O2/N2、O2/CO2和O2/CO2/NO气氛下煤粉燃烧NOx排放特性

利用滴管炉研究了O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/CO₂/NO气氛下煤燃烧过程中NO_x的排放特性。实验结果表明,在O₂/N₂和O₂/CO₂气氛下,高温或高O₂浓度均使NO排放量增加。O₂/CO₂气氛下NO排放量比O₂/N₂气氛下NO排放量低大约30%～40%。在O₂/CO₂/NO气氛下,温度不同时,O₂浓度变化对NO排放量的影响规律不同,对循环NO降解的影响规律也不同。高温不利于循环NO降解。随停留时间的延长NO排放量出现两个峰值。     

O2/CO2气氛下煤燃烧SO2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O₂浓度、CO₂浓度、温度及石灰石添加等各参数对O₂/CO₂气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO₂/NO排放特性的影响。结果发现,O₂/CO₂气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO₂/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O₂浓度下析出量比空气气氛下小。O₂/CO₂气氛下,随着O₂浓度的提高,烟煤和无烟煤SO₂/NO排放量均增大;随着CO₂浓度的升高, SO₂/NO排放量均减小。O₂/CO₂气氛下,石灰石添加对SO₂排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O₂/CO₂燃烧对SO₂的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。     

O2/CO2气氛下煤燃烧SO2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O₂浓度、CO₂浓度、温度及石灰石添加等各参数对O₂/CO₂气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO₂/NO排放特性的影响。结果发现,O₂/CO₂气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO₂/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O₂浓度下析出量比空气气氛下小。O₂/CO₂气氛下,随着O₂浓度的提高,烟煤和无烟煤SO₂/NO排放量均增大;随着CO₂浓度的升高, SO₂/NO排放量均减小。O₂/CO₂气氛下,石灰石添加对SO₂排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O₂/CO₂燃烧对SO₂的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。     

O2/CO2气氛煤焦的燃烧及其孔隙结构变化

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉实验装置,制备了不同环境气氛下（O₂/N₂及O₂/CO₂气氛）、不同燃尽率的煤焦试样,并采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形貌。结果表明,在相同的操作条件下,相同O₂浓度的O₂/CO₂气氛下煤焦的燃烧速率较慢、燃尽率较低,各试样的孔比表面积和比孔容积均较小。两种气氛下燃尽过程孔结构参数（SBET和VBJH）均呈减小趋势,且在孔径变化较明显的区域内（<5 nm）在CO₂气氛下煤焦的孔径分布较小且与煤种相关。SEM图像显示CO₂气氛下的煤焦表面致密,孔隙较少,其定性结果与N₂吸附法的定量测量结果吻合较好。     

气体与煤表面吸附作用的量子化学研究

选用褐煤、次烟煤、高挥发分烟煤、低挥发分烟煤和无烟煤5种煤表面结构模型,采用量子化学半经验方法INDO,从分子水平描述了CO、O₂、H₂O(g)、CO₂、CH₄和H₂等6种气体在煤表面的吸附作用,计算了气体在煤表面的吸附能、吸附距离、吸附作用键级和净电荷变化等微观参数,用Morse函数拟合了气体与煤表面的结合能曲线,得到了气体吸附作用强弱次序为：CO和O₂最强,H₂O和CO₂次之,CH₄和H₂最弱。     

新型燃烧方式下SO2脱除机理

对O₂/CO₂燃烧方式下SO₂的脱除机理进行了研究.静态实验和动态实验结果表明这种新型燃烧方式有利于降低SO₂的排放,SO₂脱除存在均相脱硫和多相脱硫的协同作用;新型燃烧方式下高CO₂浓度导致燃烧气氛中化学成分不同于传统的空气气氛,SO₂与燃烧气氛中存在的其他组分反应,生成硫的不同形态产物,SO₂只是其中的一种产物形态,导致SO₂总量排放减少;同时 O₂/CO₂燃烧气氛使燃煤中硫的氧化程度减弱;燃煤中本身所含脱硫剂存在优化的微观结构,该种结构有利于脱硫和对底灰中硫的吸附,也导致SO₂的排放量降低;CHEMKIN动力学计算结果进一步表征了以上机理.     

石化污泥与煤流化床混烧污染物排放特性

在一座热态循环流化床燃烧试验装置上对石化污泥与煤进行混烧试验,通过对焚烧过程中烟气成分进行分析,着重考察了质量掺混比、二次风率、过剩空气系数和床温对SO₂、NO_x和多环芳烃排放浓度的影响。试验结果表明,随着质量掺混比的增大,SO₂和NO_x的排放浓度下降,而多环芳烃排放浓度呈上升趋势。随着二次风率的增加,SO₂的排放浓度上升,而NO_x的排放浓度呈下降趋势。随着过剩空气系数的增加,SO₂的排放浓度下降,NO_x的排放浓度呈上升态势。随着床温或者过剩空气系数的增加,烟气中多环芳烃排放浓度均呈先下降后上升趋势。综合考虑稳定燃烧和降低污染物排放等因素,得出一系列最佳燃烧参数。燃烧温度应该控制在850～860℃,过剩空气系数应该控制在1.35左右,二次风率应该控制在40%左右,质量掺混比应该控制在30%左右。在本次试验范围内,各工况SO₂、NO_x和多环芳烃的排放浓度均满足国家排放标准。     

