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《哈尔滨工业大学》 2013年
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煤焦燃烧过程中燃料氮转化规律研究

马利锦  
【摘要】:我国是世界上最大的煤炭消费国,针对我国国情,在短期内以煤炭为主的能源结构不会改变。煤炭在燃烧过程中产生大量的NOx等污染物,已经引起了很严重的环境问题。为了实现煤的清洁利用并达到日益严格的污染物排放标准,对燃煤过程中的燃料氮元素转化规律进行深入研究具有重要意义。 本文选取我国三种不同煤阶的典型煤种(贫煤、烟煤、褐煤),在一维恒温沉降炉中惰性气氛下制取三个不同温度(900℃、1000℃、1100℃)的热解煤焦样品,并对原煤、煤焦试样进行孔隙、XPS等物性分析及煤焦二次热解特性研究。高温热解过程中原煤中大部分挥发分完全析出,煤粉颗粒发生剧烈体积膨胀,煤焦的孔隙结构比原煤更加发达,而且热解温度越高、原煤煤阶越低,煤焦孔隙结构越发达。煤焦中含氮官能团主要为N-6和N-5,随着热解温度的提高,N-6含量呈增加趋势,N-5含量变化相对稳定,而N-Q含量不断减少。煤焦二次热解过程比原煤热解更难进行。煤焦慢速二次热解过程中释放的主要含氮气体为N2O、HCN和NO,而快速二次热解过程主要为HCN。煤焦内残留的少量挥发分在二次热解过程中析出后,会造成煤焦比表面积明显增大,并与二次热解方式及煤焦种类有关。 采用水平管式炉反应器和竖直固定床反应器来进行固定床燃烧状态下不同反应条件对焦炭N向NO转化规律影响的研究。煤焦燃烧过程中焦炭N是伴随着燃烧过程而逐渐释放出来的。实验过程中煤焦颗粒处于堆积状态,煤焦装载量越多,NO的二次还原反应越强,最终NO的生成量越少;混合石英砂能够减小焦炭颗粒之间的相互作用,进而削弱NO的二次还原反应。固定床反应器中颗粒的相互影响作用明显强于水平管式炉,焦炭N向NO的转化率较低。850℃~1050℃温度范围内,随着反应温度的升高焦炭N向NO的转化率呈现先增大后减小的趋势。2%~20%氧浓度范围内,随着氧浓度的升高焦炭N向NO的转化率呈先增大后减小的趋势;并且反应温度越高,焦炭N最大转化率对应的氧浓度越大。随着原煤煤阶的升高、煤焦含氮量的升高以及煤焦灰分含量的降低,焦炭N向NO的转化率整体上呈现升高的趋势。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ534

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