固定床中煤粉及煤焦燃烧NO排放特性研究

利用自制恒温热重测量实验台,测量了800℃下,煤粉及煤焦燃烧NO排放特性。结果表明:NO排放大都集中于燃烧前半段,在燃烧后期NO的排放基本停止;煤粉热解处理时,热解温度越高,其热解后煤焦燃烧NO排放总量逐渐减少;对于同一煤种,高温区间内热解析出的挥发分,燃烧NO排放率大;800℃下,煤粉燃烧过程中,挥发分NO占整体NO排放量的比例大致低于1/2。     

预热燃烧模式下热态焦炭NO排放和燃尽特性实验研究

随着煤粉预热燃烧技术的不断发展,焦炭氮在最终氮氧化物生成的贡献中占据主导地位。为研究预热燃烧模式下入炉热态焦炭（区别于常规冷态焦炭）的NO排放和燃烧特性,自行搭建了两段沉降炉系统,着重考察了煤粉热解温度、燃烧温度及过量空气系数对高温焦炭燃烧生成NO及燃尽率的影响规律。结果表明:区别于冷态焦炭实验结果,提高煤粉热解温度有利于热态焦炭燃烧降低NO排放,过量空气系数（α）为1.0时,最大降氮效率为21.1%;燃烧温度对热态焦炭NO排放的影响主要依赖于燃烧区域α,当炉内呈现较强还原性气氛时,随燃烧温度升高,NO排放量降低,当炉内呈现氧化性气氛时规律则相反;提高煤粉预热温度及燃烧区域温度均有利于降低飞灰含碳量,α为1.0时,飞灰含碳量最大降幅28.6%。     

超细煤焦的细度对再燃还原NO的影响

以烟煤和褐煤混煤超细煤粉制作的煤焦作为再燃燃料，用N2，O2，CO2，NO配制模拟烟气，在立式携带流反应器中进行了煤焦再燃还原NO的实验，研究了超细煤焦的细度对炉内1300℃高温烟气中再燃还原NO 的影响。结果表明：①NO 的还原效率随着超细煤焦细度的提高而增大；②在再燃燃料比为20%~25%、再燃区的初始氧浓度为2%~4%的工况范围内，煤焦细度对NO 还原效率的影响显著；③在其它情况相同的条件下，当煤焦细度由154mm筛下提高到71mm筛下时，再燃还原NO的效率增加幅度不大；当煤焦细度由71mm筛下提高到45mm筛下时，再燃还原NO的效率大幅度增加；④NO还原效率与煤焦粒径的2次方成反比。     

煤种对超细煤粉再燃还原NO效率的影响

以三种煤质差异较大的超细煤粉作为再燃燃料,用N2、O2、CO2、NO配制模拟烟气,在立式管式携带炉中,研究了煤种对再燃降低NO效率的影响.结果表明,在相同的条件下,挥发分越大的煤种再燃还原NO效率越高;对于煤质差异较大,尤其是挥发分含量差别较大的超细煤粉,其含N量对再燃还原NO效率的影响将被挥发分的影响所掩蔽.     

煤焦N向NO转化规律的试验研究

在堆积燃烧状态下采用水平管式炉反应器研究不同反应条件及燃料特性对焦炭N向NO转化的影响。试验结果表明:随着石英砂/煤焦质量混合比的增大,NO转化率起初显著增加,随后维持不变,主要由于石英砂的混入削弱了NO的二次还原反应。850~1 050℃温度范围内,随着反应温度的升高焦炭NO转化率先增大后减小。2%~20%氧浓度下,1 050℃进行燃烧时,10%氧浓度下焦炭NO转化率达到最大。焦炭与O2的反应发生在焦炭表面时,NO还原反应减弱,NO转化率较高,同时反应温度升高到一定程度时,NO还原反应速率增加明显。煤焦表面反应煤阶和含氮量越高,焦炭NO转化率越高,并且煤焦表面含氮官能团同样影响焦炭NO的释放。     