基于NiO载氧体的煤化学链燃烧实验

采用流化床反应器并以水蒸气作为气化-流化介质,研究了以NiO为载氧体在800～960℃内的煤化学链燃烧反应特性。实验结果表明,载氧体与煤气化产物在反应器温度高于900℃体现了高的反应活性。随着流化床反应器温度的提高,气体产物中CO₂的体积浓度(干基)呈单调递增;CO、H₂、CH₄的体积浓度(干基)呈单调递减;煤中碳转化为CO₂的比率逐渐递增,碳的残余率逐渐递减。反应器出口气体CO₂、CO、H₂、CH₄的生成率随反应时间呈单峰特性,H₂生成率的峰值远小于CO的峰值;且随反应器温度升高,CO₂生成率升高,CO、H₂、CH₄的生成率降低。反应温度高于900℃时,流化床反应器NiO载氧体煤化学链燃烧在9 min之内就基本完成,CO₂含量高于92%。     

煤燃烧中影响NOx生成因素的分析

概述了煤燃烧中空气分级燃烧技术,分析了NOx生成的影响因素。影响NOx形成的主要锅炉操作参数为:初级燃烧区化学计量比为0.7～0.9,停留时间较长时,NOx的生成量较少;温度的影响与环境的氧化/还原气氛有关;增加过量空气,NOx生成量增加。影响NOx生成的最主要的煤性质是氮含量和挥发分,氮含量的影响与燃烧所采用的控制技术有关,随挥发分含量增加,NOx的生成量减少。     

铁含量对Fe-Mn-K催化剂上CO2加氢反应性能的影响

在370 ℃、2.0 MPa和600 h^－1条件下，考察了Fe-Mn-K复合催化剂上的CO₂选择性加氢合成低碳烯烃性能。XRD表征表明，复合催化剂中负载的金属组分主要以Fe₂O₃和MnO₂形式存在。通过H₂-TPR和CO₂-TPD研究了Fe-Mn-K催化剂对H₂的还原性能和CO₂吸附性能的影响，当催化剂中Fe负载质量分数为12%时，H₂-TPD温度较低，CO₂转化率大于30%，C⁼₂～C⁼₄低碳烯烃选择性也较高。CO₂-TPD结果表明，随Fe含量的增加，初始脱附温度提高，脱附量增加，催化剂对CO₂的吸附强度逐渐增大。     

O2/H2O气氛下CH4燃烧特性与置换天然气水合物联产方案

对O2/N2, O2/CO2和O2/H2O三种气氛下CH4燃烧特性及主要污染物生成进行了数值模拟,将出口O2浓度作为污染物排放的协同考虑因素,提出了基于O2/H2O气氛燃烧置换天然气水合物的新技术方案,比较了3种燃烧气氛对甲烷燃烧温度、燃烧速率、污染物(NOx和碳黑)生成量及燃烧效率等的影响. 结果表明,相较于O2/N2和O2/CO2气氛,O2/H2O气氛下燃烧温度最低、燃烧速率最高、污染物生成量最少、燃烧效率最高、出口O2浓度最低. 确定了与传统燃烧温度分布特征曲线相匹配的浓度配比为32vol% O2/68vol% H2O. 基于模拟研究结果,提出了一套O2/H2O燃烧技术与开发天然气水合物联产的技术新思路.     

In situ diagnostics of Victorian brown coal combustion in O2/N2 and O2/CO2 mixtures in drop-tube furnace

Experimental investigation of the combustion of an air-dried Victorian brown coal in O₂/N₂ and O₂/CO₂ mixtures was conducted in a lab-scale drop-tube furnace (DTF). In situ diagnostics of coal burning transient phenomena were carried out with the use of high-speed camera and two-colour pyrometer for photographic observation and particle temperature measurement, respectively. The results indicate that the use of CO₂ in place of N₂ affected brown coal combustion behaviour through both its physical influence and chemical interaction with char. Distinct changes in coal pyrolysis behaviour, ignition extent, and the temperatures of volatile flame and burning char particles were observed. The large specific heat capacity of CO₂ relative to N₂ is the principal factor affecting brown coal combustion, which greatly quenched the ignition of individual coal particles. As a result, a high O₂ fraction of at least 30% in CO₂ is required to match air. Moreover, due to the accumulation of unburnt volatiles in the coal particle vicinity, coal ignition in O₂/CO₂ occurred as a form of volatile cloud rather than individual particles that occurred in air. The temperatures of volatile flame and char particles were reduced by CO₂ quenching throughout coal oxidation. Nevertheless, this negative factor was greatly offset by char-CO₂ gasification reaction which even occurred rapidly during coal pyrolysis. Up to 25% of the nascent char may undergo gasification to yield extra CO to improve the reactivity of local fuel/O₂ mixture. The subsequent homogeneous oxidation of CO released extra heat for the oxidation of both volatiles and char. As a result, the optical intensity of volatile flame in ∼27% O₂ in CO₂ was raised to a level twice that in air at the furnace temperature of 1273 K. Similar temperatures were achieved for burning char particles in 27% O₂/73% CO₂ and air. As this O₂/CO₂ ratio is lower than that for bituminous coal, 30-35%, a low consumption of O₂ is desirable for the oxy-firing of Victorian brown coal. Nevertheless, the distinct emission of volatile cloud and formation of strong reducing gas environment on char surface may affect radiative heat transfer and ash formation, which should be cautioned during the oxy-fuel combustion of Victorian brown coal.     

