浙江大学学报(工学版)

浙江大学学报(工学版), 2019, 53(9): 1826-1834 doi: 10.3785/j.issn.1008-973X.2019.09.022

环境工程

褐煤在N2及CO2气氛下的热解与富氧燃烧特性

山石泉,, 周志军,, 匡建平, 张煜, 岑可法

Lignite pyrolysis and oxy-fuel combustion characteristics under N2 and CO2 atmospheres

SHAN Shi-quan,, ZHOU Zhi-jun,, KUANG Jian-ping, ZHANG Yu, CEN Ke-fa

通讯作者: 周志军，男，教授. E-mail: zhouzj@zju.edu.cn

收稿日期: 2018-07-22  

Received: 2018-07-22  

作者简介 About authors

山石泉(1993—)，男，博士生，从事富氧燃烧，热辐射热力学以及能量高效转化系统研究.orcid.org/0000-0001-6635-7625.E-mail:shiquan1204@zju.edu.cn , E-mail：shiquan1204@zju.edu.cn

摘要

为了掌握不同气氛下褐煤热解与富氧燃烧的特性以及其之间的联系，在管式炉反应器上利用锡盟褐煤在N2和CO2气氛以及600~1 000 °C条件下进行热解. 进一步对其在O2/N2以及O2/CO2气氛下进行富氧燃烧实验，考察不同反应温度(600~1 000 °C)以及不同氧气体积分数(21%~60%)条件下的富氧燃烧特性，结合热解实验结果探究CO2气化反应对富氧燃烧的影响. 结果表明，CO2气氛中锡盟褐煤在700 °C时开始CO2气化反应，随温度增加气化反应增强，CO2主要通过高温区的气化反应来影响煤热解及燃烧，700 °C以上气化反应能促进富氧燃烧进程. 对于O2/CO2气氛的富氧燃烧，当氧气体积分数为30%时，在800 °C以下温度对CO氧化反应影响更大，而在800 °C以上温度对CO2气化反应影响更大. 当氧气体积分数相同时，O2/N2以及O2/CO2气氛下褐煤富氧燃烧反应时间差异不大.

关键词： 富氧燃烧 ; 褐煤 ; 热解 ; 管式炉 ; 燃烧气氛 ; CO2气化

Abstract

A pyrolysis experiment was carried out in a tubular furnace using Ximeng lignite under N2 and CO2 atmospheres at the temperature between 600 °C and 1000 °C, in order to investigate the characteristics of lignite pyrolysis and oxy-fuel combustion under different atmospheres and to obtain their relationship. Further oxy-lignite combustion experiments under O2/N2 and O2/CO2 atmospheres were performed to investigate the oxy-lignite combustion characteristics under different reaction temperatures (from 600 °C to 1 000 °C) and different oxygen concentrations (from 21% to 60%). The effects of CO2 gasification on oxy-fuel combustion were explored based on the results of lignite pyrolysis. Results show that the Ximeng lignite gasification starts at 700 °C under CO2 atmosphere and the CO2 gasification is enhanced with the increase of temperature. CO2 mainly affects coal pyrolysis and combustion through gasification reaction at high temperature; the presence of gasification reaction after 700 °C can promote the oxy-fuel combustion process. For oxy-fuel combustion under O2/CO2 atmosphere, when the oxygen concentration is 30%, the temperature below 800 °C has greater effect on CO oxidation, while the temperature above 800 °C has greater effect on CO2 gasification. Moreover, there is little difference in the combustion time between two atmospheres of O2/CO2 and O2/N2 with the same oxygen concentration.

Keywords： oxy-fuel combustion ; lignite ; pyrolysis ; tubular furnace ; combustion atmosphere ; CO2 gasification

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本文引用格式

山石泉, 周志军, 匡建平, 张煜, 岑可法. 褐煤在N2及CO2气氛下的热解与富氧燃烧特性 . 浙江大学学报(工学版)[J], 2019, 53(9): 1826-1834 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2019.09.022

SHAN Shi-quan, ZHOU Zhi-jun, KUANG Jian-ping, ZHANG Yu, CEN Ke-fa. Lignite pyrolysis and oxy-fuel combustion characteristics under N2 and CO2 atmospheres . Journal of Zhejiang University(Engineering Science)[J], 2019, 53(9): 1826-1834 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2019.09.022

在能源生产过程中，O2/CO2气氛富氧燃烧技术将纯氧以及锅炉循环烟气混合通入燃烧室组织燃烧，因此烟气中的CO2体积分数可达90%以上，可直接进行冷却压缩及封存，在实现CO2分离的同时完成其他污染物的控制[1-2]. 另一方面，在富氧燃烧中增大O2体积分数能够降低着火点，提高火焰温度，加快燃烧速率，促进燃尽特性，减少烟气量，从而提高燃料转化效率[3].

