CO_2气氛下煤焦对NO还原作用的试验研究

为了探讨O2/CO2燃烧方式下高浓度CO2对煤焦-NO还原反应的影响,使用悬浮床反应器在N2和CO2气氛下对煤焦-NO还原反应进行了试验研究。结果表明:在N2和CO2气氛下,煤阶和温度都对煤焦-NO还原反应有很大影响,煤阶越低,温度越高,焦对NO还原作用越强;流化床锅炉中较高浓度的煤焦对降低NOX排放有重要作用;与N2气氛相比,CO2气氛下高浓度的CO2会抑制NO被煤焦和CO有效还原,因此O2/CO2燃烧方式下高浓度的CO可能并非是其低NOX排放的主因。     

煤在O_2/CO_2及O_2/N_2气氛下燃烧NO析出规律的实验研究

以阳泉无烟煤(YQ)、聊城贫煤(LC)和里彦烟煤(LY)为研究对象,在卧式管状炉上重点考察了O2/N2和O2/CO2气氛下,三种煤粉燃烧过程中NO的析出规律。实验结果表明O2/CO2气氛能够减小NO的析出速率,并且降低NO的转化率。相比较O2/N2气氛,NO析出曲线平坦,峰值小,持续时间长,在1 173 K的温度条件下,YQ、LC和LY的NO转化率分别为31.45%、20.58%、17.73%,比相应的O2/N2气氛下降低了20.48%、12.42%和24.78%。在1 173 K范围内,提高温度对O2/N2和O2/CO2气氛下的NO转化有均有促进作用,超过此温度则转化率变化不明显。CaCO3的加入促进了NO的析出,并且YQ、LC在Ca/S小于2,LY在Ca/S小于3时,随着CaCO3量的增加NO转化率提高较为明显,进一步提高Ca/S,则固硫剂的作用有所削弱。相对于O2/N2气氛,O2/CO2气氛下的加钙脱硫可以抑制NO的生成,相同条件下的NO转化率可降低25%左右。     

分级富氧燃烧控制NO_x的一维模型和试验研究

为研究富氧燃烧过程中的NOx生成与控制,在一维沉降炉上进行了煤的分级富氧燃烧试验,并利用Matlab和Cantera软件建立了一维沉降炉反应模型并进行分析。试验温度1 100~1 200℃,给粉量21.1~32.3 g/h。试验和模拟结果表明:富氧燃烧时不采用烟气再循环的方法时NOx生成量也可比空气下燃烧时低。在未分级条件下,富氧燃烧时的NOx排放量是空气工况的77%。通过推迟二次风后移、缩小一次风风率等手段延长一次风在还原区的停留时间,可降低富氧燃烧时的NOx生成量。高浓度CO2和焦炭的气化反应有助于强化还原区的还原性气氛,促进NO在焦炭表面的还原,促进焦炭N向N2的转化,抑制焦炭NOx的生成。一维模型模拟结果与试验吻合。     

O2/CO2气氛下燃煤SO2排放特性的实验研究

在沉降炉实验台上通过在线烟气分析仪考查了燃煤烟气的组成以及燃烧气氛、CO2浓度、温度和燃料/氧气化学当量比对SO2的排放规律。结果表明,相同操作条件下O2/CO2燃烧可获得高达80%左右的CO2浓度,但烟气中CO含量明显高于O2/N2气氛下燃烧时的情况。高浓度CO2的存在使得SO2的排放较常规燃烧方式下有所降低,并且随着气氛中CO2浓度的增加呈递减趋势,但随着燃烧温度的升高,煤粉燃尽程度的增加以及其余含硫物相向SO2的转化使得其排放浓度逐步增加。在2种气氛下,SO2的释放浓度在贫燃料区随燃料/氧气化学当量比f的增加而增加,而在f大于1.2的富燃料区随燃料/氧气化学当量比的增加而降低。     

