高温下氧气氛对煤焦还原NO影响机理研究

利用高温刚玉管固定床反应器,研究了恒温条件下氧气氛对2种动力煤煤焦与NO异相还原反应的影响规律,以此探讨高温下氧气氛对煤焦还原NO行为的影响机理.实验结果表明,在高温条件下,氧气浓度对C-NO反应的影响也存在临界值,且与低温试验相比,在更低氧浓度时即达到临界值.氧浓度对高挥发分、低灰的煤焦样品的影响作用较为明显;同时,...     

预混火焰中温度对碳烟表面官能团和氧化活性的影响

基于甲烷/氧气预混火焰燃烧系统及毛细管取样技术,采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和热重分析技术(TGA),研究了火焰温度对碳烟颗粒表面官能团相对含量和氧化反应活性的影响规律.结果表明:随着火焰温度的升高,碳烟颗粒表面脂肪族碳氢官能小(aliphatic C—H)的当量峰高比IC—H/IC=C减小,含氧官能团(C—OH和C=O)的摩尔分数也减小,表明碳烟颗粒表面官能团的相对含量随火焰温度的升高而降低;碳烟颗粒氧化反应特征温度和表观活化能都随火焰温度的升高而增大,表明较高的火焰温度产生的碳烟颗粒的氧化反应活性较低;碳烟颗粒表面官能团的含量与其氧化反应活性有直接关系,表面官能团含量越少,其氧化反应活性越低.     

氧气对层燃条件下烟气携带煤焦还原NO的影响

为探索一种实质有效的工业锅炉脱硝技术,通过在反应气氛中添加氧气,研究在程序升温实验法和恒温加热实验法中氧气对大粒径煤焦-NO反应的重要作用。程序升温实验方法是指在升温过程中全程通入反应气氛并记录煤焦-NO气相反应产物;恒温加热实验方法是指待反应区段温度稳定后通入反应气氛并记录煤焦-NO气相反应产物。结果表明:反应初期高氧浓度比低氧或无氧条件更能促进反应的进行;在较高氧浓度条件下改变实验温度对大粒径煤焦-NO反应的影响很小;经预氧化处理后,煤焦还原NO的能力有所提升。     

乙烯/氧气预混火焰中燃空当量比对碳烟表面官能团和氧化活性的影响

采用乙烯/氧气/氩气预混燃烧系统和毛细管取样系统并结合多种先进分析技术,研究了预混火焰燃空当量比对碳烟颗粒表面官能团及其氧化活性的影响.结果表明,随燃空当量比的增加,碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团和含氧官能团(C—OH和C=O官能团)的摩尔分数均呈下降趋势;而碳烟颗粒的氧化反应特征温度和表观活化能呈增大趋势,表明在较大燃空当量比下所生成碳烟颗粒的氧化活性较低;碳烟颗粒表面官能团对氧化活性有着直接作用,表面官能团含量越多,其氧化反应活性越高.碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团对其氧化活性影响相对较大,而含氧官能团影响相对较小.     

生物柴油颗粒表面含氧官能团及氧化活性研究

为研究生物柴油颗粒物表面含氧官能团相对含量与氧化活性的关系,在电控高压共轨柴油机上进行台架试验并采集颗粒物,分别利用X射线光电子能谱仪(XPS)和热重分析仪(TGA)对柴油、大豆油甲酯、棕榈油甲酯和地沟油甲酯颗粒物进行分析.结果发现:颗粒物表面主要为C元素与O元素,生物柴油颗粒物表面O元素与C元素的摩尔质量比n(O)/n(C)比柴油颗粒高40.4%～48.9%.生物柴油颗粒表面含氧官能团相对含量高于柴油颗粒,其中C—OH官能团相对含量变化更为明显,而C=O官能团相对含量在1%左右.相比于柴油颗粒,大豆油甲酯、棕榈油甲酯和地沟油甲酯颗粒的无序化程度(sp3/sp2)分别增加了54.5%、59.1%和68.2%,表观活化能分别降低了22.4%、23.2%和26.6%.生物柴油颗粒的起燃温度Ti、燃尽温度Te和氧化速率峰值温度Tp更低,颗粒物表面含氧官能团相对含量、无序化程度和氧化活性均随着生物柴油氧质量分数增加而增大,随着碘值增加而减小.     