使用CO2代替N2后，燃烧烟气的摩尔比热容、密度以及发射率都会增大[4]，而且CO2会与煤焦发生气化反应，这也会影响煤热解的过程. 段伦博等[5-6]研究了CO2气氛煤的热解过程，认为CO2对热解主要的影响是高温段的气化反应. 周志军等[7-9]研究了煤粉富氧燃烧动力学参数，燃烧温度、时间以及燃尽等特性. 何先辉等[10-11]研究了煤粉O2/CO2富氧燃烧下NOx排放特性. 可以说目前对富氧燃烧以及热解特性的研究更多集中在热重平台上[12-13]，而在小型热态实验炉上则主要进行了O2/CO2富氧燃烧污染物排放的研究. 富氧燃烧的研究对象多选用燃烧性能较好的烟煤，而针对我国广泛拥有的褐煤的研究较少. 此外，不同气氛下的热解与燃烧研究较为独立，目前缺乏对两者特性之间的关联分析研究.

本文选用热解性能较好的内蒙古锡林郭勒盟褐煤，使用小型管式炉反应器；同时研究其在CO2和N2气氛中的热解与富氧燃烧过程，结合热解的热重分析结果探究CO2气氛对褐煤富氧燃烧特性的影响；为开展CO2气氛下煤粉燃烧与热解的工业应用提供参考.

1. 实验系统和方法

选用内蒙古锡林郭勒盟地区褐煤将其破碎，研磨，筛分后得到100~200目粒径范围的煤样并在105 °C条件下干燥2 h，表1为锡盟褐煤的工业分析与元素分析. 首先在热重分析仪上研究褐煤在N2和CO2两种气氛下的热解特性，采用德国NETZSCH公司TG209 F3型号热重分析仪，煤样称重8 mg，以20 °C/min的速率从室温（25 °C）升温到900 °C，记录热解过程的失重率. 之后在高温管式炉进行热解以及富氧燃烧实验，实验系统如图1所示，包括气体混合系统. 高温管式炉炉体以及烟气分析设备. 实验中先将管式炉温度升至实验温度，再通入为1.5 L/min的反应气氛30 min，保证石英管中为实验气氛，然后迅速推入盛放煤粉的瓷舟进入高温反应区，每个工况准确称取1 g煤粉均匀地平铺在瓷舟底部. 实验采用德国MRU公司的Metro烟气分析仪对燃烧反应气体进行在线检测. 煤热解实验分别在N2和CO2气氛下进行，研究600~1 000 °C的温度对煤热解的影响. 富氧燃烧实验考察O2/N2和O2/CO2两种气氛，在800 °C下选取5种氧气体积分数φ(O2)=21%、30%、40%、50%和60%，此外对于空气气氛(O2/N2，φ(O2)=21%)和典型富氧气氛(O2/CO2，φ(O2)=30%)，研究600~1 000 °C内不同燃烧温度对反应的影响.

图 1

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图 1   管式炉热解及富氧燃烧实验系统示意图

Fig.1   Schematic diagram of tubular furnace experiment system for pyrolysis and oxy-fuel combustion


表 1   锡盟褐煤工业分析与元素分析1）

Tab.1  Proximate and ultimate analysis of Ximeng lignite

煤种 工业分析 wB / % 元素分析 wB / %
M A V FC C H N S O
　　注：1）表中数据为空气干燥基.
锡盟褐煤 20.20 14.01 31.20 34.59 45.69 2.84 0.63 0.75 15.88

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实验使用在线烟气分析仪实时记录反应气体的比例，产物气体比例的相对变化可反映实际反应过程的变化. 通过实验中的N2流量实时计算烟气流量，而对于CO2热解实验，以及O2/CO2燃烧实验，则在尾部烟气中混入0.5 L/min的氮气来进行计算. 热解及燃烧过程单个气体的产量可以通过实时产气速率对时间积分进行计算.

