氧-燃料燃燒方式下鈣與鐵對煤中氮釋放特性的影響.pdf

1、煤炭作為目前我國最重要的常規(guī)能源,在燃燒過程中放出熱量的同時,也向環(huán)境中排放了大量的污染物。在這些污染物中包括NOx、SOx、細微顆粒物、重金屬等。研究表明,燃煤生成的NO和NO2是酸雨的前驅物,并且參與光化學煙霧污染的生成,NO2還是一種溫室氣體。這些氮氧化物對人類的健康和生態(tài)環(huán)境都會產(chǎn)生嚴重的危害。NOx形成機理和釋放特性的研究是進行氮氧化物危害評價、法規(guī)制定和排放控制的重要基礎,因此開展這方面的研究具有重要的科學和實際意義。

2、>　　氧/燃料燃燒技術是一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)空氣燃燒,有效減少CO2排放的燃煤新技術。在氧/燃料燃燒方式下,空氣中分離出的氧氣與循環(huán)煙氣替代了傳統(tǒng)煤粉燃燒方式下的空氣,這樣能得到高純度的二氧化碳,從而降低了二氧化碳捕獲的成本。在氧/燃料燃燒方式下,分子氮的量很低,這會抑制熱力型NOX與快速型NOX的形成,從而降低整體NOX的排放率。普遍的結論是氧/燃料燃燒方式下NOX的排放量能減少到空氣燃燒方式下的1/3到1/2,其主要原因與氧/燃料燃燒方式下

3、的揮發(fā)份和煤焦有關。煤中含有大量礦物質,如Ca,Fe等,這些礦物質對煤熱解及燃燒的過程都有很大的影響,它們對含氮物的釋放特性也有各種不同的作用。本文從氧/燃料燃燒方式下NOX的排放量減少的原因著手,分析了CO2氣氛下含氮物(HCN,NH3,NO和焦氮)的釋放特性,以及煤焦燃燒和煤焦與循環(huán)煙氣中NO反應的特性。并且在此基礎上分析了鈣和鐵在反應過程中對含氮物釋放特性的影響。本文主要內容如下:
　　應用酸洗的化學方法,以及物理混合和浸溶

4、等礦物質添加方法來研究鈣對煤熱解過程含氮物釋放特性的影響。在傳統(tǒng)空氣燃燒方式下,N2是主導氣體。在氧/燃料燃燒方式下,循環(huán)后煙氣中CO2濃度可達90％以上。實驗中煤粉熱解氣氛分別為N2和CO2,用來研究熱解氣氛的不同引起的含氮物分布的差異。高濃度的N2會改變熱解過程中的氮平衡,CO2氣體會與NOX前驅物發(fā)生反應,所以這兩個氣氛對熱解過程中含氮物釋放特性分別會有很大的影響。同時在實驗中也選用了不參與反應的惰性氣體Ar為熱解氣氛,作為分析比

5、較。結果發(fā)現(xiàn),在分別添加(CH3COO)2Ca,Ca(OH)2和CaCl2時,焦產(chǎn)率隨著鈣的添加量的增加而降低。鈣的添加對熱解過程中HCN和NH3的生成的作用取決于添加鈣的種類以及數(shù)量。Ar氣氛下鈣的添加能降低HCN和NH3的生成,而在N2氣氛下鈣的添加卻能提高HCN和NH3的生成。在CO2氣氛下在熱解氣體中沒有測量到NH3的濃度。但是在CO2氣氛下測量到了NO的濃度,而且NO的生成隨著鈣的添加量的增加而減少。
　　通過石英管式爐

6、煤熱解實驗分析了不同熱解氣氛和不同氯化鐵添加方式對含氮物釋放特性的影響。氯化鐵添加方式包含兩種,一種是物理混合,另一種是煤樣與氯化鐵的水溶液混合。熱解氣氛有N2,CO2和Ar。實驗結果發(fā)現(xiàn),在1000°C溫度下,Ar氣氛下熱解時,酸洗煤添加氯化鐵會抑制HCN的生成。但是在N2氣氛下,HCN生成的量卻增加,這是由于高濃度的N2抑制了氯化鐵的作用。在CO2氣氛下,HCN的量明顯降低,這是由于在CO2氣氛下氯化鐵不僅促進揮發(fā)分的二次分解,還促

7、進了焦氮的轉化。在Ar和N2氣氛下熱解時,兩種氯化鐵的添加方式都能大幅度地降低NH3的生成。在CO2氣氛下沒有測到NH3的量。
　　采用物理混合添加氧化鐵,研究了鐵對傳統(tǒng)空氣燃燒和氧/燃料燃燒方式下煤焦燃燒生成的NO的影響。在800°C溫度下CO2氣氛中生成的煤焦顆粒尺寸比N2氣氛下大,但是在1300°C時,煤焦顆粒卻變小。這是由于煤焦與CO2反生氣化反應而引起的顆粒破碎。鐵的添加能促進NO的轉化率,而且鐵的作用隨著反應的進行而增

8、強,并在最后保持穩(wěn)定。實驗結果表明,在氧/燃料燃燒方式下添加鐵更能促進煤焦反應過程中NO的生成。
　　最后用高溫沉降爐制焦,通過在石英管式爐中煤焦與NO的反應,研究了氧化鐵對CO2焦和NO反應的影響,并分析了CO對該反應的作用。實驗結果表明,對于Ar焦與NO反應,添加氧化鐵能促進反應的進行。煤焦中添加氧化鐵后,NO釋放的濃度的峰值比不添加氧化鐵時要降低16%,而且從此開始,氧化鐵對煤焦與NO反應的作用一直持續(xù)。煤焦與NO的反應是一