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煤燃烧过程中氮析出特性及硫氮交互作用的研究

房丽丽  
【摘要】: 我国煤炭资源丰富,能源消费以煤为主。电站锅炉煤粉燃烧过程中生成大量的氮氧化物,由此造成严重的环境污染,并严重影响人们的健康。因此,探讨煤粉燃烧过程中燃料氮的析出规律,以控制污染物排放,实现煤粉的高效清洁燃烧,这是目前电站锅炉需要亟待解决的问题。本文对煤粉燃烧过程中燃料氮的析出特性及硫氮的交互作用进行了研究。 首先,本文对不同煤种燃烧时氮的析出特性进行了实验研究,对煤中氮析出的主要产物NO进行了检测分析。研究发现,燃烧条件对煤中氮的析出有重要的影响:燃料氮的转化率随着气氛中氧浓度的增大而增大,随着炉内温度的升高而增大,而当氧浓度或温度升高到一定程度时,燃料氮转化率的增大趋势趋于缓和;燃料氮的转化率随煤种的不同也呈现很大的变化:煤中挥发分含量越高,燃料氮的转化率越高;氮含量越高,NO生成的瞬时浓度越高,而燃料氮的转化率却是下降的。 其次,本文对煤粉燃烧过程中燃料氮的析出规律进行了数值计算,建立了数学模型预测燃料氮的转化率。模型中,挥发分的析出采用傅.张通用模型;焦炭的燃烧选用扩散-动力控制燃烧模型;NO的生成采用扩展的De’Soete模型。模型计算结果表明,煤燃烧过程中挥发分氮和焦炭氮的转化率均随着温度的升高而增大,并且在高温下挥发分氮的转化率远远大于焦炭氮的转化率;模型最终的计算结果与实验值相吻合,故本文所建立的模型可以较准确的预测煤燃烧过程中燃料氮的转化率。 最后,对煤粉燃烧过程中硫氮的交互作用进行了实验研究。实验结果表明:对于所选用的煤样,元素硫的加入对煤粉燃烧过程中NO的生成具有抑制作用,但不同煤种元素硫的析出与氧化对NO的生成影响和作用有所不同,挥发分含量高的煤,硫氮之间的交互作用较强;酸洗脱除煤中的可溶性盐后,燃料氮的转化率降低,酸洗脱除的矿物质对煤中氮的释放有重要的催化作用,酸洗脱除煤中的黄铁矿后,燃料氮的转化率进一步降低,煤中的黄铁矿对NO的生成也有促进作用;SO_2的加入对煤中氮的析出也有重要的影响,在氧化性气氛中燃烧时,燃料氮的转化率随SO_2的加入而降低,而在还原性气氛中燃烧时,燃料氮的转化率随SO_2的加入而增加;NO的加入对煤中硫的释放有重要的影响,随着NO的加入,煤样6燃烧时烟气中SO_2的浓度有不同程度的增加。 本文对煤粉燃烧过程中燃料氮的析出特性以及硫氮的交互作用进行了较为详尽的研究,以期为低NO_x燃烧技术及协同脱硫脱硝技术的开发提供必要的理论依据。


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