煤粉O2/CO2气氛下反应动力学及NOx生成与排放的中试研究

论文摘要

目前由CO2过量排放带来的全球气候变暖已经成为全球关注的热点问题,为了减少CO2的排放,进行CO2的捕集、储存(CCS)非常必要。而在CCS技术中O2/CO2循环燃烧被认为是当前技术风险最小的CO2减排技术。O2/CO2循环燃烧方式与传统的空气燃烧方式最根本的不同点——燃烧气氛发生了显著变化,因而煤的反应动力学和污染物排放将呈现新的特征。在热分析方法上采用热重分析方法,采取不同氧含量的O2/ CO2气氛和O2/ N2气氛下的热重试验,分别是10%,20%,30%的O2。取三种不同的煤做对比实验。通过大量热重对比的实验可以清晰的看出不同气氛下燃烧速率、着火点、燃烧时间的不同。实验,计算和分析表明:煤粉在O2/N2和O2/CO2气氛下燃烧的反应动力学都可以用成核与核生长机理描述,相同的O2浓度浓度下的反应可以用同一个机理函数表示。通过分析烟气中CO含量发现,相同O2浓度下,煤在O2/CO2气氛下燃烧产生的CO比O2/N2下要高。这说明高浓度的CO2的存在对可能煤的燃烧反应有影响。而煤粉在相同比例氧气的空气、O2/CO2气氛下,燃烧特点是有所不同的,这有可能是由于煤粉在这两种气氛下挥发份释放不同造成的。然而无论是在空气气氛还是O2/CO2气氛下,O2浓度对燃烧的影响是非常大的:增加氧气的浓度,工况燃烧速率要高,着火点提前,且燃烧时间缩短。进行了中试规模O2/CO2循环燃烧台架的调试,实验工作,着重关注空气、O2/CO2、O2/RFG三种不同工况中NOx生成与排放的特征。比较燃烧炉内不同位置的NOx生成情况可以看到存在一个NOx浓度急剧升高的区域,即从燃一段上部到燃一段下部的区域,在这个区域中空气增长速率是最快的,而O2/CO2和O2/RFG(冷)要慢得多。对NOx尾部排放特征的研究表明,在炉内燃烧的条件下,采用富氧燃烧技术可以显著的减少NOx排放,通过O2/RFG的烟气再循环技术可以进一步减少NOx排放。脱硝率分别为60.87%和73.78%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 2/CO₂ 循环燃烧技术的研究现状'>1.2 O₂/CO₂循环燃烧技术的研究现状
• 1.3 本文的主要研究手段和内容
• 2/CO₂ 气氛下煤粉的TG-FTIR 实验研究'>2 O₂/CO₂ 气氛下煤粉的TG-FTIR 实验研究
• 2.1 热重分析技术原理
• 2.2 研究工作
• 2.3 实验结果及分析
• 2.4 热重实验的反应动力学分析
• 2.5 本章小结
• 3 NOX 生成与排放的中试实验研究
• 3.1 实验台架的介绍
• 3.2 实验条件及分析
• 3.3 实验结果
• 3.4 本章小结
• 4 总结与进一步工作建议
• 4.1 全文总结
• 4.2 一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 30 种反应机理函数的积分和微分形式