不同O2浓度下NH3选择非催化还原NO的实验和模型研究

NO的选择性非催化还原反应是燃烧过程重要的脱硝途径。文中在800~1 200 ℃,初始浓度CNO,ini=200 mmol/mol、CO2,ini=0%~10%、氨氮比CNH3/CNO=1.2的情况下,进行了NH3/NO/O2的均相流反应器的实验和化学动力学模拟研究,着重研究不同氧浓度对NO和N2O浓度变化规律的影响。实验结果表明,在微量氧气杂质(CO2"50 mmol/mol)条件下,脱硝温度更高,而脱硝率达到了95%。化学动力学模型预测的NO和N2O浓度变化规律与实验结果非常吻合：氧浓度的升高使NH3/NO的最佳反应温度下降,同时降低脱硝的效果;N2O生成浓度随着氧浓度的升高而降低,对应N2O最大浓度的温度也降低。微氧工况的N2O最大生成浓度比低氧浓度下更低,而生成温度更高。     

循环流化床高浓度富氧燃烧试验研究

在0.1 MW循环流化床富氧燃烧试验系统上,进行了大同烟煤在O2/再循环烟气(RFG)和O2/CO2配气下的高浓度富氧燃烧试验,研究燃烧温度和气氛对燃烧稳定性、烟气中CO2浓度和气体污染物排放的影响。研究结果表明,O2/RFG气氛下,在一次风氧气浓度为49.6%~55.2%、二次风氧气浓度为45.3%~51.7%范围内,循环流化床能够稳定运行,烟气中CO2浓度达到90%以上,SO2浓度为87~197 mg/MJ,N2O浓度为48~78 mg/MJ,NO仅为19~44 mg/MJ。与O2/CO2配气燃烧相比,O2/RFG燃烧时除NO浓度基本不变外,CO与SO2浓度均有一定程度的增加,而N2O浓度则明显降低。     

O2/CO2气氛下燃煤NO排放特性的实验研究

在沉降炉上通过在线烟气分析仪研究了燃烧气氛、CO2浓度、温度及燃料/氧气化学当量比对O2/CO2气氛下燃煤NO排放的影响规律。结果表明,O2/CO2气氛下NO的排放浓度总小于O2/N2气氛下的情况,在无烟气再循环的情况下降幅约为20%~40%。2种气氛下NO的沿程析出均表现出类似的规律,但因煤质而有所不同。随着进气中CO2浓度的增加,NO的排放浓度呈现降低的趋势。与21%O2/ 79%Ar气氛下相比,21%O2/79%CO2气氛下NO排放浓度的降幅在30%~50%。随着温度的增加,2种气氛下NO的排放浓度均增加。随着燃料/氧气化学当量比(f)的增加,NO排放浓度呈现出先增加后降低的趋势,其最大排放浓度均出现在f=0.8左右;在f远大于1的富燃料区,2种气氛下NO的排放浓度基本可以降到一致的水平。     

低氧体积分数下煤粉的NO排放及燃烧特性

为了掌握固定床中煤粉低氧体积分数反应的燃烧特性和NO排放特性,利用固定床反应器研究了燃烧气氛、管式炉温度、氧体积分数、气体流量的变化对煤粉NO排放和燃烧特性的影响。结果表明:与O_2/N2和O_2/Ar气氛相比,O_2/CO_2气氛下的NO排放峰值的体积分数减半,反应时间延长,最高燃烧温度降低;升高温度对NO释放和降低反应时间有促进作用,当温度升高至1 300K时,NO排放量达到峰值,随后进一步升温,NO的还原速率大于生成速率,NO排放量反而降低;当氧体积分数低于10%时,N的氧化反应被抑制,NO排放量保持较低水平,当氧体积分数从10%升至21%时,CO/NO/焦炭还原反应受到抑制,NO排放量快速增长;随着气体流量增加,煤粉颗粒附近的氧体积分数升高,加速了N的氧化反应速率,N的转化率呈单调递增趋势。     

不同气氛下煤粉燃烧硫氮污染物析出的特性研究

利用水平炉在O2/N2气氛和O2/CO2气氛下煤粉燃烧进行了实验研究,对煤中硫氮排放特性进行了比较分析。发现较高温度下无机硫产生SO2较多,出现峰值的时间提前。温度升高NOx转化率增加。相同温度下,O2/CO2气氛下SO2、NO排放峰值较低。不同CO2浓度下SO2排放变化不大。挥发分NO析出几乎无影响,而焦炭NO峰值随CO2浓度升高呈减小趋势。提高O2浓度对有机硫析出的影响不大,而无机硫生成SO2的时间提前,峰值提高。NO生成峰值生成时间均提前。静态实验结果表明新型燃烧方式有利于降低SO2和NO的排放。     