以煤焦混合物为燃料的循环流化床锅炉SO2排放特性

在工业运行的410 t·h^-1循环流化床锅炉上进行烟煤、70％烟煤＋30％石油焦和50％无烟煤＋50％石油焦的燃烧试验,研究了运行参数对SO₂排放特性的影响。结果表明,3种燃料均能达到良好的燃烧效果,炉内温度场分布均匀。在相同燃烧条件下,不同燃料SO₂排放量与其中的含硫量呈正相关关系。SO₂排放量随温度的升高先减小后增大,存在最佳脱硫温度;随钙硫比的增大而减小;随过量空气系数的增大而减小;随飞灰再循环量的增大而减小。对于不同种类的石灰石,大比表面积和高比孔容积的石灰石对SO₂有较好的脱除效果。考察了燃用不同燃料的最佳温度、钙硫比和过量空气系数,阐述了飞灰再循环和石灰石微观结构在循环流化床锅炉脱硫中的机理和作用,以期对循环流化床的设计和运行工作提供指导。     

O_2/N_2、O_2/CO_2和O_2/CO_2/NO气氛下煤粉燃烧NO_x排放特性

利用滴管炉研究了O2/N2、O2/CO2和O2/CO2/NO气氛下煤燃烧过程中NOx的排放特性。实验结果表明,在O2/N2和O2/CO2气氛下,高温或高O2浓度均使NO排放量增加。O2/CO2气氛下NO排放量比O2/N2气氛下NO排放量低大约30%~40%。在O2/CO2/NO气氛下,温度不同时,O2浓度变化对NO排放量的影响规律不同,对循环NO降解的影响规律也不同。高温不利于循环NO降解。随停留时间的延长NO排放量出现两个峰值。     

O_2/CO_2煤粉燃烧及NO_x污染排放的数值模拟

为了进一步全面评价O2/CO2煤粉燃烧特性,在前期实验基础上,通过数值模拟方法对空气、O2/CO2两种气氛下煤粉燃烧及污染物形成特性进行数值模拟,从而更充分了解O2/CO2燃煤过程火焰形成、传热和污染物形成特性,以便为合理组织流场、控制温度、获取合理的燃料和氧浓度分布状态及O2/CO2燃烧过程新燃烧器的设计提供必要的指导。     

煤粉在富氧气氛下燃烧反应动力学的实验研究

在同步热分析仪上分别对年轻褐煤(小龙潭煤)和烟煤(富源煤)进行了不同O2含量下的O2/CO2燃烧特性实验,确定其燃烧特性参数及动力学参数. 结果表明,随氧气浓度从21%增大到80%(j),小龙潭年轻褐煤和富源烟煤的着火温度分别从591.65和756.15 K降到561.55和722.45 K,燃尽温度分别从898.75和984.95 K降到721.05和872.45 K,燃烧时间缩短,综合燃烧特性指数增大,煤粉的频率因子呈上升趋势,小龙潭年轻褐煤的活化能增大,高温段富源烟煤在氧气浓度达30%(j)及以上时活化能变化趋于平缓,后者的反应活化能和频率因子高于前者. 在不同氧气浓度下,两种煤粉的活化能E和频率因子A之间存在动力学补偿效应.     

循环流化床燃煤过程NOx和N2O产生-控制研究进展

循环流化床(CFB)燃烧技术因其燃料适应范围广、污染物排放低等优点,近几十年得到广泛应用. 随着当前环保要求的日益提高,CFB燃煤过程N2O排放浓度较高成为其应用的瓶颈问题. 因此系统总结CFB燃煤过程中NOx和N2O排放的研究现状对开发新型CFB燃煤技术具有重要意义. 本工作首先讨论了CFB燃煤过程中NOx和N2O的均相和异相反应机理,然后应用这些机理分析了床温、过剩空气系数、分级燃烧,以及煤种对CFB燃煤过程NOx和N2O排放的影响. 在此基础上,对常见的抑制NOx和N2O排放的工艺从机理角度进行了归纳总结. 最后,对2种本工作认为有应用前景的CFB燃煤减排NOx和N2O新技术?反向分级燃烧技术及CFB解耦燃烧技术进行了简要论述.