刘玉华，刘敬樟，吕清刚，朱建国,朱书骏,3

(1.中国科学院 工程热物理研究所，北京 100190；2.中国科学院大学，北京 100049；3.中国科学院力学研究所，北京 100190)

0 引 言

目前，煤炭在我国能源分配中仍占主要地位，煤炭燃烧利用占煤炭消费量比重超过80%[1]。尽管煤粉锅炉性能已较大提升，仍存在燃料适应性不足、氮氧化物(NOx)排放高等问题。对此，中国科学院工程热物理研究所提出通过燃料在循环流化床中预热，再将预热后的燃料送入炉内进行高效燃烧，以解决燃料适应性问题并实现深度降氮[2-4]。在煤粉燃烧工业应用中，除传统的空气气氛燃烧外，富氧燃烧技术作为一种有效的清洁燃烧技术同样受到国内外广泛关注[5-6],通过在氧气比例高于空气氧气含量(21%)的气体中燃烧，借助烟气再循环等技术实现燃烧效率提高和NOx排放降低。富氧燃烧技术涵盖空气富氧燃烧(O2/N2)及富氧燃烧(O2/CO2)等燃烧类型。

在循环流化床预热系统中，燃料流态化预热后的煤气气态组分既反映预热过程的燃料改性强度，又影响后续改性燃料燃烧的燃烧效率和污染物排放水平。因此，燃料流态化预热后的煤气成分分析是控制燃料转化和低NOx排放的关键之一。燃料预热后的气态组分主要包括CO、CO2、CH4、H2、HCN、NH3、N2等，其中CO与CO2为焦炭燃烧的主要产物，其比值能反映预热过程中气化与燃烧反应的相对强度。前人对焦炭燃烧模型开展了诸多理论与试验研究，并得到多种动力学模型及参数[7-11]。Christopher等[7]对碳高温氧化过程中CO2/CO比例进行研究，并构建多孔颗粒燃烧模型，研究表明氧气扩散阻力在温度大于1 050 K时变得更加重要。……