O2/CO2气氛下生物质与煤混燃的NO排放特性研究

在水平管式试验炉上研究生物质与煤配比、燃烧气氛、O2浓度、温度对NO排放特性的影响规律.结果表明,在O2/CO2气氛下,随着生物质比例的增大,生物质混煤NO释放提前,NO排放完毕时间减少,NO的排放量降低;在试验所选取的O2浓度范围内,相同氧浓度时,O2/CO2气氛下生物质混煤NO的排放量小于O2/N2气氛下的排放量,其降低幅度约为10％～20％;随着O2浓度的增加,2种气氛下生物质混煤NO的排放量均升高;在试验所选取的温度范围内,随着温度的升高,生物质混煤NO的排放量增加.     

O2/CO2气氛下煤焦热重试验研究

进行了O2/CO2气氛与O2/N2气氛下兖州烟煤焦和柬阳无烟煤焦的热重试验,分析了气氛变化对煤焦热重反应的影响,推导出了O2/CO2气氛与O2/N2气氛下的煤焦动力学表达式并获得了动力学参数。模拟值与试验结果吻合较好。     

再燃烧条件下煤焦还原NO特性的研究

在携带流反应装置中,研究了不同煤焦制备和反应条件下煤焦异相还原NO的特性,分析了煤种、热解条件(热解温度、煤粉热解时粒径和热解气氛)和反应条件(煤焦还原NO时的反应温度、环境气氛)等因素对煤焦还原NO特性的影响。结果表明,挥发分含量较高的煤种,其煤焦对NO的还原能力较强;热解温度的提高导致生成煤焦还原NO能力下降;小粒径煤粉热解生成的煤焦较大粒径煤粒热解生成的煤焦对NO的还原率高;煤粉在一次燃烧区过量空气系数为1.0~1.2的烟气气氛中热解时,生成的煤焦对NO的还原能力无明显差别;参与反应的煤焦颗粒周围烟气气氛对煤焦还原NO的影响较大,在SR1为0.9~1.3范围内,NO还原效率呈现两头高中间低的特性,且当SR1=1.1时,NO还原率最低;在高温氧化性气氛中,随反应温度的提高,煤焦还原NO的效率增加。     

加入甲烷促进选择性非催化还原反应的机理验证和分析

通过敏感性和反应途径分析,修正了?A机理模型的部分反应参数,并利用实验结果及文献数据进行了验证,进而利用修正后的机理模型对加入CH4的选择性非催化还原(SNCR)反应进行深入分析。分析结果表明修正后的模型可准确模拟加入CH4的SNCR反应。在SNCR反应中加入CH4,其氧化反应使得OH和HO2等基元含量增加,激发了NH3形成NH2,在较低温度下促进了SNCR反应,减少了氨泄漏。CH4与NH3的氧化过程形成竞争,导致较高喷氨量时反应温度窗口向高温拓展。对固定氮总量(nNO+ )和nTFN+nCO的分析表明,加入250 mL/L左右的CH4可起到最佳效果。加入CH4还使SNCR反应速率大大加快,从而缩短了反应时间。相对于常规SNCR反应,在合适的反应温度下,加入CH4不会使N2O、NO2的产量增加,也不会产生明显的CO,nTFN和nTFN+nCO的排放量显著减少。     

添加剂对选择性非催化还原脱硝及NH3氧化影响的实验研究

为了认识添加剂CO、H2和CH4对选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)脱硝反应以及NH3氧化反应的影响以及添加剂存在的条件下NH3和NO的相互作用,在电加热管式反应炉上进行了实验研究。实验结果表明,无添加剂时SNCR工艺中NH3还原NO的最佳反应温度为925℃,加入CO使最佳温度降低约50℃,加入CH4或者H2使最佳温度降低约100℃。在较低的温度下NH3氧化不生成NO,当反应温度升高,NH3接近被完全消耗时,开始有NO生成。3种添加剂都使NH3发生氧化反应的最低温度降低,并使生成NO的最低温度相应的降低。除了加入H2的工况外,NO能够显著地提高NH3的氧化消耗速率。     

