微富氧条件下煤粉燃烧及NO生成特性的研究

利用热重分析技术对微富氧条件下煤粉的燃烧特性进行了研究,并与富氧条件下煤粉的燃烧特性进行了对比,利用固定床测定了燃煤NO的生成规律,分析了反应气氛和煤种的影响．结果表明：随着氧体积分数增加,微富氧条件下煤粉的燃烧向低温区移动,综合燃烧特性指数S逐渐增大;在相同的氧体积分数下,由于N2和CO2的物性差异,煤粉的微富氧燃烧特性优于富氧燃烧特性,但当氧体积分数升高到40％时,两种气氛的燃烧特性差别不大;反应气氛和煤种均对燃料氮的转化率影响显著;氧体积分数升高或N2的参与会使反应温度上升,影响燃料氮的转化率;煤的挥发分和元素氮的质量分数也会影响燃料氮的转化率．     

焦炭氮释放和NOx生成与还原特性的实验研究

在沉降炉上开展低挥发分贫煤焦炭燃烧实验,研究了反应温度(1 100～1 300℃)、氧气体积分数(0～15%)和初始NO体积分数(0～500 mL/m³)对焦炭氮释放和NO_x生成与还原特性的影响。结果表明：在1 300℃无氧条件下,焦炭和NO发生异相还原反应,随着初始NO体积分数由0增加至500 mL/m³,NO_x还原率由0增加至93.4%。在焦炭燃烧条件下,焦炭氮释放并氧化生成NO_x,此时增加初始NO体积分数抑制焦炭氮向NO_x转化。随着反应温度升高、氧气体积分数降低或初始NO体积分数增加,焦炭氮向NO_x的表观转化率均有所降低。当反应温度为1 300℃、氧气体积分数为5%时,随着初始NO体积分数由0增加至500 mL/m³,焦炭对NO_x的还原作用逐渐增强,NO_x表观转化率由7.9%逐渐降低至-24.2%。     

生物质挥发分燃烧NO生成规律研究

生物质燃料在燃烧过程中燃料氮会转化为NO释放,而生物质中绝大部分的燃料氮在热解过程中以挥发分氮的形式释放,因此挥发分氮对于NO的生成极为重要。为探究生物质挥发分燃烧生成NO的规律,在水平管式炉反应器及Chemkin仿真模拟上研究了不同生物质、不同温度、不同氧浓度对挥发分NO生成的影响。试验结果表明:生物质含氮量越高,挥发分NO的转化率越低;挥发分NO的转化率随温度上升先增加,在800℃达到峰值后略微减小;氧浓度越高,挥发分NO的转化率越高。该结论有助于理解生物质挥发分燃烧生成NO的规律,对采取合理措施降低NO排放有积极意义。     

无烟煤和焦炭的NO_x生成规律研究

通过改变无烟煤和焦炭燃烧时的粒径、温度和氧浓度,采用管式炉进行焦炭和无烟煤的燃烧试验,并测量烟气中NO的体积分数。试验研究了铁矿石烧结时存在的粒径、温度、氧浓度对无烟煤和焦炭燃烧过程中NO_x释放和燃烧速率的影响。结果表明,焦炭的NO_x转化率会随着粒径增大而减小,而无烟煤的NO_x转化率则会随着粒径增大先增大后减小。焦炭和无烟煤的NO_x转化率都会随着温度升高而减小。在1000℃时,焦炭和无烟煤都会随着氧浓度的升高,NO_x转化率随之升高,但是在1100℃时,焦炭的NO_x转化率会随着氧浓度升高而减小。     