2. 结果与讨论

2.1. 热解特性

2.1.1. 热重特性

如图2所示为锡盟褐煤在N2和CO2气氛下热解的热重(TG)和微商热重(DTG)曲线. 可以看出，在N2气氛下存在2个失重阶段：第一段在25~200 °C，为水分干燥阶段，失重峰值在120 °C左右，第二段在300~600 °C，为挥发分释放阶段，失重峰值在430 °C左右. CO2气氛下为3个失重阶段，前2个失重阶段与N2条件类似，而在大约700 °C以后，CO2开始气化，形成第3个失重峰. 此后，随温度增加，CO2气化显著增强. Rathnam等[14-16] 研究发现，对于国外褐煤CO2热解，半焦-CO2气化反应在大约700 °C左右时发生. 锡盟褐煤在高温段的气化开始温度与以上研究结果类似.

图 2

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图 2   褐煤在N2和CO2气氛下热解的TG和DTG曲线

Fig.2   TG and DTG profiles of lignite pyrolysis under N2 and CO2 atmospheres


根据TG和DTG曲线可以确定热解过程的一些特征参数[17]，包括挥发分初析温度θS；挥发分最大释放速度峰值 $k = {\left( {{\rm{d}}w/{\rm{d}}t} \right)_{\max }}$；k所对应的温度为θmax； $\left( {{\rm{d}}w/{\rm{d}}t} \right)/k = 0.5$所对应的温度区间即半峰宽为Δθ0.5；热解特性指数D 定义为

式中：w为试样的质量分数. 结果如表2所示，可以看出，2种气氛下各项热解特征参数基本一致，而N2气氛下的热解特征指数D略高于CO2气氛.

表 2   褐煤在N2和CO2气氛下的热解特性参数

Tab.2  Pyrolysis characteristic parameters of lignite under N2 and CO2 atmospheres

气氛 θS/°C θmax/°C Δθ0.5/°C (dw/dt)max D/(10−7 %·min−1·°C−3)
N2 259.04 442.54 192 −2.582 40 1.173 28
CO2 285.16 438.16 219 −2.669 26 0.975 50

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进一步进行锡盟褐煤的热解与气化反应动力学分析. 反应动力学方程可以表示为

$\frac{{{\rm{d}}\alpha }}{{{\rm{d}}t}} = A{{\rm{e}}^{ - E/(R\theta) }}f\left( \alpha \right).$

式中：α为反应过程的失重率，可由热重曲线计算；E为活化能；A为指前因子；R为通用气体常数，取值8.314×10-3 kJ/(mol·K)；f(α)为反应机理函数的微分形式，f(α)的积分方程式为

$F\left( \alpha \right) = \frac{{AR{\theta ^2}}}{{\beta E}}\left( {1 - \frac{{2R\theta }}{E}} \right){{\rm{e}}^{ - E/(R\theta) }}.$

其中，β为升温速率. 根据Coats-Redfern法计算反应表观活化能等参数， ${2R\theta }/E \propto 0$. $\ln \;\left( {G\left( \alpha \right)/{T^2}} \right) \sim 1/T$拟合关系接近线性，根据文献[18]选取机理函数为 $F\left( \alpha \right) = {[ {{{\left( {1 + \alpha } \right)}^{1/3}} - 1} ]^2}$，锡盟褐煤在N2、CO2气氛下热解以及CO2气氛下气化的动力学参数计算结果如表3所示，其中ρ为相关系数.

表 3   褐煤热解气化的动力学参数

Tab.3  Kinetic parameters of lignite pyrolysis and gasification

反应 θ/°C E/(kJ·mol−1) ρ
N2热解 259.04~442.54 63.42 0.990 7
CO2热解 285.16~438.16 74.83 0.991 0
CO2气化 720.16~900.00 249.11 0.980 0

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锡盟褐煤在N2和CO2气氛下热解的活化能分别为63.42以及74.83 kJ/mol. CO2下的活化能略高于N2条件，文献[14]对烟煤的实验结果与其类似. 结合热解特征指数D结果，认为这是因为热解产物中存在CO2，因此CO2气氛对热解有一定的抑制作用. 对比文献[14]中烟煤结果可以发现相较烟煤来说褐煤在2种气氛下活化能差距更大些，这在一定程度上说明CO2对褐煤热解抑制作用更强些. 然而，720 °C以后CO2气化反应的活化能达到249.11 kJ/mol，这远高于热解反应，这是因为CO2气化反应是一个焓增大的吸热反应，因此它只在高温段发生.

2.1.2. 气体生成特性

在不同温度θ、不同气氛下对锡盟褐煤进行管式炉热解实验，如图3所示为热解过程中各种气体的生成量V.