煤焦异相还原NO的实验研究

在U形石英管固定床反应器中实验研究了乌达煤焦对NO的异相还原作用。乌达煤焦在程序升温和快速升温条件下还原NO的实验结果表明,反应温度超过700℃时,NO的还原率开始迅速上升,在实验范围内,温度维持在800～1 000℃,NO的还原率较高。反应区的初始氧气体积分数越高,NO的还原率越低,表明煤焦与氧气的反应和煤焦还原NO的反应之间存在着较强的竞争作用。煤焦粒径越粗、制焦温度越高,NO的还原率越低,表明制焦条件对煤焦还原NO的反应性亦有较大影响。     

高体积分数CO_2气氛下NO-煤焦反应特性

以李家塔烟煤和锦界烟煤煤焦为研究对象,利用固定床反应器系统,研究了高体积分数CO2气氛下煤焦异相还原NO的反应特性,分析了反应气氛、CO2体积分数、O2体积分数、NO初始体积分数和热解温度等对煤焦还原NO的影响.结果表明:反应气氛中高体积分数CO2的存在不利于煤焦还原NO,且CO2体积分数越大,越不利于NO还原;当反应温度较低时,反应气氛中O2对煤焦还原NO具有一定的促进作用,但当反应温度较高时则不利于NO还原;随着NO初始体积分数增大,NO还原率降低;随着热解温度的升高,煤焦还原NO的能力下降.     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性

在沉降炉上对O_2/CO_2气氛下超细煤粉(0~20,μm)、大粒径煤粉(70~100,μm)以及二者混合煤粉NO的生成特性进行了研究,结合红外光谱分析研究了煤焦表面含氧官能团与NO生成之间的关系.结果表明:随着挥发分析出燃烧和煤焦燃烧的进行,NO沿炉子长度方向分布呈现为"M"型.入口气氛中氧体积分数提高,NO生成速度加快,入口附近NO体积分数峰值提高,炉子出口附近NO体积分数并未同步提高.煤粉粒径分布不同,沿炉子方向NO分布曲线形态不同,NO峰值出现位置发生改变.入口氧体积分数不同,煤焦表面含氧官能团生成规律不同,煤焦表面含氧官能团增加,有利于降低NO的生成.     

高浓度CO2气氛下煤焦异相还原NO的量子化学研究

氧燃烧技术是一种能综合控制燃煤污染排放的新型燃烧技术,循环烟气中NOx被碳氢化合物的均相、煤焦(碳)异相还原,使得NOx排放大为降低.高浓度CO2气氛是氧燃烧技术的最大特点之一,为了研究高浓度CO2气氛下煤焦(碳)异相还原NO相关反应,采用了密度泛函计算方法B3LYP/6-31G(d),计算煤焦(碳)异相还原NO反应以及CO和O2影响NO还原过程的相关反应,优化得到反应路径上稳定点的几何构型;采用QCISD(T)/6-311G(d,p)方法计算得到了反应过程中各稳定点的能量,并计算得到活化能;使用经典过渡态理论计算反应速率常数,得出每个反应的阿累尼乌斯表达式,研究了详细反应路径和机理.初步探讨了氧燃烧方式下煤焦异相还原NO机理,获得了重要相关反应的反应路径和动力学参数;并且为进一步研究煤焦与多种气体联合作用机理提供了理论基础.     

烟煤焦催化还原NOx实验研究

研究了烟煤焦在催化剂的作用下对Nx的还原过程。实验发现，烟煤焦中 廉价催化剂的存在对煤焦异相还原NOx有很大的影响，在合适的反应温度和化学当量比（SR）条件下，煤焦中的催化剂能降低NOx还原反应的活化能，加快NOx还原反应的速度，提高NOx的还原率。实验使用两种催化剂后，NOx的还原率可超过50％，几乎达到与褐煤及气体再燃烧相同的再燃效果。     

富氧燃烧条件下煤焦特性研究

以大同烟煤为研究对象,在高温携带流模拟反应器上,利用平流火焰燃烧器制取真实富氧燃烧气氛下的煤焦,对不同停留时间下制取的煤焦进行工业分析,讨论停留时间对煤焦的燃尽率、固定碳和挥发份的含量的影响,当停留时间超过94ms时,煤焦的各种参数保持不变.利用热重分析仪进行煤焦的燃烧实验,讨论不同O2/CO2(20/80、30/70和40/60)气氛对煤焦燃烧特性的影响,并采用Coats - Refern法计算煤焦的活化能和指前因子等动力学参数,460～660℃范围内,背景气氛O2/CO2为30/70时煤焦的活化能和指前因子数值最大,为进一步研究煤焦在富氧燃烧气氛中的燃烧反应提供理论依据.     