烧结烟气气氛下煤燃烧特性热重实验研究

为了探索烧结烟气循环流化床燃烧技术的可行性,采用大容量热重分析仪（LC-TGA）研究了左云烟煤、平朔烟煤和钱家营烟煤在低氧（含CO）气氛下的燃烧特性,并研究了CO体积分数对煤粉燃烧的影响。结果表明:低氧气氛下氧气体积分数和反应温度的变化对煤粉燃烧有很大的影响;CO在煤粉燃烧时存在明显的抢氧行为,其能力与温度密切相关,与氧气体积分数关联较小;当反应温度为750 ℃时,CO燃烧的抢氧能力强于煤粉燃烧,但当温度上升至850 ℃时,CO燃烧的抢氧能力小于煤粉燃烧。实验所得结果可以为烧结烟气循环流化床燃烧技术的发展提供参考。     

O2/CO2和O2/N2气氛下不同煤种的热解与燃烧试验研究

采用热重-质谱联用仪分别研究了3种煤在O2/N2和O2/CO2气氛下的热解和燃烧特性.结果表明,与N2气氛相比,CO2气氛下煤粉的热解过程可分为水分的蒸发、挥发分的释放以及较高温度下煤焦与CO2的气化反应;随燃烧气氛中氧浓度的增加,煤粉的TG-DTG曲线移向低温区,着火温度和燃尽温度降低,煤粉综合燃烧特性指数增大;在相同的燃烧气氛及氧浓度下,PRB次烟煤的着火温度和燃尽温度明显低于Illinois烟煤和Utah烟煤.     

燃烧过程中焦炭的膨胀特性及其对颗粒物形成的影响

该文通过煤粉在沉降炉中的燃烧,研究燃烧过程中煤焦的膨胀特性及其对颗粒物形成的影响.焦炭由煤粉在氮气气氛下脱挥发分而得到,通过分析焦炭颗粒的形态和粒径分布来研究其膨胀特性.文中着重研究了焦炭颗粒形成的超微米细微颗粒物.研究结果表明：初始煤粒粒径对超微米颗粒物的影响最明显,煤颗粒越小,生成的超微米颗粒物越多;温度对超微米颗粒物的影响随反应气氛的不同而有所不同;气氛对超微米颗粒物的影响也比较显著,氧气浓度的增加会导致更多的超微米颗粒物的形成.     

超细化煤粉在热解条件下氮的迁移特性试验研究

采用DTG(热重/差热分析仪)和GC-MS(气相色谱质谱联用仪)对鹤岗、铁法、准噶尔煤超细化煤粉进行热解试验,研究试验条件对氮氧化物的前驱物NH3、HCN和NO的影响。结果表明粒径小于20μm的超细煤粉含氮气体的释放量最少,而中等粒径的煤粉(30~40μm)氮化物的排放总量最大,50μm以上粒径煤粉居中;同一煤种不同粒径的煤样在热解过程中HCN的释放规律较为接近,分别在300~600℃温度范围和1000~1200℃温度范围内出现最大析出峰;随升温速率增加含氮气体的产物分布产生滞后现象;煤种对不同粒径范围的煤样含氮气体释放的影响不同,当粒径在0~10μm范围内,热解过程含氮气体释放量不与煤中含氮量成正相关,而在中等粒径范围(30~40μm范围内)则相反。     

煤的结构对化学链燃烧系统反应性能的影响

以我国典型煤种为原料,从"结构与反应性"的角度研究了不同热解条件下制得的煤焦的化学链燃烧反应特性,考察了煤阶、热解温度和热解速率对煤焦反应性能、孔隙结构和微晶结构的影响。结果表明,煤阶越低,煤焦孔隙结构越发达,使得煤焦的反应性能更佳;热解温度对3种煤的影响行为不同,褐煤煤焦随热解温度的升高孔隙结构变差,微晶结构有序化程度升高,煤焦反应性能下降,而烟煤和无烟煤煤焦在热解温度为900℃时获得最佳的反应性能,其中煤焦孔隙结构是影响其反应性能的主要因素;3种快速热解煤焦具有更发达的孔隙结构,微晶结构有序化程度较低,反应性能明显优于慢速热解煤焦。     

