duì)預(yù)熱焦炭性質(zhì)的影響

為研究預(yù)熱過程對(duì)于煤粉和稻殼當(dāng)中各種組分的影響,收集不同爐膛溫度下通過循環(huán)流化床預(yù)熱產(chǎn)生的固相預(yù)熱燃料,進(jìn)行工業(yè)分析和元素分析,結(jié)果見表5。

表5 預(yù)熱溫度影響固相成分變化

由表5可以看出,隨溫度上升,固定碳及C、H元素占比顯著下降,說明更高的溫度促進(jìn)了這些成分由固相向氣相轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致預(yù)熱燃料中殘留灰分占比增多,表中灰分占比隨溫度上升也證實(shí)了這一結(jié)果。

耦合燃料經(jīng)過不同溫度的循環(huán)流化床處理后各組分轉(zhuǎn)化率計(jì)算結(jié)果見表6,N元素和C元素轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖8所示。

表6 不同預(yù)熱溫度下各組分轉(zhuǎn)化率

圖8 N轉(zhuǎn)化率和C轉(zhuǎn)化率隨氧碳比變化Fig.8 Changes of N and C conversions with changes of different temperature

提升溫度對(duì)耦合預(yù)熱燃料除水分和揮發(fā)分外各組分的轉(zhuǎn)化率均有不同程度提升,其對(duì)N、C元素轉(zhuǎn)化率提升尤其明顯:提升管溫度由793 ℃升至903 ℃,N轉(zhuǎn)化率由0.43升至0.61,C轉(zhuǎn)化率由0.58升至0.71。而揮發(fā)分未明顯提升的原因與前文相似,即使在工況1時(shí)溫度最低的情況下,提升管中部溫度也達(dá)800 ℃,完全反應(yīng)后耦合燃料中的揮發(fā)分幾乎完全釋放。

將通過電加熱提升溫度的各工況與之前通過增加氧碳比提升溫度的工況綜合對(duì)比,可知相似溫度下增加氧碳比導(dǎo)致固相預(yù)熱燃料中灰分增加,C含量減少,這在各組分轉(zhuǎn)化率的對(duì)比上也有體現(xiàn)。結(jié)合煤氣成分綜合比較,得出結(jié)論:只通過外熱源加熱升溫相較通過增加空氣量加熱升溫能更有效提升預(yù)熱燃料質(zhì)量,其氣相成分熱值更高,還原性更強(qiáng),固相成分也由于相對(duì)燃燒份額的降低而保留了更多C,可提供的熱值也更多。

2.3 預(yù)熱處理對(duì)煤粉和稻殼顆粒微觀性狀的影響

為進(jìn)一步了解煤/稻殼耦合預(yù)熱產(chǎn)生的預(yù)熱燃料對(duì)分解爐中狀況的影響,應(yīng)用SEM觀察各工況下預(yù)熱焦炭,發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)參數(shù)不同的工況下,均可發(fā)現(xiàn)呈塊狀但出現(xiàn)孔洞和碎裂的煤制焦炭,但由于每個(gè)工況下均能發(fā)現(xiàn)不同孔隙大小的焦炭,無法通過電鏡觀察進(jìn)行工況區(qū)分,可通過氮吸附等方法進(jìn)行煤焦孔徑定量分析。

原煤和焦炭間對(duì)比明顯(圖9(a)和圖9(b)),原煤表面光整,無氣孔,表明存在小顆粒附著物。預(yù)熱處理后焦炭表面變得粗糙,出現(xiàn)較多孔洞,孔隙率大幅增加,從而使比表面積增加。

圖9 SEM掃描圖Fig.9 SEM figures

除塊狀半焦外,可在電鏡觀察中發(fā)現(xiàn)具有明顯纖維特征的半焦,其孔洞明顯大于其他塊狀半焦,如圖9(c)所示,這是預(yù)熱燃料中的稻殼制半焦,相比之下,圖9(b)中半焦孔隙發(fā)育不完全,孔隙結(jié)構(gòu)不均勻,大孔和微孔交替出現(xiàn)。

3 結(jié) 論

1)氧碳比的增加會(huì)使煤和稻殼耦合預(yù)熱產(chǎn)生的焦炭灰分增加,其他組分減少。除揮發(fā)分外的其他各組分的轉(zhuǎn)化率均隨氧碳比的增加而明顯增加。且隨一次風(fēng)增加,預(yù)熱爐內(nèi)反應(yīng)和顆粒碰撞更劇烈,導(dǎo)致預(yù)熱燃料粒徑減小。

2)外熱源升溫可以明顯提升CO、CH4、H2等煤氣有效燃燒組分的生成,表現(xiàn)在煤氣熱值的提升。而焦碳顆粒中有效燃燒組分減少,說明更高的溫度促進(jìn)了循環(huán)流化床預(yù)熱器中這些組分由固相向氣相轉(zhuǎn)化。

3)在正常循環(huán)流化床運(yùn)行下,難以通過電子顯微鏡區(qū)分溫度在800～900 ℃、氧碳比在0.30～0.45的煤制焦炭孔隙。但稻殼制半焦具有明顯的纖維特征,其孔洞明顯大于其他塊狀半焦,與煤制半焦的性狀差距較明顯。