Simultaneous removal of NO/sub x/, SO/sub x/, and CO/sub 2/ at elevated temperature using a plasma-chemical hybrid process

In previous studies, the authors confirmed that the plasma-chemical combined hybrid process for controlling NO flue gas emission was extremely effective and economical in comparison with the conventional selective catalytic reduction (SCR) system and other technologies. In the present study, we carried out experiments on the simultaneous removal of NO/sub x/ and SO/sub x/ at elevated temperature using the plasma-chemical hybrid process. A series of experiments was performed to quantify all the reaction byproducts such as N/sub 2/O, CO, HNO/sub 2/, HNO/sub 3/, NO/sub 3//sup -/, and SO/sub 4//sup -/ to evaluate the simultaneous NO/sub x/ and SO/sub x/ removal efficiency. The oxidation from NO to NO/sub 2/ without decreasing NO/sub x/ concentration (i.e., minimum reaction byproducts) and with least power consumption is the key for the optimum operation of the plasma reactor. The produced NO/sub 2/ was totally converted to N/sub 2/ and Na/sub 2/SO/sub 4/ with Na/sub 2/SO/sub 3/ or Na/sub 2/S with and without NaOH using the barrier-type packed-bed plasma reactor followed by the packed-column chemical reactor. The NO/sub 2/ reduction was more effective for Na/sub 2/S than Na/sub 2/SO/sub 3/ but produces H/sub 2/S with Na/sub 2/S. For both cases at least five times the stoichiometric amount of chemicals were required for complete NO/sub 2/ reduction. Nearly 100% of NO/sub x/ and SO /sub 2/ and 40% Of CO/sub 2/ simultaneous removal were achieved with less than 5 ppm of N/sub 2/O and CO. The operating cost was less than 1/4 the SCR process. The additional SO/sub 2/ treatment system can be eliminated.     

Plasma reforming of aliphatic hydrocarbons with CO/sub 2/

CO/sub 2/ reforming of methane, propane, and neopentane was investigated with a ferroelectric packed-bed reactor (FPR) in N/sub 2/ at temperatures ranging from 298 K to 433 K. The reaction behavior of the hydrocarbons was greatly affected by their chemical structures and reaction temperature. At ambient temperature, hydrocarbon conversion decreased in the following order: neopentane/spl Gt/propane>methane. With an increase in reaction temperature, hydrocarbon reactivity was enhanced with only a slight difference in the conversions of the above hydrocarbons. CO/sub 2/ deoxygenation was a clean reaction irrespective of reaction temperature, but CO was formed not only from CO/sub 2/ but also from hydrocarbons. No chemical interaction between CO/sub 2/ and the hydrocarbons in nonthermal plasma was observed. Temperature effect on the H/sub 2/ yield depended on the hydrocarbon structure. Higher H/sub 2/ yields were obtained for neopentane and propane than for methane. Product composition and carbon balance were also affected by the hydrocarbon structure, relative concentrations of hydrocarbons to CO/sub 2/, and temperature.     

O2/CO2气氛煤粉燃烧及固硫特性研究

该文利用热重法分析了O2／CO2、空气两种不同气氛下煤的燃烧特性，得出与空气条件相比，O2／CO2条件下煤的着火及燃尽温度有明显降低、燃烧特性指数提高的结论，即O2／CO2气氛可改善燃烧过程、优化燃烧特性。同时通过对两种情况下煤粉燃烧钙基脱硫特性的比较，发现较高浓度的CO2气氛可阻止石灰石的分解，其硫化反应机理与传统方式下不同，脱硫效果有较大提高，并且这种优势在一定范围内随温度的升高以及CO2体积含量的增加而愈加显著。由此得出，O2／CO2气氛不仅有助于煤粉燃烧而且可以有效地提高脱硫效率，克服了传统空气方式下高温脱硫效率低的缺点。