O2-CO2燃燒過程中煤氮轉(zhuǎn)化機理的實驗研究和量子化學計算.pdf

1、中國是能源消費大國，在2010年已成為世界第一能源消費大國。其中，煤炭是中國最主要的一次能源，在未來較長的時期，我國的能源結(jié)構(gòu)仍將是以煤炭為主。我國消費的煤炭約有三分之二用于燃燒，其燃燒排放的CO2、NOx和其它污染氣體不斷增加，溫室效應(yīng)、酸雨的碳捕集技術(shù)，能大幅降低CO2等環(huán)境問題變得日益突出。降低CO2排放的重要途徑是碳捕集與封存技術(shù)，其中O2/CO2燃燒技術(shù)是一種新興捕集成本，同時有效降低NOx和硫化物的排放，是當前煤燃燒領(lǐng)域的研

2、究熱點。
　　本文首先在攜帶流燃燒實驗臺上進行了O2/CO2燃燒試驗，詳細考察了氣氛、燃燒溫度和煤粉粒徑對燃料氮向NOx沿程轉(zhuǎn)化特性的影響。試驗表明，O2/CO2氣氛下和O2/N2氣氛下燃料氮沿程轉(zhuǎn)化規(guī)律總體相似，氮轉(zhuǎn)化率沿爐膛軸向距離先急劇增大后緩慢減小，存在一個最大值;提高燃燒溫度會增加氮轉(zhuǎn)化初始段的長度，使氮轉(zhuǎn)化率峰值延后，并提高氮總體轉(zhuǎn)化率。不同粒徑煤粉的燃料氮沿程轉(zhuǎn)化規(guī)律不一樣，較小粒徑煤樣氮轉(zhuǎn)化率沿爐膛軸向距離先增大后

3、減小，而較粗顆粒煤樣的則是單調(diào)增加，中等粒徑煤樣的趨勢則介于兩者之間，這是由于粒徑不同的煤樣燃燒性能和對NO還原活性不同造成的。隨著過氧系數(shù)的增大，燃料氮的轉(zhuǎn)化率升高，峰值出現(xiàn)的位置延后;過氧系數(shù)在1.2及以下時，燃料氮沿程轉(zhuǎn)化率先增后減，過氧系數(shù)大于1.2時，則呈總體上升趨勢。
　　然后，在熱解-燃燒兩段分離式綜合燃燒試驗系統(tǒng)中開展了O2/CO2氣氛中揮發(fā)分、煤焦單獨及耦合燃燒試驗研究，對揮發(fā)分和煤焦在燃燒過程中的交互作用進行了

4、重點考察，并分析了煤種、制焦/揮發(fā)分溫度、沿程特性等因素的影響。研究表明，(1)煤焦和揮發(fā)分兩者單獨燃燒時，燃燒溫度、制揮發(fā)分溫度、燃燒氣氛等對揮發(fā)分燃燒過程NO排放影響顯著，而制焦煤種和制焦溫度對煤焦燃燒NO沿程析出影響較大。神木煙煤焦燃燒沿爐膛出口軸向距離析出NO濃度呈先上升后持平，而陽泉無煙煤焦則先上升后緩慢下降;1073K制得的煤焦燃燒析出NO濃度沿著爐膛軸向距離先增大后保持基本不變，而1273K則是先略有上升后緩慢下降的趨勢。

5、(2)煤焦和揮發(fā)分耦合燃燒時，煤種和制焦/揮發(fā)分溫度對NO析出有較大影響。對于神木煙煤，耦合燃燒時NO析出濃度沿著爐膛軸向距離升高到一定程度后保持基本穩(wěn)定，但其沿程析出NO濃度整體比神木煤焦單獨燃燒時低。而對于陽泉無煙煤，NO析出濃度沿著爐膛軸向距離先上升后略有減少。
　　最后，利用Gaussian09量子化學計算軟件對構(gòu)建的吡啶氮、吡咯氮、吡啶酮、季氮等四類構(gòu)型進行優(yōu)化計算，獲得各結(jié)構(gòu)熱解第一步反應(yīng)的過渡態(tài)，得到反應(yīng)物和過渡態(tài)的