Effects of high-temperature oxygen-deficient oxidation on the surface properties of sub-bituminous coal

The air oxidation of coal releases heat which increases coal temperature, as a result, the spontaneous combustion of coal happens. Generally, coal spontaneous combustion needs to be prevented artificially, however, most of the coal particles still suffer a high-temperature heating process under the oxygen-deficient condition. This paper aims to investigate the effect of high temperature (500°C, 600°C, and 700°C) oxygen-deficient (3% oxygen and 97% nitrogen) oxidation on the surface properties of sub-bituminous coal. SEM and XPS were applied to show the changes of surface properties of sub-bituminous coal. SEM results showed the number of pores and cracks on coal surface increased with the increasing heating temperature, and XPS results showed the content of hydrophobic functional groups on coal surface reduced whereas the content of hydrophilic oxygen-containing functional groups increased after the oxygen-deficient oxidation.     

煤制活性焦用于脱除烟道气中的SO2

考察了山西煤炭化学研究所研制的三种活性炭的吸附与脱附情况，对其SO2吸附能力进行了评价，并讨论了活性焦的物理性质（比表面积及孔径分布）及化学性质（每平方米比表面积的碱性位含量）对其脱硫性能（SO2吸附量及吸附速率）的影响。结果表明，活性焦的微孔是SO2吸附转化的主要场所，合适的孔结构及丰富的表面碱性位可以较大地提高活性炭的脱硫能力。在O2与H2O（g)存在下，吸附SO2的活性焦的脱附情况不仅与脱附温度有关，还受活性焦的物理、化学性质的影响。而且，活性焦的物理、化学性质不仅决定了其对SO2的吸附量，还决定了吸附在活性焦内SO2以不同形式物理吸附SO2、H2SO4存在时的量。     

温度对超细煤焦再燃还原NO效率的影响

以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,在立式管式携带炉中,研究了温度对再燃降低NO效率的影响。结果表明,在实验温度范围内,随着再燃区温度的增加,再燃还原NO效率增大,化学动力学是控制超细煤粉再燃还原NO化学反应速率的重要因素;提高再燃区温度可以适当缩短停留时间,但不能低于0.6 s,否则NO还原效率会大幅度下降,同时燃尽率也会下降;在煤粉再燃过程中,煤焦再燃还原NO占有重要地位。     

一种天然焦燃烧特性的试验研究

天然焦是煤接触岩浆岩受热分解后的固体残余物,它是岩浆岩侵入煤层或煤层附近,由煤层受热烘烤而干馏变成的．天然焦一般作为难以利用的能源考虑。为了开拓天然焦综合利用新途径,本文利用热重分析法对该天然焦、济宁煤及二者混合燃料的着火、燃尽等燃烧特性进行了实验研究。热重试验结果表明,天然焦的着火温度为876．3K,其着火温度最高,其次是混煤,济宁燃煤着火温度最低;但是天然焦的燃尽时间最短,济宁煤燃尽时间居中,混煤燃尽所需时间最长。综合试验研究及理论分析,天然焦混煤燃料可以作为电站锅炉燃料．本研究可为天然焦用作电厂燃料提供依据。     

氧量对天然焦蒸汽气化特性的影响研究

在小型流化床(50mm、高1600mm)实验装置上对沛城煤矿天然焦-蒸汽气化反应进行实验研究,考察蒸汽中掺入氧气,共同作为气化介质对气化反应产气量、碳转化率、煤气热值和煤气组分等因素的影响,同时与ASPENPLUS软件对其气化过程的模拟结果进行了对比。实验中,天然焦试样量0.2kg/h,蒸汽量1.05kg/h,气化温度900℃,实验结果表明:气化介质中氧量明显影响天然焦蒸汽气化特性。随着氧含量的增加,初始阶段(0～0.2L/min)煤气产量提高了1.76倍,碳转化率提高了1.94倍,两者均显著增加;随着氧量的进一步增加(0.2～1.0L/min),其增加幅度趋缓,产气量增加1.16倍,碳转化率增加1.34倍。煤气中有效气体(H2+CO+CH4)的体积分数和煤气热值均持续减少,有效气体份额从76.9%下降到54.3%,煤气热值从9.01MJ/m3减少到6.34MJ/m3,而CO2体积分数增加明显,从23.1%增加到37.3%。Aspen模拟结果与实验结果基本一致,具有实际指导意义。     

