氣氛對煤燃燒和SO2-NOX遷移的機(jī)理及動力學(xué)特性影響的研究.pdf

1、燃燒環(huán)境氛圍對于燃料燃燒過程以及燃燒污染物的遷移特性有重要的影響。通過實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,探索燃燒環(huán)境氛圍對于燃燒機(jī)理和動力學(xué)特性的影響,揭示污染物遷移的機(jī)理,重點(diǎn)研究環(huán)境氛圍對燃燒特性和污染物排放特性的影響規(guī)律,獲得關(guān)鍵的影響因素和主要的燃燒特征參數(shù)。研究內(nèi)容具有重要的學(xué)術(shù)意義和工業(yè)應(yīng)用價值。
　　 首先,針對煤和煤矸石,采用熱分析法,實(shí)驗(yàn)研究了3種煤在O2/N2和O2/CO2環(huán)境氣氛的燃燒特性,探索環(huán)境氛圍對燃料燃燒機(jī)理和燃

2、燒特性的影響規(guī)律,并進(jìn)行了動力學(xué)分析,獲得了主要的燃燒特征參數(shù)。研究結(jié)果表明:1)O2/N2和O2/CO2環(huán)境氣氛下,富氧氣氛可顯著改善煤的燃燒特性,并且氧濃度對煤燃燒特性的影響程度隨著煤種固定碳含量的增加而增大。隨著氧濃度增加,煤粉燃燒TG和DTG曲線均向低溫區(qū)發(fā)生移動,煤粉的燃燒特性得到改善。氧濃度對煤焦燃燒的影響更顯著。2)O2/CO2和O2/N2環(huán)境氣氛相比,CO2對煤燃燒性能有重要影響。相同氧濃度下,由于CO2的比熱較大,且C

3、O2影響燃燒生成的CO2產(chǎn)物的擴(kuò)散,導(dǎo)致煤的著火和燃盡溫度升高,CO2的存在改變了煤焦的燃燒特性,尤其是高的CO2濃度對燃燒的影響更大。3)實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),氧濃度增加對改善燃燒非常有利。隨著氧濃度的增加,燃料的平均表觀活化能均有所增加,頻率因子增加的作用更顯著,因此燃燒反應(yīng)速率顯著增加。4)氣氛、粒徑和升溫速率均對煤粉動力學(xué)特性有較大影響。燃料的表觀活化能和頻率因子之間存在動力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng),即lnA=mE+n。
　　 其次,針對干法脫

4、硫過程,研究含氯添加劑產(chǎn)生的環(huán)境氛圍對石灰石干法脫硫的影響。通過實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,以NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、K2CO3為添加劑,探索含氯添加劑形成的環(huán)境氛圍對石灰石固硫效率影響,并對固硫過程進(jìn)行吉布斯自由能分析,獲得含氯添加劑的固硫機(jī)理和反應(yīng)動力學(xué)。研究結(jié)果表明:1)以含氯無機(jī)鹽作為石灰石干法脫硫的添加劑,能夠提高石灰石的脫硫效率,且添加劑對煤矸石硫分析出的影響比煤更大。實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),添加含氯無機(jī)鹽,對石灰石脫硫效率的

5、促進(jìn)作用由大到小依次為:NaCl、MgCl2、KCl、CaCl2。2)添加劑對形態(tài)硫的析出和遷移有明顯的影響,燃料析出的SO2濃度和總量均有下降。煤矸石硫分析出受到的影響較大。3)采用吉布斯自由能理論分析方法,揭示了含氯添加劑的石灰石干法脫硫的反應(yīng)機(jī)理。吉布斯自由能計算結(jié)果表明,含氯添加劑提高石灰石脫硫效率的機(jī)理是添加劑本身能夠發(fā)生固硫反應(yīng),并進(jìn)一步通過氯化反應(yīng),促進(jìn)CaO的固硫反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果基本一致,并且獲得了含氯添加劑

6、對石灰石固硫反應(yīng)特性的影響規(guī)律。
　　 最后,采用理論分析與模擬結(jié)合的方法,重點(diǎn)研究燃燒環(huán)境氣氛對NOx遷移的影響,探索燃煤過程中NOx產(chǎn)生機(jī)理,獲得NOx的遷移特性。比較分析燃料特性、氣固兩相流動、溫度場等因素對NOx遷移和產(chǎn)生的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:1)對于流化床反應(yīng)器的燃燒環(huán)境氛圍,NO和N2O的生成量隨過量空氣系數(shù)的增加而明顯增加。NO和N2O的生成和一二次風(fēng)比有較大關(guān)系,NOx的生成量隨一二次風(fēng)比的增大而增大。2)燃