超細煤粉O2-CO2燃燒及NOx異相還原機理.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境越來越受到人們的重視，如今人類正面臨著三大環(huán)境問題的困擾:溫室效應、酸雨和臭氧層破壞。后二者均已爆發(fā)過嚴重的環(huán)境危機，如1952年的英國倫敦煙霧酸雨事件、美國洛杉磯煙霧事件和南極臭氧層空洞，因此早在20世紀60、70年代就引起了國際社會的重視，至今已發(fā)展了一系列卓有成效的控制和減排技術與措施。但化石燃料尤其是煤燃燒過程排放的大量二氧化碳造成的溫室效應近年來才引起了各國的普遍重視。許多控制 CO2排放的技術應運而生

2、。其中 O2/CO2燃燒技術是一種行之有效且性價比較高的綜合控制污染物排放的新型潔凈燃燒技術。本文提出的超細煤粉 O2/CO2燃燒技術將超細煤粉應用于傳統(tǒng)的O2/CO2燃燒技術，試圖將兩者的優(yōu)點結合起來以達到揚長補短的效果，進一步發(fā)展成為既擁有良好的燃燒性質，又具有較好的污染物排放性能的煤粉燃燒新技術，研究成果可為新一輪的高效低污染燃燒設備的開發(fā)提供技術支撐，甚至有可能成為一種值得大力推廣的污染物協(xié)同脫除的新興技術。
　　本論文主

3、要采用熱顯微鏡、熱天平、固定床試驗臺和攜帶流綜合燃燒試驗臺，結合X射線光電子能譜儀(XPS)和量子化學計算軟件，對超細煤粉/焦表面性質和超細煤粉在O2/CO2氣氛中熱解和燃燒過程、污染物排放特性以及NO異相還原機理等關鍵問題，進行了一系列探索性的研究。
　　機械力化學效應在無機物制備領域不僅是一個研究熱點，而且已得到應用；但在煤研究領域卻鮮有研究或報道。本文第一章對超細煤粉粉磨過程中機械力化學效應進行了研究，利用XPS對超細煤粉表

4、面的元素種類和碳、氮、氧和硫元素存在形態(tài)進行了測試和分析，得到了它們隨粒徑變化的規(guī)律，可為粉碎理論和超細煤粉表面化學特性提供參考。結果表明機械力化學作用對不同元素作用的程度不同。
　　熱解過程是煤轉化過程的初級階段，對其進行深入研究有助于增進對煤的利用過程如燃燒、氣化、液化等的理解。為此在固定床試驗臺上進行了超細煤粉CO2氣氛中的熱解試驗，研究了煤種、煤粉粒度和溫度對超細煤粉在高濃度CO2下的熱解氣體成分的影響，并分析了它們的生成

5、機理。結果顯示煤中氮主要以NH3、HCN和N2O形式析出，N2O的生成與NO的存在以及CO2氣氛有較大關系；熱解氣氛、溫度和粒徑對于CO析出的影響都較大。
　　了解燃燒特性是燃料利用的前提和基礎。本文分別在熱顯微鏡和高溫熱天平中研究了超細煤粉在O2/CO2氣氛中的著火和燃燒特性。在改裝的熱顯微鏡系統(tǒng)中觀察和分析了超細煤粉在O2/CO2氣氛中著火形態(tài)和火焰特征，揭示了氣氛、煤粉粒徑、氧氣流量和氧氣濃度等參數(shù)對著火的影響規(guī)律。試驗發(fā)現(xiàn)

6、在所設定的條件下，煤柱在N2/O2中比在CO2/O2中更容易著火，火焰更明顯。煤粉粒徑會影響著火方式；實驗條件下，平均粒徑為33.68μm的煤粉是均相著火方式，而平均粒徑低于20μm的煤粉都是非均相著火。在熱重試驗中，采用非等溫熱重分析方法，詳細分析了煤粉粒徑、升溫速率、氣氛和氧氣含量等因素對細化和超細化煤粉在O2/CO2氣氛中燃燒的影響。結果表明：氧氣濃度對超細煤粉在O2/CO2氣氛中的燃燒性能影響最大；煤粉平均粒徑越小，煤粉的燃燒性

7、能也越好；升溫速率的增大在氧氣濃度較高時對于煤粉燃燒性能的提升作用較明顯。
　　為進一步了解超細煤粉在O2/CO2氣氛中燃燒的特點和污染物的析出特性，設計、建成了一個能夠較好地模擬燃燒過程的攜帶流綜合燃燒試驗臺。通過試驗得出了煤粉粒度、爐膛溫度和過量空氣系數(shù)、循環(huán)NOx以及氣氛等因素對CO2、CO氣體和NOx排放的影響規(guī)律，對它們的影響機理進行了分析。采用灰色關聯(lián)方法對過氧系數(shù)、煤粉粒徑、溫度和循環(huán) NO濃度等4個因素對5種煙氣成

8、分(CO2,CO,N2O,NO和NO)和氮轉化率的關聯(lián)度進行了排序，結果發(fā)現(xiàn)循環(huán)NO濃度只對NO2影響較明顯,鐵法煙煤的其他三種對各種母因素的影響都比較明顯，而內蒙古煤稍有不同，過氧系數(shù)和溫度對CO2、NO和氮轉化率的影響比較明顯而粒徑對CO2、CO和氮轉化率影響比較明顯。
　　超細煤粉在高濃度CO2氣氛中熱解過程中煤粉/焦表面氮官能團的變化對于理解煤粉在O2/CO2氣氛中熱解、燃燒時氮元素的轉化過程有重要參考作用,也可為后續(xù)的量

9、子化學模擬提供參考。本文在固定床試驗臺上在高濃度CO2氣體中制取了不同溫度下的煤焦，并對它們進行了XPS測試，得到了NO在高濃度CO2氣氛下與煤焦異相反應的重要信息?；谠囼灲Y果，以密度泛函理論和有機反應理論為基礎，本文從微觀角度對超細煤粉在O2/CO2氣氛中NO異相還原機理進行了研究。提出了氣化/燃燒過程的簡化煤焦模型，計算了小分子在超細煤焦表面吸附和NO在氣化煤焦表面吸附的熱力學、結構參數(shù)和吸附選擇性，發(fā)現(xiàn)氣體分子在煤焦表面傾向于以