【摘要】：煤炭是我國(guó)SO2、NOx、CO2等污染物的主要生成源,火力發(fā)電廠(chǎng)中煤炭的大量使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)。CFB富氧燃燒技術(shù)結(jié)合了CFB燃燒技術(shù)和富氧燃燒技術(shù)二者的優(yōu)點(diǎn),是一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳捕集和有效控制NOx排放的潔凈煤燃燒技術(shù)。國(guó)內(nèi)外已有部分研究者對(duì)CFB富氧燃燒技術(shù)中NOx的生成規(guī)律展開(kāi)了研究,但多局限于操作參數(shù)對(duì)NOx生成的影響,CFB富氧燃燒中燃料氮的遷徙規(guī)律和NOx生成機(jī)理尚未完全得到揭示。本文基于燃燒過(guò)程中燃料氮的遷徙和轉(zhuǎn)變路徑,從熱解過(guò)程中燃料氮的轉(zhuǎn)變、燃燒階段中揮發(fā)分氮的氧化、焦炭氮的氧化以及NO的還原這四個(gè)方面系統(tǒng)的考察CFB富氧燃燒方式下高濃度CO2的影響,并揭示低NOx排放的內(nèi)在機(jī)理。首先,在流化床上開(kāi)展了N2和CO2氣氛下的快速熱解實(shí)驗(yàn),研究了HCN、NH3等NO、前驅(qū)產(chǎn)物的生成規(guī)律以及CO2氣氛的影響,并結(jié)合煤熱解/氣化過(guò)程中含H官能團(tuán)和焦結(jié)構(gòu)的演變來(lái)幫助揭示CO2的影響機(jī)制。結(jié)果表明,氰基和季氮分別是HCN和NH3的重要中間產(chǎn)物；熱解溫度升高,HCN和NH3生成增多。CO2會(huì)在熱解和氣化兩個(gè)階段分別對(duì)HCN和NH3生成造成多重影響。在熱解階段,CO2與半焦的氣化反應(yīng)將有助于H的釋放和含氮官能團(tuán)的斷裂,促進(jìn)HCN的生成；但若熱解溫度過(guò)高(1000℃)或過(guò)低(700℃),CO2反而會(huì)抑制HCN的生成。與此同時(shí),CO2會(huì)在熱解發(fā)生時(shí)抑制半焦中縮聚反應(yīng)的發(fā)生,阻礙芳香核長(zhǎng)大,更多的氫以脂肪支鏈的形式保留在半焦當(dāng)中。在隨后的氣化階段,半焦中殘留的豐富氫源通過(guò)CO2的剝離作用釋放大量的H,并且CO2也會(huì)促使含氮官能團(tuán)的斷裂加劇,這些將聯(lián)合促進(jìn)NH3的生成。然而,若半焦的反應(yīng)活性很差,CO2可能會(huì)阻礙H與含氮官能團(tuán)的接觸,抑制NH3的生成。然后,為了深入研究NO-CO/CaO催化還原和NO-煤焦的反應(yīng)特性和內(nèi)在機(jī)理,又對(duì)NO異相還原展開(kāi)了系統(tǒng)研究,并且探析了CO、O2和CO2等重要?dú)夥諏?duì)NO還原的影響。通過(guò)對(duì)NO-CO/CaO催化還原的動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn),該反應(yīng)的活化能隨著溫度的升高而降低,CO反應(yīng)級(jí)數(shù)隨著CO濃度的升高、催化劑使用量的加大以及反應(yīng)溫度的降低而減小。CO2強(qiáng)烈抑制了CaO對(duì)NO-CO還原的催化作用。NO-煤焦還原實(shí)驗(yàn)表明,在低溫區(qū),煤焦表面的C(O)官能團(tuán)對(duì)NO還原具有促進(jìn)作用,C(O)可通過(guò)C(O)+NO+Cf→CO2+C(N)+*反應(yīng)路徑較大程度的提升煤焦對(duì)NO的還原能力,此時(shí)NO-煤焦反應(yīng)的主要含碳產(chǎn)物為CO2；但隨著溫度的升高,C(O)脫附加劇,C(O)的促進(jìn)作用將逐漸減弱,CO將成為主要的含碳產(chǎn)物。在較低溫度下,CO和O2都能夠促進(jìn)煤焦對(duì)NO的還原,但隨著溫度的升高促進(jìn)作用逐漸減弱,這可能與C(O)官能團(tuán)的形成有關(guān)。CO2會(huì)抑制煤焦對(duì)NO的還原,且隨著氣化的加劇抑制作用增強(qiáng)。隨后,又針對(duì)多種煤焦開(kāi)展了焦炭氮的氧化實(shí)驗(yàn),考察了溫度、焦顆粒濃度以及煤階等重要因素的影響,并揭示了NOx.N20等含氮產(chǎn)物的生成機(jī)理。結(jié)果證實(shí),煤焦比表面積越小、反應(yīng)性越弱、灰分越多、焦顆粒濃度越小,NO生成率越高。此外,文中還考察了煤階、給料量、溫度以及粒徑對(duì)燃煤NOx生成的影響。為了進(jìn)一步探討CO2對(duì)揮發(fā)分氮和焦炭氮氧化過(guò)程的影響,分別對(duì)NH3和煤焦進(jìn)行了O2/CO2氧化實(shí)驗(yàn)。研究表明,在氧化性氣氛下,CO2會(huì)抑制NH3向NO的轉(zhuǎn)變。CO2對(duì)焦炭氮向NO的轉(zhuǎn)變具有雙重影響：(1)抑制NO的還原：(2)通過(guò)焦與CO2的氣化使得焦炭氮向N2的轉(zhuǎn)變具有高選擇性。若氧氣供應(yīng)充足,CO2對(duì)NO還原的抑制作用占據(jù)主導(dǎo),促進(jìn)NO生成；若氧氣供應(yīng)不足,煤焦-CO2氣化反應(yīng)占據(jù)主導(dǎo),進(jìn)而抑制NO生成。最后,在多功能流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展了O2/CO2燃燒實(shí)驗(yàn),考察了氧氣濃度、空氣分級(jí)、氧氣分級(jí)等操作參數(shù)對(duì)NOx排放的影響,并對(duì)NOx減排機(jī)理進(jìn)行探討。富氧燃燒中NO排放低的可能并非由CO濃度升高所致,而是因?yàn)楦邼舛鹊腃O2抑制了揮發(fā)分氮向NO轉(zhuǎn)變,同時(shí),在缺氧條件下煤焦與CO2的氣化反應(yīng)強(qiáng)烈,使得大量的焦炭氮向氮?dú)廪D(zhuǎn)變。
【圖文】：

Ｉ邐l#化劑與燃料組織燃燒，循環(huán)煙氣一方面用于調(diào)節(jié)火焰n齲硪環(huán)矯嬗糜諦儒義希懾緯蝕傭Ｖぢ詰娜攘看蕁７從Σ錚姿羝投躉嘉鰨虼司虻サ膩義咸崠亢蟊憧山，

本文編號(hào)：2587538