【摘要】：煤炭是我國SO2、NOx、CO2等污染物的主要生成源,火力發(fā)電廠中煤炭的大量使用造成了嚴重的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)。CFB富氧燃燒技術(shù)結(jié)合了CFB燃燒技術(shù)和富氧燃燒技術(shù)二者的優(yōu)點,是一種可同時實現(xiàn)碳捕集和有效控制NOx排放的潔凈煤燃燒技術(shù)。國內(nèi)外已有部分研究者對CFB富氧燃燒技術(shù)中NOx的生成規(guī)律展開了研究,但多局限于操作參數(shù)對NOx生成的影響,CFB富氧燃燒中燃料氮的遷徙規(guī)律和NOx生成機理尚未完全得到揭示。本文基于燃燒過程中燃料氮的遷徙和轉(zhuǎn)變路徑,從熱解過程中燃料氮的轉(zhuǎn)變、燃燒階段中揮發(fā)分氮的氧化、焦炭氮的氧化以及NO的還原這四個方面系統(tǒng)的考察CFB富氧燃燒方式下高濃度CO2的影響,并揭示低NOx排放的內(nèi)在機理。首先,在流化床上開展了N2和CO2氣氛下的快速熱解實驗,研究了HCN、NH3等NO、前驅(qū)產(chǎn)物的生成規(guī)律以及CO2氣氛的影響,并結(jié)合煤熱解/氣化過程中含H官能團和焦結(jié)構(gòu)的演變來幫助揭示CO2的影響機制。結(jié)果表明,氰基和季氮分別是HCN和NH3的重要中間產(chǎn)物；熱解溫度升高,HCN和NH3生成增多。CO2會在熱解和氣化兩個階段分別對HCN和NH3生成造成多重影響。在熱解階段,CO2與半焦的氣化反應(yīng)將有助于H的釋放和含氮官能團的斷裂,促進HCN的生成；但若熱解溫度過高(1000℃)或過低(700℃),CO2反而會抑制HCN的生成。與此同時,CO2會在熱解發(fā)生時抑制半焦中縮聚反應(yīng)的發(fā)生,阻礙芳香核長大,更多的氫以脂肪支鏈的形式保留在半焦當中。在隨后的氣化階段,半焦中殘留的豐富氫源通過CO2的剝離作用釋放大量的H,并且CO2也會促使含氮官能團的斷裂加劇,這些將聯(lián)合促進NH3的生成。然而,若半焦的反應(yīng)活性很差,CO2可能會阻礙H與含氮官能團的接觸,抑制NH3的生成。然后,為了深入研究NO-CO/CaO催化還原和NO-煤焦的反應(yīng)特性和內(nèi)在機理,又對NO異相還原展開了系統(tǒng)研究,并且探析了CO、O2和CO2等重要氣氛對NO還原的影響。通過對NO-CO/CaO催化還原的動力學(xué)分析發(fā)現(xiàn),該反應(yīng)的活化能隨著溫度的升高而降低,CO反應(yīng)級數(shù)隨著CO濃度的升高、催化劑使用量的加大以及反應(yīng)溫度的降低而減小。CO2強烈抑制了CaO對NO-CO還原的催化作用。NO-煤焦還原實驗表明,在低溫區(qū),煤焦表面的C(O)官能團對NO還原具有促進作用,C(O)可通過C(O)+NO+Cf→CO2+C(N)+*反應(yīng)路徑較大程度的提升煤焦對NO的還原能力,此時NO-煤焦反應(yīng)的主要含碳產(chǎn)物為CO2；但隨著溫度的升高,C(O)脫附加劇,C(O)的促進作用將逐漸減弱,CO將成為主要的含碳產(chǎn)物。在較低溫度下,CO和O2都能夠促進煤焦對NO的還原,但隨著溫度的升高促進作用逐漸減弱,這可能與C(O)官能團的形成有關(guān)。CO2會抑制煤焦對NO的還原,且隨著氣化的加劇抑制作用增強。隨后,又針對多種煤焦開展了焦炭氮的氧化實驗,考察了溫度、焦顆粒濃度以及煤階等重要因素的影響,并揭示了NOx.N20等含氮產(chǎn)物的生成機理。結(jié)果證實,煤焦比表面積越小、反應(yīng)性越弱、灰分越多、焦顆粒濃度越小,NO生成率越高。此外,文中還考察了煤階、給料量、溫度以及粒徑對燃煤NOx生成的影響。為了進一步探討CO2對揮發(fā)分氮和焦炭氮氧化過程的影響,分別對NH3和煤焦進行了O2/CO2氧化實驗。研究表明,在氧化性氣氛下,CO2會抑制NH3向NO的轉(zhuǎn)變。CO2對焦炭氮向NO的轉(zhuǎn)變具有雙重影響：(1)抑制NO的還原：(2)通過焦與CO2的氣化使得焦炭氮向N2的轉(zhuǎn)變具有高選擇性。若氧氣供應(yīng)充足,CO2對NO還原的抑制作用占據(jù)主導(dǎo),促進NO生成；若氧氣供應(yīng)不足,煤焦-CO2氣化反應(yīng)占據(jù)主導(dǎo),進而抑制NO生成。最后,在多功能流化床實驗臺上開展了O2/CO2燃燒實驗,考察了氧氣濃度、空氣分級、氧氣分級等操作參數(shù)對NOx排放的影響,并對NOx減排機理進行探討。富氧燃燒中NO排放低的可能并非由CO濃度升高所致,而是因為高濃度的CO2抑制了揮發(fā)分氮向NO轉(zhuǎn)變,同時,在缺氧條件下煤焦與CO2的氣化反應(yīng)強烈,使得大量的焦炭氮向氮氣轉(zhuǎn)變。
【圖文】：

Ｉ邐l#化劑與燃料組織燃燒，循環(huán)煙氣一方面用于調(diào)節(jié)火焰n齲硪環(huán)矯嬗糜諦儒義希懾緯蝕傭Ｖぢ詰娜攘看蕁７從Σ錚姿羝投躉嘉鰨虼司虻サ膩義咸崠亢蟊憧山，

本文編號：2587538