图 3

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图 3   褐煤热解过程各种气体的生成量

Fig.3   Gases yield during lignite pyrolysis process


由图3可知，从600 °C到1 000 °C，N2气氛下CO产量从28 mL增大到103.9 mL；CO2气氛下CO产量从38.6 mL急剧增大到2 841.6 mL. 600 °C时2种气氛下CO产量相近，而700 °C以后，CO2气氛下褐煤热解CO产量远高于N2气氛，这主要是因为CO2气氛下在700 °C以上高温区段存在的煤焦-CO2气化反应.

对于H2来说. 从600 °C到1000 °C，N2气氛下H2产量从18 mL增大到161 mL；CO2气氛下H2产量从9.6 mL增大到166.8 mL. 在1 000 °C以下CO2气氛下H2产量少于N2气氛，说明中低温条件下CO2气氛抑制H2产生. 郝成浩等[19-20]认为热解过程中少量氢自由基H形成H2，大部分与O结合生成热解水，认为CO2气氛下热解能够促进氢自由基与挥发分作用生成焦油或者与氧结合生成水，从而降低H2产率. 在1 000 °C高温条件下. 煤焦CO2气化反应大幅度增强，在增进脂肪结构断裂的同时生成更多H自由基[6]，而高温热解过程很少有焦油产生，因此CO2气氛下有更多的氢自由基形成H2.

对于CH4来说，N2气氛下其产量大致在50 mL左右，1 000 °C时略高，为86.3 mL；而在CO2气氛下，热解CH4产量随着温度的升高快速增大，从600 °C时的11.9 mL增加到1 000 °C时的228.2 mL. 此外，600 °C时CO2气氛下CH4产量小于N2气氛，700 °C时两者基本一致，而在700 °C以后CO2气氛下的产量则高于N2气氛，这说明在低温(600 °C)条件下，CO2气氛对热解CH4产量有抑制，这主要是由于低温条件下挥发分在CO2气氛下的扩散速率低[21]. 而与N2气氛相比，高温条件下CO2煤焦气化反应增强，促进脂肪结构断裂的同时促使更多H自由基生成[6]. 因此，高温条件CO2有利于CH4等小分子烃类物质的生成.

2.2. 富氧燃烧特性
2.2.1. 氧气体积分数及气氛影响

图4是O2/CO2和O2/N2两种气氛下不同氧气体积分数燃烧实验中检测到的CO气体生成比例x (CO体积/生成气体总体积)随时间t的变化曲线，反应温度为800 °C，反映了不同气氛条件下氧气体积分数对褐煤富氧燃烧的影响.

图 4

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图 4   不同氧气体积分数燃烧CO生成比例曲线

Fig.4   CO generation ratio of oxy-lignite combustion with different oxygen concentrations under O2/CO2 and O2/N2 atmospheres


从图4中可以看出，在O2/CO2气氛中，随着氧气体积分数增加，CO生成量呈现降低趋势，当φ(O2)=21%时，CO峰值为0.54%，当φ(O2)=50%时为0.03%，而φ(O2)=60%条件下则检测不到CO产生. 对于O2/N2气氛，当φ(O2)=21%时有少许CO的生成，其峰值为0.25%. 这主要由于反应初期热解挥发分析出以及C的不完全燃烧，随着燃烧气氛中氧气体积分数增大，CO生成量急剧减少，当φ(O2)>30%时几乎没有产生. 当氧气体积分数相同时，O2/CO2气氛中产生的CO高于O2/N2气氛. 这说明O2/CO2气氛下存在的CO2气化反应会对富氧燃烧过程产生影响，使得反应初期CO生成量增加. 另一方面，氧气体积分数的升高能够增强氧化燃烧反应，抑制CO2气化及C的不完全燃烧. 如图5所示为不同氧气体积分数条件下，燃烧反应时间tR(以氧气不再消耗为标志)，以及最快的反应速率vmax(以氧气消耗速率表示，单位为%/s)变化情况.

