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煤燃烧过程中煤焦特性与颗粒物形成的研究

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煤炭作为目前我国最重要的常规能源，在燃烧过程中放出热量的同时，也向环境中排放了大量的污染物。在这些污染物中，除了Sox、Nox、CO2之外，细微颗粒物的排放也逐渐受到了国内外学者的关注。研究表明，燃煤生成的细微颗粒物是大气中可吸入颗粒物的重要来源，这些可吸入颗粒物对人类的健康和生态环境产生很大的破坏作用。而且在我国空气质量超标的城市中，68﹪的城市都存在严重的可吸入颗粒物污染问题。因此，研究燃煤过程中颗粒物的形成机理及其排放控制具有重要的科学和实际意义。 本文首先详细分析了燃煤过程中细微颗粒物形成机理，目前认为主要的颗粒物形成机理有：无机矿物的气化凝结、内在矿物的聚结、煤焦的破碎和外在矿物的破碎。而本文主要针对煤焦特性的研究及其对颗粒物形成的影响，通过模型计算和具体试验的方法。 然后本文从理论上分析了煤燃烧过程中脱挥发分引起的破碎机理，并通过模型预测了脱挥发分过程中球型颗粒内部的压力和应力分布，探讨了颗粒大小、温度等几个因素对脱挥发分引起的破碎的影响，发现煤颗粒的挥发分含量和炉膛温度越高，颗粒越容易破碎，从而为随后试验工作的开展提供了理论依据。 本文最后通过试验研究了平顶山烟煤的煤焦特性和颗粒物的排放特性。试验在沉降炉（DTF）中进行，煤焦在纯N2气氛下采用滤桶收集，颗粒物则分别在不同工况下采用低压撞击器（DLPI）收集；分析了煤粉粒径和反应温度对煤焦特性的影响，包括煤焦的孔隙结构、形态特征和膨胀特性；探讨了不同因素对颗粒物排放特性的影响，发现煤粒粒径的减小和氧气浓度的增加都会导致超微米颗粒物排放浓度的增加；最后通过煤焦特性很好地解释了超微米颗粒物的排放特性。

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