煤粉等温燃烧挥发分、焦炭分阶段SO_2释放规律研究

利用自制SO_2测量系统,对煤粉及煤焦进行了等温燃烧实验,针对挥发分与焦炭分阶段SO_2释放规律研究了温度、煤质、氧浓度对SO_2释放的影响。结果表明:煤粉等温燃烧过程中,经历了挥发分SO_2的快速释放和焦炭SO_2的缓慢释放,挥发分SO_2和焦炭SO_2的释放存在一定的重叠时间。随着温度升高,焦炭SO_2转化率显著增大,挥发分SO_2转化率变化不大。不同煤种SO_2转化率差异明显,低阶煤挥发分S0_2的转化率较低,塔山煤和印尼煤的焦炭SO_2转化率显著低于阳泉煤。随着氧浓度升高,挥发分和焦炭SO_2释放速率加快,挥发分SO_2和焦炭SO_2转化率均升高,挥发分SO_2的释放对氧浓度的变化更为敏感。     

铜基氧载体化学链氧解耦的流化床实验研究

采用溶胶-凝胶法制备了CuO/CuAl2O4氧载体,在CO2气氛下和空气气氛下,分别研究了该氧载体的释氧和吸氧性能,研究结果表明,随着温度的升高,氧载体的释氧、吸氧速率不断升高.随后在N2气氛下研究了3种典型煤的化学链氧解耦燃烧过程,结果表明,煤中挥发分的含量直接影响燃烧过程的快慢,在氧解耦燃烧时,高挥发分的褐煤尾气中,CO2体积分数比无烟煤高15%左右,褐煤中碳的平均转化率为无烟煤的2～3倍.     

分解炉内贫氧高CO2燃烧条件下挥发分NO生成机理

基于GRI3.0详细动力学反应机理数据库,采用生成速率分析方法,从化学反应动力学角度分析水泥分解炉内煤粉挥发分贫氧燃烧时低温、高浓度CO2条件下挥发分NO生成机理及挥发分中HCN转化生成NO的主要转化路径.分析结果表明,煤粉在过量空气系数为0.8的贫氧燃烧条件下,分解炉内高浓度CO2气氛会促进NO生成,增大NO的排放浓度;850～950℃温度范围内,CO2体积分数为0%～35%条件下挥发分NO生成的主要机理反应式为N+O2(→)NO+O、HNO+H(→)H2+NO和N+CO2(→)NO+CO;高体积分数CO2通过推进反应FINO+H(→)H2+NO和N+CO2(→)NO+CO促进NO生成;其中HNO是NO生成过程中最重要的活性含氮中间产物,对NO生成起主要的贡献作用;HCN氧化生成NO的主要反应路径为HCN先转化生成NHi,再进一步转化生成HNO活性含氮中间体,最终生成NO.     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧中NO_x转化机理的CHEMKIN模拟

采用CHEMKIN软件中的PFR模型对不同气氛(O_2/CO_2和O_2/N_2)下煤粉燃烧过程中燃料氮NH_3的转化和NO_x生成机理进行模拟,并在模型中首次引入外部的湿烟气再循环来模拟实际富氧煤粉燃烧过程中NO_x的生成机理及影响因素。通过CHEMKIN模拟可以较为准确地定量分析富氧燃烧条件下燃料N的转化规律,富氧燃煤过程中引入再循环烟气可降低燃料N向NO的转化率,其中碳黑与NO的反应对再循环烟气中NO的还原起主要作用。     

无烟煤恒温燃烧过程中NO和SO_2瞬态释放特性研究

在高温一维卧式炉上,研究了阳泉无烟煤在富氧情况下恒温燃烧的NO、SO2等的瞬态释放特性.主要在1 000℃、1 300℃、1 500℃3个温度等级下瞬态燃烧,在线测量了不同温度等级下的NO、SO2等释放特性以及计算了生成的NO中的氮和煤粉中的氮的比率.研究发现随着温度的升高,NO释放提前,NO释放过程缩短,NO释放峰值升高.随着温度的升高,生成的NO中的氮占煤粉中的氮的比率却下降.这主要由于温度高引起的更多的挥发分氮的迅速集中释放和局部高温低氧氛围更有利于NO的还原.即使是1 500℃,有热力型NO生成的情况下,NO生成量还是小于温度较低时的情况.SO2的生成过程滞后于NO,且生成量随温度上升而增加.     

