模拟分解炉中煤焦燃烧生成NO的特性

对国内水泥行业中几种煤焦在模拟的分解炉中NO生成特性进行了研究,考察了煤种、温度、生料对焦炭氮的释放特性的影响,探讨了焦炭氮在工业分解炉中的释放机理.研究结果表明,不同煤种的NO生成特性有较大的不同;温度对NO的生成特性也有明显的影响,基本随温度的升高而加大,但有时也有下降现象;生料的加入大大加速了NO的生成速率和转化率,表明生料对NO生成有显著的催化作用.工业分解炉中产生的NO主要来源于燃料NO,焦炭氮转化为NO的概率主要有两个互相竞争的反应决定：包括N的氧化反应和NO的还原反应.     

分解炉内CO_2含量对燃煤NO释放特性的影响

在模拟分解炉悬浮及喷腾状态的试验台架上,分别考察了不同温度及掺混生料的情况下,CO2含量对典型煤种在水泥分解炉条件下燃烧释放NO的影响规律。结果表明:在研究的温度范围(850～950℃)内,温度升高会促进燃料氮向NO的转化,而气氛中CO2含量升高时,温度对NO转化的促进作用减弱;水泥生料对煤粉燃烧NO的生成具有很强的催化作用,CO2通过抑制水泥生料中CaCO3的分解抑制了其对NO的生料的催化作用。     

矿物质对煤焦燃烧过程中NO释放规律的影响

在石英固定床反应器上研究了煤焦燃烧过程中矿物质在不同燃烧条件下对NO释放规律的影响.结果表明：煤中的矿物质对燃料氮转化为NO有显著的影响,其影响与矿物质的组成和燃烧条件有关,碱金属Na、K催化半焦氮的氧化在较低的温度下进行并降低半焦氮对于NO的转化率,而Ca、Fe在低温燃烧条件下增加NO的排放,高温时使NO的排放降低;矿物质惰质组分的存在使NO的排放增加;随着煤阶的升高,半焦的反应性降低,燃料氮对于NO的转化率增大;燃料氮的转化率随燃烧温度的升高而增加,但达到极大值后又趋于降低;矿物质对于NO排放量的影响决定于矿物质对于半焦氮的氧化以及半焦还原NO反应催化作用的相对大小.     

热解条件对煤焦结构及气化反应活性的影响

在不同热解条件下制得5种煤焦,考察了热解温度、升温速率对煤焦结构性质及CO2气化反应活性的影响.其中4组煤焦由神木煤和华亭煤在1 100℃和1 500℃常压沉降炉中快速热解制得,还有1组煤焦在固定床中以10℃/min加热到900℃,并停留30 min得到.慢速热解煤焦孔隙结构不发达,BET比表面积仅为1.58 m2/g,而快速热解煤焦存在大量的微孔和中孔结构,得到的比表面积要大得多,但随热解温度的增大而减小.煤焦与CO2在0.1 MPa和3.1 MPa系统压力下的反应速率均随热解终温的升高而减小,但与慢速热解煤焦的结构性质无法直接关联.热解温度对煤焦炭微观结构及矿物质催化性能的影响导致了反应活性的下降.     

一种褐煤热解煤焦的CO2气化反应特性

针对褐煤的热解-部分气化-残炭燃烧梯级利用工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700℃～950℃温度范围内分别制备快速和慢速热解煤焦,考察了煤焦微晶结构和比表面积随制焦条件的变化.利用热重-质谱联用技术研究煤焦CO2气化反应特性,并采用不同评价指标对煤焦气化活性进行了表征.结果表明:气化温度每升高50℃,煤焦CO2气化反应速率增加50％以上;热解温度升高,虽然煤焦微晶结构的有序化程度加深,比表面积减小,但煤焦CO2气化反应活性主要受气化温度影响;快速热解煤焦的CO2气化反应活性高于慢速热解煤焦,二者的差异随着气化温度升高而增大;表征煤焦CO2气化活性的平均比气化速率和反应性指数存在线性关系.     