烟煤煤粉及热解产物对NO的还原特性实验研究

在固定床反应器中，不同温度下将烟煤煤粉及其热解产物分别对NO进行还原性实验，研究了热解气体、焦炭以及煤粉的还原作用。结果表明，煤粉在不同温度下析出的热解气体因组成不同而具有不同的还原性。随温度升高，热解气体和焦炭的还原效果均越好。同温度下，在反应前期热解气体对NO的还原作用优于焦炭对NO的还原作用，后期则后者优于前者。煤粉对NO的还原效果均比同温度下的热解气体或焦炭的单独还原效果好，但比各自单独还原的效果总和要差，这是因为同时存在同相还原和异相还原以及二者相互竞争的影响。煤粉还原反应的前期同相还原起主要作用，后期则异相还原起主要作用。加速煤粉热解气体和焦炭的分离有利于煤粉对NO的还原。在煤粉再燃区，没有燃烧的煤粉对NO的还原贡献更大。     

再燃过程再燃煤粉燃料C释放特性的试验研究

再燃煤粉中C是重要的NO还原剂，也是煤中主要可燃质，其释放特性是影响NO还原效率及再燃煤粉燃尽的关键因素。在携带炉煤粉再燃试验过程中采集了不同实验条件下的煤焦样，对采集样品的元素构成进行了测定。对不同煤粉细度、再燃燃料比和再燃区氧量下再燃煤粉燃料C的释放规律进行了分析；以燃料H作为挥发分的示踪物，对挥发分C与煤焦C的释放时段进行了对比分析；研究了燃料C释放与NO还原效率间的关系。试验与分析结果表明，在0．2s以前，挥发分的释放与煤焦的氧化和气化是同步进行的，因而挥发分C的释放与煤焦C的释放也是同步进行的；0．4s时，挥发分释放完全，以后，燃料C主要以煤焦C的形式释放；再燃燃料比与氧量的改变主要影响0．2s后煤焦C的释放；煤粉细度对挥发分C与煤焦C的释放均有影响，对于一定量的煤粉，其煤焦的氧化与气化速率与煤粉粒径的平方成反比关系，细化再燃煤粉，不仅有利于煤粉的燃尽，还有利于提高NO的还原效率。     

煤热解过程中氮分配规律的试验研究

利用热重分析仪对煤的热解过程进行试验研究,考察不同终止温度和试样粒径对烟煤或无烟煤中挥发分氮和焦炭氮转化率的影响.结果发现：碳化程度深的煤热解时,氮更多地保留在煤焦中,反之氮更容易随挥发分析出,形成气态含氮产物;高温有利于氮从煤焦中析出;煤的粒径对挥发分氮析出作用明显,煤粉越细,挥发分氮转化率越高.     

再燃过程再燃煤粉燃料N释放规律的试验研究

再燃煤粉燃料N的释放特性是影响再燃过程中NO还原效率的关键因素。在携带炉煤粉再燃试验过程中采集了不同实验条件下经历不同反应时间的煤焦样，对其元素构成进行了测定，并分析了不同煤粉细度、再燃燃料比和再燃区氧量下再燃煤粉燃料N的释放规律，研究了燃料N释放与NO还原效率间的关系，并对N、H、O等元素的释放速率进行了比较。结果表明，在不同实验条件下，再燃煤粉燃料N的释放对NO还原效率的影响规律也不相同，减小再燃煤粉粒径可促进燃料N迅速释放，有利于提高NO还原效率；降低再燃燃料比或提高再燃区氧量也可促进燃料N迅速释放，但会导致NO还原效率下降；再燃区初始氧量小于4％时，氧量改变对燃料N的释放速率影响显著。在相同的实验条件下，燃料N的释放速率比燃料H和燃料O的释放速率小。     

