焦炭流化床燃烧条件下氧化亚氮生成机理的实验研究

【摘要】：氧化亚氮（N2O）是一种对大气环境有很大破坏作用的污染气体，煤的流化床燃烧是其重要来源。在流化床燃烧条件下，N2O由煤中的氮转化而来。在煤的焦炭燃烧阶段，N2O的生成机理还不清楚，有待于进一步研究。关于焦炭燃烧生成N2O的机理，有两种不同的观点，即均相生成机理和非均相生成机理。均相生成机理提出N2O由HCN的均相氧化反应生成，而非均相生成机理认为，N2O由焦炭表面的氮和气相中的NO反应生成。本文在小型流化床燃烧实验台上对焦碳燃烧过程中N2O的生成途径进行了实验研究，重点考察均相生成机理和非均相生成机理在其中的作用。 在不同煤种的焦炭燃烧实验中，均有HCN在烟气中生成，因此HCN的气相氧化过程是焦炭氮向N2O转化的一条途径。在实验获得的各组分瞬时浓度曲线中N2O的浓度变化并不和HCN同步。在HCN浓度降低并消失后，N2O依然存在，并且浓度不断增加。由此可以判断除了均相生成途径生成的N2O外，还有其他有别于HCN氧化的生成机理在起作用。 在实验中发现HCN只在焦炭燃烧的开始阶段生成，当燃烧进行到一定程度后没有HCN生成，因此，燃烧过程焦炭颗粒继续脱挥发份过程是HCN的来源，而不是焦炭的多相反应。分析不同燃烬程度的残余焦炭中C、H、N含量的变化，发现在焦炭的着火燃烧阶段，H/C和N/C迅速降低，之后保持不变，说明在燃烧开始阶段确实存在着焦炭继续脱挥发份的过程，并在这个过程中生成HCN。不同制备温度的焦炭燃烧结果显示，随着HCN生成的减少，均相反应途径对N2O的影响越来越小，N2O的生成速率只和NO与焦炭的非均相反应有关。 实验还得到了非均相反应途径的直接证据。当焦炭脱挥发份过程完成后，把残余焦炭作为新鲜焦炭继续燃烧，燃烧产物中不再有HCN生成。此时N2O完全通过NO与焦炭的非均相反应生成。 综合以上实验结论，本文就得到了焦炭燃烧过程中N2O的生成机理：N2O WP=6 的生成是均相生成机理和非均相生成机理共同作用的结果。 本文模型计算部分对N2O生成途径进行了数值模拟，三种不同情况下计算结果表明，同时考虑均相生成机理和非均相生成机理时，得到的模拟结果和实际实验结果最为接近。这和实验部分的结论是一致的。