O2/CO2气氛下基于反应面积的Char-N转化模型的建立

目前,研究者普遍认为焦炭氮（Char-N）向NO转化时Char-N反应速率与焦炭燃烧速率成正比,这种处理方式忽略了焦炭颗粒燃烧过程中焦炭和Char-N反应面积变化的差别,与实际情况相差较大。针对此问题,本文充分考虑了焦炭燃烧时碳基和Char-N由于存在形式不同导致的反应面积变化的差别,在通过随机孔模型处理焦炭颗粒燃烧的同时采用收缩模型的思维处理Char-N的转化,建立了一个具有两种模型优势的综合模型。模拟了粒径为100μm的焦炭颗粒在O₂/CO₂气氛下的燃烧过程,以及颗粒内部Char-N向NO的转化过程。通过Fortran自主编程并进行计算。结果表明,新建立的模型计算结果能够与实验数据吻合,具有较好的适用性。同时新模型具有表征Char-N转化过程中各参数变化的能力。环境O₂浓度的增大和焦炭颗粒粒径的增大都会导致反应过程中NO生成量增多,同时由于焦炭和Char-N反应面积变化不同,NO的生成曲线存在二次升高的现象。     

基于TG-FTIR研究尾矿对褐煤的原位催化脱硝

针对褐煤燃烧过程中产生的NO及还原气体,采用热重红外联用技术研究尾矿加入后褐煤燃烧特性、NO生成量及还原气体的变化.结果表明,尾矿的加入对水分析出温度和挥发分燃烧温度的影响较小,但焦炭的起始燃烧温度相对降低,促进了焦炭燃烧阶段的进行.褐煤燃烧过程产生的还原气体主要为CH_4,NH_3,CO及脂肪烃类(—CH_2),尾矿的加入催化了NO与还原气体的反应,低温条件下以NH_3还原NO为主,且尾矿催化存在选择性,其对CO还原NO的催化强度较其他几种气体弱.     

含氮模型化合物用于化学链燃烧的氮氧化物释放特性

以谷氨酸、甘氨酸和苯丙氨酸作为生物质的含氮模型化合物,进行化学链燃烧实验,主要考察了反应温度、氨基酸种类、碱金属钾元素等对化学链燃烧还原反应过程中氮氧化物释放特性的影响。结果显示,挥发分氮的释放迅速,温度的升高有利于NO和NO₂的生成,N₂O的生成会出现波动。模型化合物的氮含量越高,可能越不利于氮向氮氧化物的转化。钾元素对苯丙氨酸的化学链燃烧过程中NO的释放抑制作用较强,而对其他氨基酸化学链燃烧过程中氮氧化物释放的影响则不太显著。     

无烟煤化学链燃烧过程燃料氮转化释放特性

基于赤铁矿石载氧体,在小型单流化床反应器上,开展煤挥发分和焦炭的化学链燃烧研究,探讨挥发分氮和焦氮在化学链燃烧过程中的转化特性。研究表明:燃料氮释放的中间产物HCN和NH₃与铁矿石载氧体具有较高的化学反应亲和性,易于被载氧体氧化生成N₂和NO。淮北无烟煤挥发分氮转化过程中,NO是唯一的氮氧化物,反应器出口中间产物NH₃的释放份额略高于HCN。在煤焦化学链燃烧还原过程中,部分燃料氮释放的中间产物HCN和NH₃被铁矿石氧化导致少量NO的生成,还原过程中无N₂O的释放;较高的还原反应温度加速了NO的生成。减少进入载氧体氧化再生过程的焦炭量可减少空气反应器NO和N₂O的生成。     

