我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主,煤炭直接燃燒是主要的利用方式。燃煤工業(yè)鍋爐是僅次于燃煤電廠的第二大耗煤大戶,量大面廣的燃煤鏈條爐排鍋爐氮氧化物的排放不可忽視。鏈條爐排鍋爐大顆粒煤層燃的過程與煤粉懸浮燃燒有很大差異,大顆粒煤在熱解、焦炭氧化、焦炭異相還原NO等反應(yīng)過程中燃料氮的遷移轉(zhuǎn)化十分復(fù)雜,但并未得到足夠的重視,亦缺乏深入的研究。燃煤鏈條爐排鍋爐現(xiàn)有的脫硝技術(shù)大多直接借鑒電站鍋爐,脫硝成本高,經(jīng)濟(jì)性不佳,適合燃煤鏈條爐排鍋爐清潔高效燃燒的運(yùn)行方案十分缺乏。本文針對(duì)大顆粒煤熱解過程中氮官能團(tuán)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和含氮小分子氣體HCN和NH_3的析出規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,采用水平管式爐實(shí)驗(yàn)臺(tái),結(jié)合XPS、FTIR等測試方法,研究了不同煤種、不同熱解溫度、不同粒徑等因素的影響。熱解時(shí)煤中不同氮官能團(tuán)會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化并分解為含氮小分子氣體HCN和NH_3。隨著熱解溫度升高,煤中氮官能團(tuán)總量下降,原煤熱解析出的HCN和NH_3增加。煤粉在堆積方式熱解時(shí),HCN與焦炭發(fā)生二次反應(yīng)生成更多的NH_3。大顆粒煤與煤粉堆積方式相比,顆粒內(nèi)部煤焦結(jié)構(gòu)更加致密,熱解氣在焦炭孔隙內(nèi)停留時(shí)間更長,HCN與焦炭發(fā)生二次反應(yīng)更劇烈,NH_3生成量更大。在研究燃煤鏈條爐排鍋爐層燃NO_x模型時(shí)不能直接套用煤粉熱解數(shù)據(jù),需要采用大顆粒煤熱解實(shí)驗(yàn)獲得含氮小分子氣體分布的相關(guān)參數(shù)。本文針對(duì)大顆粒煤焦氧化過程中焦炭氮的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,采用水平管式爐實(shí)驗(yàn)臺(tái),結(jié)合XPS、testo煙氣分析儀,研究了不同氧化溫度、不同煤種、不同氧濃度、不同顆粒粒徑等因素的影響。隨著溫度升高,焦炭氮氧化生成NO的轉(zhuǎn)化率先增大后減小。在低溫下,焦炭氧化生成大量含氧官能團(tuán)促進(jìn)了焦炭異相還原NO。在高溫下,焦炭顆粒表面氣化反應(yīng)增強(qiáng)存在CO氛圍,焦炭表面CO與煤焦表面C(N)作用生成C(NCO)促進(jìn)NO的還原。隨著煤階的升高,焦炭反應(yīng)性降低,焦炭孔隙內(nèi)部還原NO的活性位減少,焦炭氮氧化生成NO增多。大顆粒焦炭氧化生成的NO主要被顆粒內(nèi)部自身焦炭還原。大顆粒焦炭因內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)致密,增大了氣體擴(kuò)散阻力,在顆粒內(nèi)部形成低氧環(huán)境,有利于生成含氧官能團(tuán)促進(jìn)焦炭異相還原NO;同時(shí),內(nèi)部焦炭氮氧化生成的NO在向外擴(kuò)散過程中在焦炭內(nèi)部停留時(shí)間更長,增加了被焦炭異相還原的比例。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分別考慮了焦炭氧化速率、溫度和粒徑的影響,建立了大顆粒煤焦炭氮氧化生成NO的數(shù)學(xué)模型。