半焦作为极具潜力的能源,在富氧气氛中与烟煤掺混共燃,期望得到清洁高效利用。本文采用实验与模拟相结合的研究手段,目的在于深刻了解半焦与烟煤在富氧情况下的共燃特性以及在电站锅炉内的燃烧状况,为工程应用提供指导。采用热重分析研究了富氧气氛下混煤的燃烧特性和动力学行为。当温度低于750℃时,在N2和CO2气氛中燃料的热解特性完全相同。但是,当温度高于750℃时,燃料的反应特性在CO2气氛中发生显著变化。在高温高CO2浓度的条件下,半焦比烟煤更容易气化。在21%O2/79%CO2气氛中每个样品的点火温度比空气中的高约15℃。在相同氧浓度下用CO2代替N2时,半焦的燃尽行为显著改善。增加氧浓度可以进一步改善点火和燃尽行为。半焦的差热分析(DTG)曲线在空气和21%02/79%CO2气氛中表现出截然不同的行为,空气中有两个明显的峰,而在21%02/79%CO2气氛中,只有一个峰。混煤的活化能通过Starink法凭借四个升温速率拟合获得。然后,通过Malek法确定每个燃烧阶段的最概然机理函数。结果表明,随着转化程度和烟煤比例的增加,活化能通常会降低。空气中的平均活化能略小于21%02/79%CO2气氛下的平均活化能。值得注意的是,混煤的活化能随着氧浓度的增加而增加。随着温度的升高和反应的进行,反应机理也相应发生变化。当转换度达到0.55时,似乎最概然机理函数更容易发生变化。此外,利用Fluent进行了空气和富氧气氛下半焦与烟煤在四角切圆炉内的共燃数值模拟。煤粉的燃烧模型采用了有限速率/涡耗散模型结合焦炭的多面反应模型。采用了欧拉-拉格朗日耦合的方法对煤粉颗粒进行分析计算。烟煤在炉膛内有良好的着火特性,温度云图分布均匀对称,随着氧气浓度的增加,强风区域会出现切圆高温区域。然而,半焦在炉膛内无法获得合理的温度场。共燃物中半焦比例达到40%时,温度场依然合理均匀,可满足锅炉功率要求。当半焦比例进一步增大至60%时,炉内温度明显下降,燃烧特性恶化。通过不同氧气浓度条件下燃烧场的分析,认为30%O2/70%CO2的气氛对燃烧的影响与传统空气对燃烧的影响是相接近的。在30%O2/70%CO2的气氛中,各个样品的燃尽率相较于空气气氛,都有明显改善。空气气氛下炉膛出口的NOx排放量与30%O2/70%CO2气氛下的排放量极为接近。由于半焦挥发分低、灰分高,具有难着火、难燃尽的特点,不能作为煤粉锅炉的单一燃料。由本研究的结果可知,在O2/CO2气氛下,采用半焦与烟煤共燃的方法,可以改善半焦的燃烧特性,以达到煤粉锅炉的燃烧标准。