1、日益嚴(yán)重的“溫室效應(yīng)”引起了全世界對(duì)CO2減排技術(shù)的關(guān)注。燃煤電站作為人類生產(chǎn)活動(dòng)CO2排放的最大集中源，必須首先實(shí)施CO2減排。在眾多的燃煤電站CO2減排技術(shù)中，O2/CO2燃燒技術(shù)被認(rèn)為是最具技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)之一。循環(huán)流化床O2/CO2燃燒技術(shù)集成了O2/CO2燃燒技術(shù)和循環(huán)流化床潔凈煤燃燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具備低成本大規(guī)模減排CO2的潛力，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)深入研究對(duì)該技術(shù)的發(fā)展和推廣具有重大意義。
　　 本文采用實(shí)驗(yàn)研究、

2、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)循環(huán)流化床O2/CO2煤燃燒及污染物SO2和NO的排放特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本文從3個(gè)層面依次展開實(shí)驗(yàn)工作，包括：CO2氣氛下煤熱解及SO2/NO前驅(qū)物析出機(jī)理、O2/CO2氣氛下煤燃燒及SO2/NO排放機(jī)理和O2/CO2氣氛下中試規(guī)模循環(huán)流化床試驗(yàn)裝置上各操作參數(shù)對(duì)煤燃燒及SO2/NO排放的影響規(guī)律。最后，建立了循環(huán)流化床O2/CO2燃燒一維數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了數(shù)值實(shí)驗(yàn)。
　　 首次研究了CO2氣氛對(duì)

3、煤熱解特性及SO2/NO前驅(qū)物析出機(jī)理的影響。結(jié)果表明，溫度低于400℃時(shí)，CO2對(duì)煤的熱解不產(chǎn)生影響；隨著溫度的升高，由于CO2對(duì)煤焦的氣化作用，煤在CO2氣氛下的失重速率明顯高于N2氣氛下；CO2提高了煤中碳酸鹽類礦物質(zhì)的分解溫度。CO2氣氛促進(jìn)了煤中的S向COS轉(zhuǎn)化。CO2的氧化作用和氣化作用使燃料N更容易向HCN轉(zhuǎn)化。煤焦的微觀結(jié)構(gòu)分析表明，CO2氣氛熱解制得的煤焦具有更豐富的2～4nm的小孔結(jié)構(gòu)，比表面積是N2氣氛下熱解焦的1

4、00倍左右，比孔容積約為N2氣氛焦的1.5倍。
　　 利用熱重分析-傅立葉變換紅外光譜聯(lián)用（TG-FTIR）系統(tǒng)和固定床-氣體在線分析聯(lián)用系統(tǒng)詳細(xì)考察了氣氛中O2濃度、CO2濃度以及顆粒粒徑等參數(shù)對(duì)O2/CO2氣氛下煤燃燒及SO2/NO排放特性的影響；并對(duì)其進(jìn)行了燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析。結(jié)果表明，O2/CO2氣氛對(duì)煤開始脫揮發(fā)分時(shí)間的影響不明顯，但高濃度CO2使煤焦的燃燒速率變慢，燃盡時(shí)間延長(zhǎng)。O2/CO2氣氛并不改變煤焦的燃燒反應(yīng)

5、動(dòng)力學(xué)機(jī)理。相同O2濃度下用CO2取代N2進(jìn)行燃燒使煤的燃燒特性變差。O2濃度提高、CO2濃度降低和煤粉細(xì)化均可改善煤的燃燒特性。O2/CO2氣氛下，燃煤SO2/NO的析出規(guī)律與空氣氣氛下不同，同等O2濃度下，兩者析出量比空氣氣氛下小。O2/CO2燃燒對(duì)SO2的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增強(qiáng)，而對(duì)NO的減排作用則是促進(jìn)燃料N向其他含N氣體（N2，N2O）的轉(zhuǎn)換。煤灰的掃描電鏡結(jié)果顯示，同等O2濃度下O2/CO2燃燒的孔隙結(jié)構(gòu)比空氣燃

6、燒更發(fā)達(dá)，說明燃燒過程中其顆粒表面溫度更低。
　　 設(shè)計(jì)建造了輸入熱功率為50kW的循環(huán)流化床中試裝置，系統(tǒng)考察了氣氛、床溫、過量氧氣系數(shù)、一次氧化劑比例、氧氣分級(jí)、Ca/S摩爾比等各操作參數(shù)對(duì)燃燒特性和SO2/NO排放特性的影響?？諝馊紵臏囟人浇橛?1％O2/79％CO2氣氛和30％02/70％CO2氣氛之間。21％O2/79％CO2氣氛下未添加石灰石時(shí)，SO2和NO排放量均比空氣氣氛下低。21％O2/79％CO2氣氛下，

7、循環(huán)流化床煤燃燒CO排放量比空氣氣氛下高很多；隨著O2濃度的升高，CO排放量降低。O2/CO2氣氛下煙煤燃燒和無煙煤燃燒干煙氣中CO2濃度可達(dá)90％左右。
　　 探明了O2/CO2氣氛下循環(huán)流化床內(nèi)石灰石的脫硫機(jī)理以直接脫硫?yàn)橹?。相同鈣硫摩爾比下，O2/CO2氣氛下石灰石的脫硫效率比空氣氣氛下高?？諝鈿夥障碌拿摿蛐孰S床溫增加先增大后減小，存在一個(gè)最佳脫硫溫度，在85℃-870℃之間；而在試驗(yàn)溫度范圍（830℃-910℃）內(nèi)，O

8、2/CO2氣氛下脫硫效率隨溫度持續(xù)增大。首次探明了O2/CO2氣氛下，石灰石對(duì)循環(huán)流化床燃煤NO排放的影響機(jī)理與空氣氣氛下不同。O2/CO2氣氛下，石灰石對(duì)NO分解比對(duì)NO生成的催化作用明顯。在循環(huán)流化床O2/CO2燃燒過程中，添加石灰石可實(shí)現(xiàn)SO2/NO的協(xié)同控制。
　　 提出了O2/CO2氣氛下循環(huán)流化床“氧氣分級(jí)燃燒”的概念。氧氣分級(jí)燃燒在不影響爐內(nèi)流動(dòng)的情況下，通過改變化學(xué)當(dāng)量比控制燃燒溫度及污染物排放。氧氣分級(jí)燃燒可以

9、在保證燃燒效率的同時(shí)將NO排放濃度控制在一個(gè)非常低的水平。
　　 通過耦合循環(huán)流化床宏觀流體動(dòng)力學(xué)、燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、脫硫反應(yīng)和NOx生成抑制反應(yīng)，建立了循環(huán)流化床O2/CO2燃燒一維數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行循環(huán)流化床O2/CO2燃燒數(shù)值模擬，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。通過對(duì)爐膛高度上CO和SO2濃度的研究表明，沿爐膛高度，CO迅速下降，21％O2/79％CO2氣氛下密相區(qū)CO濃度比21％O2/79％N2氣氛大很多：