氧燃燒方式下爐內(nèi)噴鈣直接固硫與煤焦NO異相還原的研究.pdf

1、氧燃燒（oxyfuel）技術是一項能對燃煤過程中產(chǎn)生的多種污染物（CO2、NOx、SO2等）進行有效控制并協(xié)同脫除的新型燃燒方式。本文重點針對該方式下鈣基固硫及固硫產(chǎn)物的二次分解、煤焦氮的釋放以及煤焦對 NO還原等問題，采用 AspenPlus模擬分析了 O2/CO2方式下煤粉燃燒廢棄物的釋放特性，結合多相平衡、氣固反應動力學分析了直接固硫和間接固硫的特性、固硫及硫酸鈣分解動力學機理，結合多工況下高溫煤焦的燃燒、煤焦還原NO的量子化學計

2、算，探討了高濃度CO2氣氛下煤焦氮的轉化、煤焦對NO的還原作用規(guī)律。
　　采用Aspen Plus軟件模擬了煤在富氧氣氛（O2/CO2以及O2/RFG）和O2/N2氣氛下的燃燒過程。比較了各氣氛下不同燃燒溫度以及脫硫劑添加對燃燒后污染物排放的影響。結果表明：O2/N2環(huán)境下 SO2釋放量最大，煙氣循環(huán)氣氛下釋放量最小，體積濃度最大?？諝鈿夥障翹Ox轉化率最高。爐溫升高，三種氣氛下SO2排放量和體積濃度均增加，高于1200℃時排放量

3、趨于平衡。高溫下NOx的釋放量和轉化率都不斷增大。CO的生成受溫度影響較大。添加鈣基固硫劑大大抑制了污染物的釋放，煙氣循環(huán)下對污染物的控制效果更好。
　　對CaCO3的受熱分解和直接固硫間接固硫過程進行了熱力學分析，在考慮不同氣體分壓等條件下獲得CaCO3分解的吉布斯自由能。利用熱分析儀進行碳酸鈣直接硫化實驗，采用未反應收縮核模型推導出一種利用測試數(shù)據(jù)計算化學反應速率常數(shù)和SO2反應級數(shù)的辦法，并得到反應級數(shù)為0.745。利用獲得

4、的參數(shù)模擬實驗工況，發(fā)現(xiàn)模擬和實驗相符合。
　　在SO2、O2氣體擴散和氧化鈣燒結的基礎上建立了CaSO4高溫煅燒轉化數(shù)學模型。以程序升溫惰性氣氛下的實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)獲得煅燒反應速率常數(shù)，借助模型研究了不易測量的物理參數(shù)變化，并對恒溫工況下硫酸鈣分解特性進行討論。結果顯示對程序升溫和恒溫，未反應核外層 SO2和 O2含量先增多后減少，恒溫下曲線更為平緩。兩種工況下產(chǎn)物層平均比表面積和平均孔隙率均逐漸減小。程序升溫下減小趨勢在初始和最

5、終時間段較大，恒溫下減小趨勢緩慢下降。兩種工況下提高氣氛中不同氣體的分壓能有效阻止CaSO4高溫轉化，溫度對CaSO4高溫轉化較靈敏。
　　利用熱重分析以及熱力學計算方式，探討了空氣和 O2/CO2工況下加入各種氧化物和煤灰對CaSO4高溫轉化的作用。結果顯示添加不同添加劑均能減小硫酸鈣的轉化爐溫，提高分解率。兩種氣氛下煤灰對 CaSO4轉化的促進作用最強，CaO對 CaSO4轉化的作用不明顯。不同礦物質對CaSO4高溫分解的影響

6、規(guī)律不同。在氧燃燒條件下添加劑促使CaSO4分解向高溫移動，分解率降低。采用熱力學計算方法探討了部分添加劑對硫酸鈣高溫分解的作用。結果發(fā)現(xiàn)添加 Fe2O3后溫度為940℃時硫酸鈣就開始分解，添加SiO2溫度為1000℃時硫酸鈣開始分解，而純CaSO4分解溫度達到1260℃。
　　在水平管式高溫爐上采用恒溫和程序升溫方式在不同氣氛下分析了原煤焦、去灰煤焦、添加礦物質去灰煤焦燃燒過程中氮的釋放規(guī)律。同時還考察了氧燃燒條件下添加礦物質煤

7、焦對氣氛中NO的異相還原規(guī)律。結果表明，相同氣氛下去灰煤焦NO釋放量要多于原煤焦。恒溫以及程序升溫工況下添加KOH、NaOH、CaO促進了煤焦氮的釋放，添加過渡金屬氧化物Fe2O3抑制了煤焦氮的轉化。提高堿金屬和堿土金屬的添加量的去灰煤焦，NO排放量提高。程序升溫和恒溫條件下改變O2、CO2濃度時礦物質對煤焦氮的釋放影響均有變化，不同的礦物質下去灰煤焦氮的釋放不同。提高溫度，堿金屬和堿土金屬去灰煤焦促進煤焦氮的釋放。但Fe2O3隨溫度升

8、高，對NO的形成起到阻礙作用。
　　通過模擬氧燃燒條件下煙氣進行了煤焦-NO異相還原實驗。結果顯示，添加劑對氣氛中NO的還原有很強的催化作用。添加劑量大于一定值時對去灰煤焦和氣體NO之間的還原反應的影響優(yōu)勢相對越來越小。最后采用量子化學密度泛函理論對NO分子在煤焦表層的分解進行了分析。結果表明，NO分子首先以二聚體形式吸附于煤焦表面，NO二聚體是NO在煤焦表面分解的重要中間體結構。對六種二聚體吸附結構的穩(wěn)定性進行了比較，得出了最穩(wěn)