|
长按识别二维码可查看PDF和HTML全文  西安交通大学牛艳青副教授团队基于现有研究成果，分析了燃煤细模态PM形成机理和细模态PM形成主要影响因素，包括孔隙结构、燃烧模式及焦炭粒径；论述了细模态PM模拟研究进展及不足之处，以期为煤焦燃烧时降低细模态PM排放提供研究思路。 作者 刘思琪，牛艳青，温丽萍，闫博康，王登辉，惠世恩 作者单位 西安交通大学 能源与动力工程学院 摘要 实现燃煤颗粒物(PM)污染排放控制必须深入了解颗粒物排放规律及生成机理。煤粉燃烧过程中产生飞灰颗粒粒径分布为粗模态，细模态和超细模态3种。与粗模态PM相比，细模态PM占比较大，其小粒径与富集性特点影响人体健康及大气环境。同时，相对于形成过程与机理相对成熟的超细模态PM，细模态PM形成机理及研究进展尚缺乏系统总结，抑制细模态PM排放存在困难。 笔者分析了细模态PM的形成机理(焦炭颗粒的破碎、矿物质熔融聚合、外在矿物质破碎、表面灰粒的脱落)及主要影响因素，探讨了模拟研究进展并指出未来研究重点。煤灰PM粒径分布主要是焦炭颗粒破碎与矿物质聚合行为这2个因素相互竞争的结果。破碎行为使得细模态PM数量增多粒径减小，而矿物质聚合使得PM数量减小，有利于粗模态PM形成。影响PM形成的主要因素有孔隙结构、燃烧模式与焦炭粒径。孔隙率较高的煤胞型焦炭相较于其他结构焦炭更易发生破碎，产生更多细模态PM。增加温度与氧含量，降低粒径均有助于PM生成，但较高温度下灰粒的聚合可能导致粒径分布倾向于粗模态PM。破碎行为对焦炭燃烧特性模拟大致分为群体平衡模型和逾渗模型2类。基于细模态PM形成机理与影响因素，认为逾渗模型考虑了焦炭本身孔隙结构，更适于模拟焦炭破碎行为。本征动力学燃烧模型与逾渗模型的结合是准确预测灰颗粒粒径分布的关键，是下一步的研究重点。 文中插图 图1 煤焦燃烧过程中破碎机理 图2 焦炭燃烧过程中矿物质聚合示意 图3 全聚合、非聚合与部分聚合模型预测灰粒粒径分布与试验值比较 图4 不同燃烧条件下不同粒径灰粒脱落条件 图5 加热速率对不同煤阶煤物理结构的影响 图6 不同结构焦炭燃烧过程中数量百分比与飞灰质量分布 图7 不同合成焦的破碎临界孔隙率 图8 不同燃烧工况下细模态PM粒径分布 图9 不同焦炭粒径细模态PM粒径分布(1 573 K，20% O2)
图10 逾渗模型中的氧气扩散与焦炭破碎 结语 煤焦燃烧过程中产生的PM可分为3类：超细模态、细模态及粗模态PM。其中燃烧产生灰颗粒粒径分布主要是焦炭所含表面及内部矿物质熔融聚合，以及实际燃烧过程中焦炭颗粒的破碎这2个因素相互竞争产生的结果。外在矿物质破碎、表面灰粒的脱落也在一定程度上对PM形成有贡献。破碎行为使得细模态PM数量增多粒径减小，而矿物质聚合使得PM数量减小，有利于粗模态PM形成。孔隙率较高的煤胞型焦炭相较于其他结构焦炭更易发生破碎，产生更多PM。增加温度与氧含量，降低粒径均有助于PM生成，但较高温度下灰粒的聚合可能导致粒径分布倾向于粗模态PM。基于细模态PM形成机理与影响因素，逾渗模型考虑了焦炭本身孔隙结构，更适于模拟焦炭破碎行为。因此本征动力学燃烧模型与逾渗模型的结合是准确预测灰颗粒粒径分布的关键，是下一步的研究重点。 刘思琪，牛艳青，温丽萍，等.煤焦燃烧过程中细模态颗粒物的生成机理及研究进展[J].洁净煤技术，2019，25(3):9-18. LIU Siqi，NIU Yanqing，WEN Liping，et al.Formation mechanism and research progress of fine mode particle matter during coal char combustion[J].Clean Coal Technology，2019，25(3):9-18. END 本平台刊登的《洁净煤技术》所有稿件均按照国家版权局有关规定支付了相应稿酬，《洁净煤技术》享有稿件的信息网络传播权。未经授权，不得匿名转载。本平台所使用的图片属于相关权利人所有，因客观原因，部分作品如存在不当使用的情况，请相关权利人随时与我们联系。  联系我们： 电话：010-84262927 |
|
|