高温管式炉煤粉燃烧NO排放规律研究

利用自制等温实验台炉模拟炉膛高温环境,研究了高温度1150～1550℃下煤粉燃烧特性,并同步测量了NO的生成量。结果表明：高温环境下煤粉燃烧可分为两个阶段,即挥发分和焦炭燃烧阶段。高温段显示提高温度可以较好地改善燃烧特性,同时温度由1150℃增加到1250℃时,燃烧失重速率增加幅度较其他温度区间大。NO瞬时排放浓度随燃烧经历了一个先增大后减小的过程,且峰值在燃烧过程前期。煤化程度越高,煤粉不能快速完成燃烧,焦炭中含N量大,释放缓慢,不能形成有效还原性气氛,使得总体NO排放较多。高温1550℃由空气产生的热力型NO高达3．5×10^-3mg／s。     

流化床温度下石油焦焦炭与NO反应动力学研究

基于石油焦焦炭的物理化学特性，利用升温热重技术，研究了流化床温度条件下的NO与石油焦焦炭间的多相反应动力学特性，并考察了热解终温以及燃烧过程对该反应的影响。结果表明，在流化床温度下，焦炭对NO的还原反应活性主要由其孔隙结构决定，石油焦焦炭与NO之间多相反应属于内扩散控制。采用Coats-Redfern法分析了升温热重数据，3种不同石油焦焦炭(JMc，GHc，WHc)的动力学机理分别为1-(1-X)4, 1-(1-X)3和-ln(1-X)3，活化能分别为192.17、198.33 和207.7 kJ·mol-1。热解终温的变化对焦样的活性基本没有影响，而反应活性随燃烧的进行有所改善。     

煤粉再燃过程再燃煤比脱硝量的实验研究

对于煤粉再燃过程,定义单位质量再燃煤粉还原NO量为比脱硝量。在煤粉携带炉上进行再燃实验。对不同工况下NO还原效率与比脱硝量进行对比研究,分析O2浓度、再燃燃料比与煤粉细度对比脱硝量的影响规律。实验与分析结果表明：NO还原效率高并不意味比脱硝量高;NO还原效率随O2浓度降低和再燃燃料比增加而单调增加,但比脱硝量变化规律相对复杂。不同细度煤粉达到最高比脱硝量的工况不同。过量空气系数为0.3~0.65的范围为高比脱硝量区。煤粉粒径减小、反应时间增加导致NO还原效率与比脱硝量增加。     

煤粉粒度对煤粉燃烧NOx排放特性影响的试验研究

利用一维热态实验炉分别对不同粒度煤粉燃烧时，NOx排放特性随煤种、过量空气系数、温度的变化规律进行了研究。研究结果表明：NOx的排放浓度与煤粉粒度存在一个煤粉粒度临界值，当煤粉粒度小于临界值时，随煤粉粒度的减小，NOx的排放浓度减小；当煤粉粒度大于临界值时，随煤粉粒度的减小，NOx的排放浓度增大；煤粉超细化后，褐煤、烟煤的NOx的排放浓度明显减少，贫煤、无烟煤则变化不大。     

高温还原性条件下煤焦孔隙结构的变化规律

研究了在高温还原性条件下煤焦的孔隙结构的变化规律。煤焦的制备在携带流反应器(entrained flow reactor,EFR)中进行。EFR能够模拟实际煤粉炉火焰区的温度和气相环境。氮气吸附和扫描电镜被用来描述煤焦的结构。由于高温还原性的气氛,气化反应对煤焦颗粒的孔隙结构和形态的影响不可忽略。根据孔隙结构和分形的分析,比表面积、孔容积、平均孔径和分形维数都有相同的变化趋势,并且煤焦的比表面积的变化可以归因于微孔的形成和变化。尽管如此,由于各种因素的存在,煤焦结构的变化规律是很复杂的。扫描电镜的照片显示了煤焦颗粒的不同形态是由于不同的煤显微组织和碳转化率。