燃煤特性对空气分级燃烧NO_x排放影响的研究

以空气分级低氮改造后的切圆燃烧锅炉为对象,研究、分析了燃煤挥发分Vdaf、灰分Aar、水分Mt和燃料氮Nar对NOx生成量的影响规律。研究表明,挥发分和水分与NOx负相关,灰分和燃料氮与NOx正相关,NOx随着挥发分和水分增加而减小,随着灰分和燃料氮的增加而增加。在燃烧初期各类有利于煤粉着火、降低温度水平及降低氧量水平的因素都有利于降低NOx排放。     

掺混比对半焦与烟煤混合燃烧及NO_x排放特性影响的试验研究

在350 kW中试煤粉锅炉上研究了热解半焦掺混比对神华烟煤与神木半焦混合燃烧时着火特性、燃尽特性以及NO_x排放特性的影响,测量了不同轴向位置处炉膛温度以及O_2体积分数、CO体积分数和NO_x质量浓度等参数。结果表明:随着掺混比的增大,着火性能变差,着火距离增加且着火温度升高,主燃烧区出口NO_x质量浓度逐渐增大;采用EGA气体释放法分析燃料着火点时,CO释放法对掺混比为60%和100%的燃料适合,NO_x释放法在分析高挥发分烟煤的着火时效果更好;纯半焦燃烧时燃尽率最低,掺混高挥发分烟煤对整体燃尽有较大改善。     

ODPP/OESC旋流火焰的试验与模拟研究

利用三维旋流燃烧系统,对稀氧部分预混/富氧补燃(ODPP/OESC)火焰结构和污染物生成特性进行了试验研究,降低稀氧体积分数、提高富氧体积分数,动力火焰呈现轴向拉伸趋势,而扩散火焰长度则逐渐缩短;同时,动力燃烧区和扩散燃烧区温度逐渐降低,NO_x排放量显著下降,CO排放量则有所提高。相同工况下数值模拟结果显示,ODPP/OESC改变了动力燃烧区的NO_x生成机理,是NO_x排放量降低的根本原因。ODPP/OESC基于燃料/氧化剂空间体积分数分布的物理过程控制,有效均衡了动力燃烧区与扩散燃烧区的反应速率,可实现CO与NO_x排放的平衡控制。     

生物质与煤混合富氧燃烧过程中NO和N_2O的排放特性研究

为了研究燃烧气氛、进口氧气浓度、生物质掺混比、燃烧温度以及过量氧气系数对循环流化床(CFB)富氧燃烧过程中NO,N_2O排放特性以及燃料中N的转化特性的影响,以棉秆和大同烟煤为燃料,在50 k W循环流化床燃烧试验台上进行了空气气氛和O_2/CO_2气氛下的生物质与煤混合燃烧试验。试验结果表明:与空气气氛相比,O2/CO2气氛下,NO,N_2O的排放量和燃料中N的转化率均降低;随着进口氧气浓度和燃烧温度的升高,NO的排放量均升高,N_2O的排放量和燃料中N的转化率均降低;随着生物质掺混比的增大,NO的排放量和燃料中N的转化率降低,N_2O的排放量升高;NO,N_2O的排放量以及燃料中N的转化率均随过量氧气系数增大而升高。     

生物质成型燃料层燃过程中NO生成规律的实验研究

针对国内现有生物质层燃锅炉NOx排放高的问题,研究其床层层燃过程及NOx生成转化规律是实现清洁高效燃烧的关键,实验主要在单元体炉实验台上进行,重点关注木材成型燃料在不同风量、不同料层厚度下的焦炭层变化和床层表面NO生成释放规律。实验结果表明,在过量空气系数较小时,火焰锋面上方焦炭反应层逐渐积累,异相还原作用增强,床层表面CO浓度逐渐增加,对应地NO浓度逐渐下降。随着料层厚度增加,单位质量燃料释放的NO总量减小;随着过量空气系数增加,焦炭反应层厚度变薄,对NO的还原作用减弱,NO的量级则逐渐增大。     