图 5

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图 5   O2/CO2及O2/N2气氛下不同氧气体积分数的燃烧反应时间与最快反应速率

Fig.5   Reaction time and maximum reaction rate of oxy-lignite combustion with different oxygen concentrations under O2/CO2 and O2/N2 atmospheres


从图5可知，随氧气体积分数增加，锡盟褐煤的富氧燃烧反应时间缩短，反应速率增加. 对于O2/CO2气氛，氧气体积分数从21%增加到60%，反应时间从756 s减少到445 s，最快反应速率从13.6%/s增加到21.1%/s；对于O2/N2气氛，反应时间从880 s减少到440 s，最快反应速率从12.1%/s增加到28.1%/s. 这说明提高氧气体积分数能增强褐煤氧化燃烧反应，明显缩短反应时间. 对于相同的氧气体积分数，2种气氛条件的反应时间整体相差不大，O2/N2气氛下的反应时间略短于O2/CO2气氛，O2/N2气氛最快反应速率更高. 这主要因为O2在CO2气氛中扩散速率低，燃烧反应受到了扩散控制，而提高反应气氛中氧气的体积分数能使氧气扩散阻力减小，扩散速率提高，平均反应速率增大[22]. 相同的氧气体积分数下，国外烟煤在2种气氛下燃烧时间及温度有差异，O2/CO2气氛（φ(O2)=30%~35%）下的特性与O2/N2气氛（φ(O2)=21%）条件相似，而对于褐煤来说差异则不明显[23-24]. 文献[25]也获得了2种褐煤在2种气氛下富氧燃烧反应时间没有明显差别的结果；本文研究结果表明，锡盟褐煤在2种气氛下富氧燃烧的反应时间没有明显的差别. 而当φ(O2)<30%时，O2/CO2气氛下的反应时间略短于O2/N2气氛，最快反应速率也相对较高. 这主要考虑在800 °C温度以及较低的氧气体积分数条件下，存在一定程度的C不完全燃烧以及CO2气化反应，从而对整个反应造成影响.

管式炉燃烧实验绝大部分均在氧气体积分数较高的富氧条件下进行，从图4可以看出，此时C不完全燃烧反应的强度相对较小. 对于O2/CO2气氛富氧燃烧，本研究重点考察以下几个反应以研究氧化与气化反应的相对变化:

${\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{ + C{\text{＝}}2CO}}$

${\rm{2CO + }}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{{\text{＝}}2C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}$

${\rm{C + }}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{{\text{＝}}C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}$

以上3个反应的速率分别用v1、v2和v3来表示，检测到的气体生成速率如下：(v1−v2)=vCO； $2v_2+$ $v_3=v_{{\rm {CO}}_2};$ $v_2+v_3=v_{{\rm O}_2}$. 因此进一步有，v1=vCO/2+ $ v_{{\rm {CO}}_2}-v_{{\rm O}_2}$； $v_2=v_{{\rm {CO}}_2}-v_{{\rm O}_2}$. 于是可以根据检测到的气体产生速率来计算CO2气化反应（式(1)）的速率v1和CO氧化反应（式(2)）速率v2. 进而对时间积分计算氧化反应（式(2)）氧化的CO量n2与气化反应（式(1)）生成的CO总量n1. 用n21=n2/n1来分析氧气体积分数变化对CO2气化反应及CO氧化反应的影响，结果如图6所示.

图 6

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图 6   不同氧气体积分数下褐煤富氧燃烧n21值变化趋势

Fig.6   Variation trend of n21 in oxy-lignite combustion under different oxygen concentrations


从图6可知，在O2/CO2气氛下，约97%以上气化产生的CO被氧气氧化燃烧，说明富氧燃烧下氧化反应的强度很高. 随着氧气体积分数从21%增加到60%，CO氧化燃烧的反应（式(2)）强度增大，当φ(O2)=40%时n21达到99%以上，当φ(O2)=60%时n21达100%，此时反应中未检测到CO气体产生. 因此，氧气体积分数增加能够提高扩散速率，促进CO氧化反应进程，能在增强C氧化燃烧反应的同时抑制CO2气化反应.

2.2.2. 温度的影响

如图7所示为不同温度下管式炉燃烧实验检测到的CO生成曲线，实验气氛分别为典型富氧气氛(O2/CO2，φ(O2)=30%)和空气气氛(O2/N2，φ(O2)=21%)，温度范围为600~1 000 °C. 在典型富氧气氛下，600 °C时CO产量最大，峰值为3.34%；随着温度升高CO产量开始大幅度减小，800 °C时达到最小，峰值仅为0.07%，而温度高于800 °C以后，CO产量曲线开始缓慢增大，1 000 °C时峰值为0.46%. 而对于空气气氛，氧气体积分数相对较低，在600 °C的低温条件下大量C未完全燃烧生成CO，峰值为2.13%. 温度升高到700 °C时，不完全燃烧CO产量大幅度降低，峰值降到0.1%. 而温度高于700 °C后，燃烧初期C直接氧化成CO的反应强度随温度升高而增强，1 000 °C时其峰值为2.61%. 对于O2/CO2气氛(φ(O2)=30%)，富氧条件可使未完全燃烧生成的CO量较少，因此800 °C以后CO产量增加的原因主要考虑高温条件下的CO2气化反应.