本文針對(duì)大顆粒煤焦異相還原NO規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,采用固定床實(shí)驗(yàn)臺(tái),結(jié)合XPS、XRD、testo煙氣分析儀,研究了不同溫度、不同煤種、不同顆粒粒徑、炭層厚度等因素的影響。熱解溫度升高后,焦炭晶體結(jié)構(gòu)更加有序,異相反應(yīng)的活性位減少,焦炭還原NO速率變慢,同時(shí),焦炭中氧官能團(tuán)總量下降,進(jìn)一步減弱了焦炭氧官能團(tuán)對(duì)焦炭異相還原NO的促進(jìn)作用。與煤粉焦相比,大顆粒煤焦的反應(yīng)表面積減小,還原NO速率減慢。大顆粒煤焦炭層厚度增大后,參與反應(yīng)的焦炭活性位增多,同時(shí)增加了NO在炭層中停留時(shí)間,有利于焦炭還原NO。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了大顆粒煤焦還原NO的數(shù)學(xué)模型。為揭示燃煤鏈條爐排鍋爐層燃過程中NO生成規(guī)律,本文采用單元體爐進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,研究了不同煤層厚度、不同配風(fēng)方式、不同顆粒粒徑以及粒徑分層燃燒方式等因素的影響。床層表面NO生成為典型雙峰結(jié)構(gòu),第一個(gè)峰值主要為揮發(fā)分中含氮小分子氣體HCN和NH_3氧化形成,第二個(gè)峰值為床層燃盡階段焦炭氮氧化形成,雙峰之間的谷值是由于焦炭層對(duì)NO的還原而形成。煤層厚度減小,焦炭層還原NO的程度減弱,生成更多的NO。采用推遲配風(fēng)方式,床層的中前部氧量少,氧化生成NO少,同時(shí)焦炭層還原NO的程度加強(qiáng),有利于抑制NO的生成。煤焦粒徑增大后,焦炭層還原NO速率減小,床層生成NO增多。粒徑分層燃燒時(shí),床層上部焦炭粒徑較小,有利于焦炭層還原NO。通過對(duì)兩臺(tái)鏈條爐排鍋爐進(jìn)行了配風(fēng)調(diào)試,采用推遲配風(fēng)和煤層厚度增大的運(yùn)行方式,均增強(qiáng)了焦炭層對(duì)床層NO_x的還原,降低了鍋爐尾部NO_x排放濃度,試驗(yàn)取得了低NO_x調(diào)控的預(yù)期效果。本文在團(tuán)隊(duì)燃煤鏈條爐排鍋爐燃燒模型的基礎(chǔ)上建立了層燃NO_x模型,并應(yīng)用單元體爐的層燃實(shí)驗(yàn)對(duì)模型準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。應(yīng)用本文所提出的層燃NO_x模型,以一臺(tái)在用的鏈條爐排鍋爐為例,通過對(duì)床層過量空氣系數(shù)、爐拱形狀和空氣分級(jí)燃燒的數(shù)值分析發(fā)現(xiàn):降低床層過量空氣系數(shù),增加焦炭還原層厚度,有利于減少床層NO的生成;并利用人字形后拱將尾部焦炭氧化生成的NO導(dǎo)流到前拱下方與熱解產(chǎn)生的NH_3反應(yīng),實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)還原NO的效果,最后得到鏈條爐排鍋爐拱風(fēng)組合低NO_x燃燒運(yùn)行原理,為實(shí)際鍋爐低NO_x燃燒改造提供技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TQ534;X701
【部分圖文】：