生物质灰对煤焦气化反应的影响

生物质灰富含碱金属及碱土金属(AAEM),可作为天然催化剂应用于煤催化气化。生物质灰对煤焦气化反应促进作用也是生物质与煤共气化协同作用的本质原因。然而,生物质灰中AAEM在煤气化过程中会失活,失去部分催化作用。通过固定床热解及气化试验,结合XRD、Raman、XRF及BET等手段,分析了生物质灰种类、添加量、气化温度等因素对煤焦气化反应的影响。结果表明,生物质灰对煤焦气化反应催化作用与AAEM含量及存在形态相关。煤焦气化反应速率随小麦秸秆灰添加量增大而增大,小麦秸秆灰添加量达40%时,煤焦气化反应速率变化趋于平缓。气化反应前期,小麦秸秆灰对煤焦气化反应存在抑制作用;随转化率升高,在相同转化率下,温度越高,小麦秸秆灰催化作用越弱。为抑制小麦秸秆灰中K的失活,以蛋壳作为添加剂,探究了小麦秸秆灰与蛋壳的混灰对煤焦气化反应的影响。结果表明,25%小麦秸秆灰与5%蛋壳的混灰,可进一步增强小麦秸秆灰对煤焦气化反应催化作用。添加小麦秸秆灰使煤焦在气化过程中比表面积增大,孔隙结构丰富,石墨化程度减弱,无定形碳含量增加,气化反应活化能降低,气化反应速率增大。煤焦及添加小麦秸秆灰煤焦气化反应采用随机孔模型...     

Releases of NO and its precursors from coal combustion in a fixed bed

Experiments have been carried out to investigate the emissions of nitrogen species including NO and its precursors during temperature-programmed coal combustion by TG/EGA method. Experimental results show that the conversion ratio of fuel nitrogen to NO is the highest, followed by that of fuel nitrogen to HCN and the conversion ratio to NH₃ is negligibly small. Nitrogen is retained in the char and released mainly as NO at the later stages of coal combustion. HCN and NO are both primary products from coal char oxidation. Coal rank, heating rate, indigenous minerals and external additives are the major influential factors of the nitrogen species release. Higher rank coals with higher fuel ratio have higher NO releases. HCN release decreases as fuel ratio increases for most coals. The fuel nitrogen conversion to NO increases and the fuel nitrogen conversion to HCN decreases with the increase of heating rate, which may imply that the char nitrogen prefers to react with oxygen to form NO instead of HCN while coal char is combusted at higher temperatures. Different metallic additives show different effects on nitrogen species emission and the effects of indigenous minerals on nitrogen release can be qualitatively estimated by ash analyses.     

分解炉中NO生产模拟与优化

针对水泥行业中水泥分解炉产生NO的过程进行了机理性分析,同时推导了描述分解炉中NO生成的机理性模型,并对分解炉中的NO生成进行了全三维模拟研究.模拟结果与现场测试结果进行了比较,验证了模拟的合理性.对分解炉的生料入口位置进行了改造,在不影响生产的前提条件下,对单独分风、分料和同时分风分料时降低分解炉内NO生成的情况进行了模拟优化,分析得到了分料方法是降低分解炉中NO的最有效途径的结论,为降低水泥分解炉中NO排放提供了实用的参考依据.     

水泥生料的分解模拟实验

应用高温气固悬浮实验台对水泥生料在预分解炉中分解动力学的过程进行了模拟实验。利用实验系统的传递函数对检测数据进行修正,建立了生料分解的动力学机理模型,获取了动力学参数。实验中还初步分析了生料与煤焦物性之间的相互作用。结果表明：模拟实验能较好地反映水泥生料在工业分解炉中的分解过程,界面化学反应的收缩圆柱体模型较好地符合实验数据。耦合实验表明：某些物料间有明显的相互作用。     

煤燃烧过程中NOx的生成和还原

燃煤过程中ＮＯｘ 的排放是一个复杂的过程, 既包括ＮＯｘ 的生成过程又包括生成的ＮＯｘ 进行均相和多相还原反应． 简述了煤燃烧过程中ＮＯｘ 生成和还原的机理． 认为燃料氮是ＮＯｘ的主要来源,ＮＯｘ 的排放与煤阶、煤中氮含量以及温度等因素有关;ＮＯｘ 与半焦的多相反应是ＮＯｘ还原的主要原因, 其中包括ＮＯｘ 在半焦表面的化学吸附、表面络合物的生成以及产物的生成和脱附等过程     

Effects of gas temperature fluctuation on the NO release from pulverized coal particle during char combustion

The effects of gas temperature fluctuation on the NO release from pulverized coal particle during char combustion are investigated. The computed results show that the NO formation through the heterogeneous oxidation and reduction reactions is influenced by the gas temperature fluctuation for the particles with initial diameters of 10-50 μm. The gas temperature fluctuation leads to faster NO release from the particle. The heterogeneous NO formation during the char combustion is further enhanced by the increase in the fluctuation amplitude of gas temperature.     

