預(yù)熱燃燒技術(shù)是一種將碳基固體燃料流態(tài)化自預(yù)熱處理后送入燃燒室內(nèi)懸浮燃燒的變革性清潔高效燃燒技術(shù)，由中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)室提出。該技術(shù)可大幅提高燃料適應(yīng)性并降低氮氧化物排放，可廣泛應(yīng)用于發(fā)電鍋爐、工業(yè)鍋爐和窯爐領(lǐng)域。流態(tài)化預(yù)熱裝置是預(yù)熱燃燒技術(shù)的核心，富氧氣氛有利于改善預(yù)熱強(qiáng)度、強(qiáng)化燃料改性并減少預(yù)熱單元容積，可為后續(xù)燃燒深度調(diào)控及超低NOx排放提供關(guān)鍵技術(shù)。

為探明富氧預(yù)熱燃燒對(duì)燃料改性和污染物脫除產(chǎn)生的影響，并為燃燒及NOx排放深度調(diào)控提供支撐，循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)開展了富氧預(yù)熱超低NOx燃燒熱動(dòng)力學(xué)研究?？蒲腥藛T基于豎直高溫管式爐及kW級(jí)循環(huán)流化床預(yù)熱燃燒裝置，在氧氣分壓高于21%的O2/CO2、O2/N2及O2/Ar等富氧氣氛下開展系列研究。探究了多種碳基燃料在富氧預(yù)熱條件下的物理改性和超低NOx性能；構(gòu)建發(fā)展了新富氧焦炭燃燒動(dòng)力學(xué)模型，有利于深入探索燃燒化學(xué)動(dòng)力學(xué)微觀機(jī)制；對(duì)富氧預(yù)熱改性燃料微觀分子結(jié)構(gòu)和形貌特征進(jìn)行深入分析，揭示出富氧預(yù)熱過(guò)程燃料中氮賦存形態(tài)和主要官能團(tuán)變化規(guī)律；在多種氣體比例模型和實(shí)驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，獲得了影響預(yù)熱燃燒過(guò)程煤氣組分產(chǎn)率的關(guān)鍵因素和煤氣組分比例關(guān)系；基于氣相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)詳細(xì)含氮機(jī)理，解析了預(yù)熱燃料富氧燃燒過(guò)程的氮遷移和轉(zhuǎn)化路徑。研究表明，富氧氣氛下預(yù)熱單元氧分壓的增大對(duì)吡咯氮向吡啶氮轉(zhuǎn)化有一定抑制作用，且預(yù)熱燃料富氧燃燒過(guò)程中主要由HNO和H基團(tuán)反應(yīng)生成NO。該研究為開發(fā)新一代預(yù)熱燃燒技術(shù)提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)支撐。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的支持。截至目前，相關(guān)研究成果已在Fuel、《潔凈煤技術(shù)》等國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表科技論文5篇（3篇被SCI收錄，2篇被中文核心收錄）。

圖1.1473K時(shí)27%O2CO2、27%O2Ar、73%CO2Ar和21%O2N2條件下焦炭轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化

圖2.流態(tài)化預(yù)熱過(guò)程燃料改性微觀分析

圖3.預(yù)熱燃料燃燒的氣相動(dòng)力學(xué)分析