废轮胎热解半焦的单颗粒燃烧特性实验研究

在单颗粒燃烧系统上研究了废旧轮胎热解半焦颗粒的燃烧特性，并探究了温度与颗粒粒径对燃烧的具体影响．结果表明，半焦颗粒在850℃及以下燃烧时经历挥发分析出及着火、挥发分燃烧、焦炭着火及焦炭燃烧4个阶段，在机理上属于典型的均质着火机理；在950℃以上时，焦炭着火早于挥发分着火，其着火机理转变为联合着火．此外，温度升高会缩短半焦颗粒着火时间等特征时间，而半焦颗粒粒径的增加则会增大挥发分火焰的体积并显著延迟焦炭的着火时间．研究结果为高效清洁利用轮胎衍生燃料提供了一定的基础研究数据．     

富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中回收NO的研究

在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集的基础上,提出了一种利用CO2捕集时加压降温的特殊工艺流程资源化回收NO的新方法.分析了富氧燃烧锅炉烟气CO2的捕集流程,证明高压低温的工况条件十分有利于NO加速氧化为NO2及NO2液相吸收转化为稀硝酸产品.基于化学反应动力学基本原理与实验数据,对吸收过程发生的化学反应进行分析与计算,结果表明:在压力为3 MPa、温度为30℃时,NO的氧化转化率可达90%,反应时间仅需8.06 s,水吸收不构成控制环节,无需其他化学药剂.按300MW富氧燃煤锅炉的烟气量及NO和O2的质量浓度范围计算,富氧燃烧发电机组在捕集高浓度CO2的同时,每小时可回收浓度为20%的稀硝酸1974 kg,折合纯质硝酸395kg,一天能产生约4.7万元的产值.     

反应气氛对燃料氮析出规律的影响研究

在自行设计的试验装置上研究了HT、LC煤在不气氛下氮的析出特性.结果表明在混有CO的还原性气氛中NOx析出时间延迟,挥发分析与焦氮析出时间有融合的趋势,NOx生成量减少;在高氧浓度混有CO2的气氛中,氮析出时间提前,且在燃烧前期聚集释放,析出量大;在低氧浓度下挥发分氮与焦氮分阶段析出,NOx生成量减少.     

不同反应气氛下燃料氮的析出规律

在自行设计的试验装置上研究了黄台煤(HT)、莱城煤(LC)在不同气氛下氮的析出特性.结果表明:在混有CO的还原性气氛中,NOx析出时间延迟,挥发分氮析出与焦碳氮析出时间有融合的趋势,NOx生成量减少;在高氧浓度混有CO2的气氛中,氮析出时间提前,且在燃烧前期聚集释放,析出量大;在低氧浓度下,挥发分氮与焦碳氮分阶段析出,NOx生成量减少.     

低挥发分煤NO释放特性试验研究

利用固定床反应器,研究了几种低挥发分煤种燃烧过程中的NO释放规律。试验结果表明,随来流O2的增加,NO生成峰值有所升高,但是峰宽变化不大,同时NO转化率随O2的增加而提高;当温度升高时,NO生成峰值有明显提高,挥发分析出燃烧提早,但是NO转化率反而随温度升高而降低;随着煤粉粒径的减小,燃烧过程中NO转化率先是随之降低,但达到一定细度后再减小煤粉粒径,NO转化率不但不降低,反而随着粒径的减小而升高。     

煤粉热解特性对其富氧气氛下着火机理的影响

利用非等温热重分析法对两种烟煤的热解特性及富氧下的燃烧特性进行研究.实验结果表明,煤粉中低温下的热解行为对其富氧气氛下的着火机理有明显影响.挥发分初析温度低、热解特性指数D大的煤,随着氧体积分数的增加,着火方式逐渐由非均相转变为均相.而挥发分初析温度高、D较小的煤,着火方式则无明显变化.热解活性高的煤,在着火机理转变后,着火温度显著降低,但燃尽温度基本不受影响.氧体积分数提高后两种煤粉的燃烧特性指数S都有所增大,但相同氧体积分数下不同煤种之间的S相差不多,说明着火机理的改变对S无明显影响.