高海拔地区水泥生料悬浮炉分解特性研究

高海拔地区低压低氧的大气条件影响水泥生料在分解炉内的分解过程,探究水泥生料在该条件下的分解特性具有重要意义。通过构建模拟高海拔地区的低压悬浮炉实验系统,研究了压力、温度以及O₂浓度对高海拔条件下水泥生料分解特性的影响。研究结果表明：低压条件下水泥生料的分解符合随机成核和随后生长模型;随着反应压力的逐渐降低,水泥生料的分解速率逐渐增大,反应产物的比表面积以及比孔体积逐渐增大;但低压条件会加剧燃料的不完全燃烧,降低水泥生料的分解率;燃料以及水泥生料的反应速率均会随着反应温度的上升而逐渐增大,但水泥生料的分解率会先升高再降低;燃料的燃尽率以及反应速率随着O₂浓度的增加而增大,进而提高反应物的反应速率。     

NO reduction capacity of four major solid fuels in reburning conditions - Experiments and modeling

The combustion of solid fuels in the rotary kiln and in the calciner of a cement plant generates fuel and thermal NO. This NO can be reduced inside the reducing zone of the calciner. This occurs in two different ways: homogeneous reduction by hydrocarbons and heterogeneous reduction by char. The purpose of this paper is to identify the relative contribution of volatile matters or char on the NO reduction process, which largely depends on the nature of the solid fuel used for reburning.Experiments were undertaken in an Entrained Flow Reactor (EFR), at three temperatures: 800, 900 and 1000 °C. Four major fuels used in the cement production process were studied: a lignite, a coal, an anthracite and a petcoke. Specific experiments were undertaken to determine (i) their devolatilisation kinetics and the gas species released. A wide range of species influencing the NO chemistry was carefully analyzed. Then, (ii) the char oxidation and (iii) the char NO reduction kinetics were characterized. Finally, (iv), the “global” NO reduction capability of each fuel was quantified through experiments during which all phenomena could occur together. This corresponds to the situation of an industrial reactor in reducing conditions. Anthracite and petcoke reduce only very small quantities of NO whereas lignite and coal reduce, respectively, 90% and 80% of the initially present 880 ppm of NO (at 1000 °C after 2 s).The four types of experiments described above were then modeled using a single particle thermo-chemical model that includes heterogeneous reactions and detailed chemistry in the gas phase. This model reveals that both NO reduction on char and NO reduction by volatiles mechanisms contribute significantly to the global NO reduction. After short residence times (several tenth of a second), gas phase reactions reduce NO efficiently; after long residence times (several seconds) the char reduces larger quantities of NO.     

Release of nitrogen during thermochemical conversion of Shenhua bituminous coal under Ar,CO2, and air atmospheres

Coal thermochemical conversion processes unavoidably generate gaseous pollutants, endangering the environment or influencing synthetic processes downstream. In order to display the differences in release behaviours of nitrogen among different coal thermochemical conversion stages, the nitrogen release characteristics of Shenhua bituminous coal under Ar, CO₂, and air atmospheres were investigated using X-ray photoelectron spectrum (XPS) and thermogravimetry-mass spectrometry (TG-MS). Results indicate that the reaction atmosphere has an important influence on nitrogen release. The total released mass of nitrogen when using 100 g raw coal in the whole experiment under Ar, CO₂, and air atmospheres is 0.54, 0.64, and 0.75 g, respectively. The organic forms of nitrogen in raw coal and coal char are pyridine nitrogen (N-6), pyrrole nitrogen (N-5), quaternary nitrogen (N-Q), and nitrogen oxide (N-X). While in the coal ash, the sub-peaks of N-Q and N-X disappear entirely, leaving only N-5 and N-6 sub-peaks. The released nitrogen-containing gas consists of NH₃, HCN, NO, and NO₂ during experiments in CO₂ and air atmospheres. However, only NH₃ and HCN are detected during experiments in the Ar atmosphere. The revolution characteristics of NH₃ and HCN under Ar and CO₂ atmospheres are similar.