圖 1-1 不同類型 NO 生成量隨溫度變化圖[13]Fig. 1-1 Diagram of NO emission versus combustion temperature[13]解氮官能團(tuán)熱遷移機(jī)理及前驅(qū)物析出特性的研究一種含有大量 C、O、H 和少量 S、N 等有機(jī)物和部分無機(jī)物成煤地質(zhì)條件和沉積時(shí)間的差異，這些物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和差異很大在 0.3%~3.5%之間，其來源主要是成煤植物中的生物堿、蛋白組分。如圖 1-2 所示，Thomas[14]對(duì)一系列煤樣數(shù)據(jù)分析后發(fā)量隨著煤階增大而增大，在碳含量約為 85%時(shí)達(dá)到最大，隨后的增大氮含量減少。Lepp lahti[15]研究過程中也發(fā)現(xiàn)了類似規(guī)50001000 1200 1400 1600 1800 2000NTemperature in ℃

第一章 緒論 ，由于這些方法可能會(huì)對(duì)原料分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)來對(duì)樣品無破壞的光譜分析法得到大量lectron spectroscope)可以通過分析樣品的電的賦存形態(tài)及化合價(jià)等屬性，是探究煤及煤XPS 測試結(jié)果表明，煤及煤焦中氮的賦存季氮(N-Q)和氧化性氮(N-X)[16-19]。吡啶 (啶與含氧官能團(tuán)結(jié)合形成的吡啶酮，季氮構(gòu)內(nèi)部的氮原子，氧化性氮(N-X)為吡啶氮 Thomas[14]文獻(xiàn)綜述可知：煤中含氮官能啶氮，0-20%為季氮。隨著煤階的增大，吡?xí)》黾�，季氮�(jiǎng)t會(huì)相應(yīng)減少，如圖 1規(guī)律。許多研究者[22-27]也認(rèn)為煤中含量最多

0-20%為季氮。隨著煤階的增大，吡咯含量會(huì)小幅增加，季氮?jiǎng)t會(huì)相應(yīng)減少，如圖 1-4 所類似規(guī)律。許多研究者[22-27]也認(rèn)為煤中含量最多的圖 1-3 煤焦中氮官能團(tuán)示意圖[20]3 Schematic representation of the nitrogen functionalities in a

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 杜海亮;張品;羅永浩;曹陽;;顆粒粒徑對(duì)層燃爐煤層NO_x析出影響的研究[J];熱能動(dòng)力工程;2014年05期

2 徐杰;馬利錦;孫銳;賈良晨;;煤焦N向NO轉(zhuǎn)化規(guī)律的試驗(yàn)研究[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2014年23期

3 杜海亮;張品;羅永浩;陸逸;;不同配風(fēng)方式下層燃爐煤層NO_x析出特性研究[J];熱能動(dòng)力工程;2013年01期

4 高建民;趙來福;徐力;杜謙;高繼慧;欒積毅;吳少華;趙廣播;;煙煤典型層燃過程N(yùn)O_x生成特性[J];工業(yè)鍋爐;2012年02期

5 李俊東;韓殿營;李耀榮;王林海;;在用燃煤鏈條爐排鍋爐的節(jié)能改造[J];工業(yè)鍋爐;2010年02期

6 許慎啟;周志杰;代正華;于廣鎖;龔欣;;堿金屬及灰分對(duì)煤焦碳微晶結(jié)構(gòu)及氣化反應(yīng)特性的影響[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2010年01期

7 王明敏;張建勝;張守玉;吳晉滬;岳光溪;;熱解條件對(duì)煤焦結(jié)構(gòu)及氣化反應(yīng)活性的影響[J];煤炭轉(zhuǎn)化;2007年03期

8 王蓉,斯東波,池作和,岑可法;煤熱解過程中氮分配規(guī)律的試驗(yàn)研究[J];熱力發(fā)電;2005年11期

9 劉艷霞,呂俊復(fù),黎永,岳光溪;中溫下熱解對(duì)半焦燃燒反應(yīng)性的影響[J];熱能動(dòng)力工程;2005年05期

10 張守玉,呂俊復(fù),王文選,朱廷鈺,黎永,岳光溪;熱處理對(duì)煤焦反應(yīng)性及微觀結(jié)構(gòu)的影響[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2004年06期

本文編號(hào)：2820299