图 7

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图 7   不同温度条件下燃烧CO生成比例曲线

Fig.7   CO generation ratio of lignite combustion with different temperatures under O2/CO2 (φ(O2)=30%) and O2/N2 (φ(O2)=21%) atmospheres


图8进一步显示了典型富氧及空气气氛在不同温度下的燃烧反应时间以及最快反应速率. 整体来看，当温度从600 °C升至1 000 °C时，燃烧反应时间缩短，最大反应速率增大. 在CO2气氛中，锡盟褐煤在600 °C左右时，由于低温下O2扩散速度慢，燃烧反应不完全，反应产物主要为CO，反应程度不深，在一定程度上缩短了整个反应时间. 在温度升至700 °C过程中，燃烧反应趋于完全，反应程度加深，耗时略有增加. 而根据CO2热解结果，在700 °C以后气化反应会显著增强，这在一定程度上加快了整体反映进程. 因此在700 °C以后，最快反应速率vmax开始增加，燃烧反应加剧，燃烧时间持续下降. 此外，典型富氧工况反应时间比空气工况少100~200 s左右，最快反应速率也更高，温度越高两者差距越大，这主要是高温下CO2气化带来的影响. 因此，对于锡盟褐煤来说，φ(O2)=30%的O2/CO2工况与空气工况的燃烧特性有一定差异，这与文献[23]的结论类似.

图 8

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图 8   典型富氧及空气工况下不同温度条件下燃烧反应时间及最快反应速率

Fig.8   Reaction time and maximum reaction rate of lignite combustion with different temperatures under typical oxy-fuel and air atmospheres


图9显示了不同温度下锡盟褐煤富氧燃烧n21值变化趋势. 可以看出在φ(O2)=30%的O2/CO2气氛中，随温度升高n21呈现先升高再逐渐降低的趋势. 600 °C时，n21=77.6%，CO2气化反应(式(1))相较CO氧化反应(式(2))更强一些，随温度升高n21值增大，700 °C时为80.7%，800 °C时达到一个最大值98.8%；然而800 °C以后则缓慢降低，分别为97.1%(900 °C)，95.4%(1 000 °C). 这在一定程度上说明，温度升高，气化与氧化反应均增强，在不同温度段受温度的影响不同. 结合CO2热解实验结果可知，温度对气化反应的影响主要在高温段，因此在600~800 °C温度段，温度对CO燃烧的氧化反应影响更大，而在800 °C以后，温度对CO2气化反应影响更大. 在高温条件下煤焦气化反应速率的增加较燃烧反应快，同时气化本身对煤焦消耗的加速作用仍强于气化吸热对燃烧的抑制作用[26].

图 9

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图 9   不同温度下褐煤富氧燃烧n21值变化趋势

Fig.9   Variation trend of n21 in oxy-lignite combustion under different temperatures


3. 结　论

（1）锡盟褐煤在CO2气氛中热解，在1 000 °C以下会降低H2产量，在800 °C以上能增加CH4产率，而在700 °C以上能显著提高CO产量. 相对于N2气氛，CO2抑制600 °C以下的褐煤热解过程，在700 °C左右时开始出现CO2气化反应，随温度增加气化反应增强. 热解高温区CO2气化的存在会影响O2/CO2富氧燃烧特征.

（2）由于褐煤CO2热解在高温区气化反应增强，在O2/CO2 (φ(O2)=30%)富氧燃烧时，温度在700 °C以上时反应速率提高，时间显著缩短. 对于800 °C以上高温条件，温度对CO2气化反应影响更大一些，高温条件下煤焦气化反应速率的增加较燃烧反应快. 而对于800 °C以下的中低温条件，温度对CO燃烧氧化反应影响更大.

（3）当氧气体积分数相同时，锡盟褐煤在O2/N2气氛下的反应速率略高于O2/CO2气氛，而两者燃烧反应时间差异不大. 在600~1 000 °C内，锡盟褐煤在典型富氧气氛 (O2/CO2，φ(O2)=30%)与空气气氛下的燃烧特性有一定差异，典型富氧燃烧速率比空气燃烧高出约5%/s，反应时间相比空气燃烧条件缩短15%~35%.

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