Investigation of Coal Fueled Chemical Looping Combustion Using Fe_3O_4 as Oxygen Carrier：Influence of Variables

Chemical-looping combustion (CLC) is a novel combustion technique with inherent CO2 separation.Magnetite (Fe3O4) was selected as the oxygen carrier.Shenhua coal (Inner Mongolia,China),straw coke and natural coke were used as fuels for this study.Influences of operation temperatures,coal to Fe3O4 mass ratios,and different kinds of fuels on the reduction characteristics of the oxygen carrier were investigated using an atmosphere thermogravimetric analyzer (TGA).Scanning electron microscopy (SEM) was used to analyse the characteristic of the solid residues.Experimental results shown that the reaction between the coal and the oxygen carrier become strong at a temperature of higher than 800℃.As the operation temperature rises,the reduction conversion rate increases.At the temperatures of 850oС,900℃,and 950℃,the reduction conversion rates were 37.1%,46.5%,and 54.1% respectively.However,SEM images show that at the temperature of higher than 950℃,the iron oxides become melted and sintered.The possible operation temperature should be kept around 900℃.When the mass ratios of coal to Fe3O4 were 5/95,10/90,15/85,and 20/80,the reduction conversion rates were 29.5%,40.8%,46.5%,and 46.6% respectively.With the increase of coal,the conversion rate goes up.But there exist an optimal ratio around 15/85.Comparisons based on different kinds of fuels show that the solid fuel with a higher volatile and a more developed pore structure is conducive to the reduction reactivity of the oxygen carrier.     

循环流化床锅炉掺烧石油焦的SO2排放特性研究

通过在一热态实验台上进行的石油焦与煤混合燃料燃烧的脱硫试验,讨论了燃烧温度、钙硫比和过量空气系数等因素对SO2排放的影响,为工业应用石油焦提供了必要的试验依据.     

循环流化床中石油焦与煤混合燃烧SO2排放特性研究

在一座0．5MW1循环流化床热态试验装置上进行了石油焦与煤混合燃烧试验，研究了烟气中SO2的排放特性．对于石油焦与煤不同燃料配比，不同锅炉运行参数，如过量空气系数、床温、一次风率、Ca／S比等对烟气中SO2排放浓度的影响规律进行了研究．试验表明：对不同配比的燃料，随过量空气系数和一次风率的增大，SO2排放浓度降低；对于床温有一最佳温度，其SO2排放浓度最低；随Ca／S增大，SO2排放浓度降低。     

石灰立窑代焦型煤燃烧特性的实验研究

在SDTQ600差热-热重联用仪上对石灰立窑代焦型煤试样进行了热重分析,研究了不同升温速率对其燃烧特性的影响,并以5℃/min的升温速率将型煤、焦炭和无烟煤块煤试样进行对比。利用马弗炉研究了单颗粒代焦型煤的燃烧速率。结果表明,代焦型煤的燃烧过程经历了干燥预热、挥发份析出、碳粒燃烧和残碳燃尽4个阶段;随着升温速率的增加,代焦型煤燃烧各阶段的反应时间缩短,反应速率加快;当升温速率由5℃/min提高至10和15℃/min时,代焦型煤的着火时间由28.12min下降至14.01和10.13min,其燃尽时间也由36.82min下降至27.59和22.47min。通过对比,型煤在着火、稳燃性能及综合燃烧特性方面最好,而燃尽性能居中;代焦型煤、焦炭与无烟煤块煤3种试样的综合燃烧指数分别为53.25×10-9、30.14×10-9和11.53×10-9。燃烧温度对型煤燃烧速率影响较小,而型煤尺寸对后期燃烧速率影响较明显,减小型煤尺寸可增大燃烧速率;相同条件下,代焦型煤的燃烧速率低于焦炭而高于无烟煤块煤。实验结果可为石灰立窑型煤代焦提供指导。