工業(yè)鍋爐已經(jīng)成為大氣污染的重要源頭,實(shí)現(xiàn)燃煤工業(yè)鍋爐低NOx排放迫在眉睫。前期研究發(fā)現(xiàn),采用高溫半焦循環(huán)技術(shù)可以有效降低NOx原始排放。但長(zhǎng)時(shí)間的高溫環(huán)境使煤焦碳結(jié)構(gòu)向著石墨化方向發(fā)展,導(dǎo)致煤焦反應(yīng)活性逐漸變差。考慮到煤焦內(nèi)部含有極性基團(tuán)以及類石墨微晶結(jié)構(gòu),本文提出了借鑒石墨插層、膨脹及微波化學(xué)的相關(guān)方法來(lái)調(diào)控煤焦物化結(jié)構(gòu)的技術(shù)設(shè)想,按插層焦制備、膨化,理化表征,反應(yīng)能力評(píng)價(jià)與分析三個(gè)方面開(kāi)展了研究。首先利用豎直管式爐制備了不同熱解溫度的寧夏無(wú)煙煤焦,以高錳酸鉀為氧化劑、濃硫酸為插層劑制備了氧化插層焦,分別對(duì)氧化插層焦進(jìn)行了不同條件的高溫或微波膨化處理。利用氮吸附、Raman以及FTIR對(duì)各樣品的孔隙結(jié)構(gòu)、雜化碳結(jié)構(gòu)類型及表面官能團(tuán)分布進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)不同條件的高溫膨化或微波膨化后,煤焦的原有孔隙結(jié)構(gòu)均得到進(jìn)一步擴(kuò)展,各樣品比表面積和孔容積均會(huì)增加,平均孔徑減小,并且微波膨化可以新產(chǎn)生大量2~12nm的孔結(jié)構(gòu);同時(shí)煤焦有序碳結(jié)構(gòu)相對(duì)含量下降,各種缺陷結(jié)構(gòu)增多。但膨化溫度、膨化功率、膨化時(shí)間持續(xù)增加均會(huì)造成煤焦孔隙的燒蝕坍塌,碳結(jié)構(gòu)有序性重新增加,使得改性效果變差。氧化處理可以在煤焦表面形成共軛C=O等極性基團(tuán),經(jīng)微波膨化后,C-O-C、C=O振蕩斷裂,形成大量芳烴C=C不飽和碳原子,增加煤焦表面活性點(diǎn)位數(shù)量,從而提高煤焦反應(yīng)活性。煤焦程序升溫還原NO實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:制焦溫度越高,高溫膨化對(duì)煤焦的改性效果越顯著;經(jīng)不同方式的高溫或微波膨化后,煤焦的NO反應(yīng)性均明顯強(qiáng)于原焦;高溫膨化的最佳溫度為800℃,最佳膨化時(shí)間為90s;微波膨化的最佳功率為960W,最佳膨化時(shí)間為90s。樣品分析結(jié)果表明煤焦孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度及缺陷結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量是影響煤焦-NO反應(yīng)性的主要因素。煤焦恒溫還原NO實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:原焦及微波膨化焦對(duì)NO的還原率會(huì)隨NO入口濃度的增加而降低,同時(shí)隨CO添加濃度的增加而增加,但微波膨化焦還原能力更強(qiáng)。煤焦在爐內(nèi)循環(huán)過(guò)程中,不可避免地要經(jīng)歷高溫氧化性氣氛,本文開(kāi)展了煤焦恒溫燃燒實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:相比于原焦,微波膨化焦燃燒時(shí)間縮短,NO釋放更加迅速且釋放峰值升高,焦炭N向NO的轉(zhuǎn)化率增加,但膨化處理對(duì)爐內(nèi)循環(huán)半焦的整體降氮效果具有正面影響。低溫(600℃)施加微波場(chǎng)能夠提高煤焦燃燒速率,但不會(huì)影響焦炭N向NO的轉(zhuǎn)化率;高溫(900℃)施加微波場(chǎng)能夠降低NO釋放峰值及焦炭N向NO的轉(zhuǎn)化率,功率越高,降幅越大,但施加微波場(chǎng)無(wú)法使燃燒時(shí)間進(jìn)一步縮短,NO釋放時(shí)間基本不變。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK229.6;X701
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文高呈指數(shù)規(guī)律增加[11]。通常熱力型 NOx占 NOx總量的 15%~25%。燃燒區(qū)的溫度和氧濃度可以有效的降低熱力型 NOx的生成量。（2）快速型 NOx：在過(guò)量空氣系數(shù)小于 1 的條件下，烴類燃料中的與 N2分子沖撞生成 HCN，隨后 HCN 與 O 快速反應(yīng)生成的氮氧化物型 NOx[12]。在燃煤鍋爐燃燒過(guò)程中，快速型 NOx的生成量一般占 N 5%以下。（3）燃料型 NOx：燃料型 NOx是由燃料自身的含氮基團(tuán)氧化生成中含氮官能團(tuán)的結(jié)合鍵能（25.2~63×107J/mol）比 N2三鍵（9/mol） 弱 ， 燃 燒 時(shí) 更 容 易 發(fā) 生 分 解 氧 化 ， 對(duì) 于 煤 燃 燒 而 言 ，~95%以上的 NOx是燃料型 NOx。圖 1-1 為煤中氮元素的轉(zhuǎn)化過(guò)程示

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文微晶隨溫度升高不斷生長(zhǎng)，微晶中的畸變和缺陷逐漸消失，煤焦結(jié)構(gòu)向石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的程度[36]。隨著溫度的升高，焦炭的石墨化進(jìn)程如圖 1-3 所示。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就石墨化程度對(duì)焦炭-NO 反應(yīng)性的影響也開(kāi)展了廣泛的研究，得出的結(jié)論基本統(tǒng)一。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文微晶隨溫度升高不斷生長(zhǎng)，微晶中的畸變和缺陷逐漸消失，煤焦結(jié)構(gòu)向石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的程度[36]。隨著溫度的升高，焦炭的石墨化進(jìn)程如圖 1-3 所示。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就石墨化程度對(duì)焦炭-NO 反應(yīng)性的影響也開(kāi)展了廣泛的研究，得出的結(jié)論基本統(tǒng)一。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2857309