单颗粒固体燃料燃烧特性的研究是实现固体燃料洁净燃烧的基础。本文采用实验与理论分析相结合的方法，研究了灰分含量、升温速率对煤泥燃烧特性参数和动力学参数的影响，单颗粒煤泥的着火与燃烧过程，以及单颗粒煤泥燃烧过程中的污染物排放。主要工作如下:
1)采用热重分析仪研究了不同灰分含量的煤泥在不同的升温速率下的释热失重过程。通过对TG和DTG曲线的分析，求解了煤泥的燃烧特性参数，结合Coats-Redfen积分法，求解了燃烧动力学参数。结果表明，在相同的升温速率条件下，随着煤泥灰分的升高，TG和DTG曲线向高温区域移动、DTG曲线的峰值逐渐减小、着火温度先降低后升高、着火延迟时间略有降低、可燃性指数降低、着火稳燃特性先升高后降低、燃尽特性指数先降低后升高、活化能逐渐升高。
2)设计搭建了单颗粒煤泥燃烧实验台，其主要由气瓶、质量流量控制器、气体混合室、管状立式加热炉、控温装置、燃料颗粒传输装置和图像数据采集系统等构成;可实现多种工况参数的设定，如环境气体组分、温度和流速等;可通过图像数据采集系统进行煤泥颗粒着火现象、着火延迟时间、着火温度、燃烧过程和烟气组分浓度等实验数据的采集，研究煤泥颗粒的着火和燃烧过程。
3)在管状立式加热炉中，营造N2/O2氛围，研究了热氛围温度、氧浓度和流速对单个煤泥颗粒的着火和燃烧过程的影响。结果表明，当气体流速一定时，焦的非均相着火多发生在中低氧浓度和低温条件;炭的非均相着火多发生在高氧浓度条件下;挥发分的均相着火多发生在高温中低氧浓度条件下。随着热氛围温度和氧浓度的升高，着火温度与着火延迟时间逐渐减小。
4)在管状立式加热炉中，营造CO2/O2氛围，研究了热氛围温度、氧浓度和流速对单个煤泥颗粒的着火和燃烧过程的影响，并与N2/O2氛围进行了对比分析。实验表明，在相同的热氛围温度和氧浓度条件下，CO2/O2比N2/O2的比热容高，且氧分子在CO2/O2氛围中的扩散速率较低，导致CO2/O2氛围中煤泥颗粒的着火延迟时间增加、着火温度升高，燃烧剧烈程度降低。
5)在管状立式加热炉中，分别研究了N2/O2和CO2/O2氛围中，氧浓度和温度对单颗粒煤泥燃烧过程中的烟气排放与燃尽后的残渣颗粒表面形貌和元素分布的影响规律。实验结果表明，CO2/O2氛围削弱了碳氧化成二氧化碳的过程的同时，加强了焦的气化反应过程。氧浓度和热氛围温度的升高，有利于NOx的形成。在相同热氛围温度下，煤泥颗粒所处热氛围还原性越高，其灰分粘度越低。在CO2/O2氛围中，燃烧的煤泥颗粒周围气体的还原性强于N2/O2氛围，从而导致CO2/O2氛围中煤泥颗粒残渣表面熔融烧结的程度更高。
- 作 者：
- 周坤
- 学科专业：
- 动力工程及工程热物理
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 中国科学技术大学
- 导师姓名：
- 林其钊
- 学位年度：
- 2018
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
