O2/CO2煤粉燃烧脱硫及NO生成特性实验和理论研究

能源是人类赖以生存发展的基础，煤的燃烧是提供能源的主要方式。随经济的发展，燃煤与日俱增来满足能源的供给，而同时燃煤过程污染物排放又加重了环境的负担。其中CO2是温室效应产生的根源，而SO2、NOx导致了酸雨沉降。经济发展和环境保护相协调成为世界性的问题，开发高效低污染的煤粉燃烧技术势在必行。 近年来O2／CO2煤粉燃烧技术日渐得到世界各国的关注，许多研究机构陆续投入到相关的研究之中。该技术以纯氧代替空气，并与烟气再循环相结合。因为减少了占空气79％不支持燃烧的N2所致的排烟热量损失，使燃烧效率得到很大提高，促进了能源的有效利用。此外，可以将排烟中CO2浓度提高到95％，方便了CO2的回收利用。基于此研究O2／CO2气氛下煤粉燃烧机理将为该技术的推广和应用提供理论基础。 本文研究了O2／CO2气氛下煤粉燃烧特性、SO2钙基脱除的直接硫化特性及NOx燃煤排放特性，并对燃烧过程进行了数值模拟，主要工作概括为以下六个方面： 1．借用热重分析手段比较了空气和O2／CO2气氛下煤粉的燃烧特性，并就固硫特性作初步讨论。通过对莱阳煤、长广煤、太平煤三种煤种的着火温度、燃尽温度、及燃烧特性指数的分析，表明O2／CO2气氛下的燃烧优于空气，并从反应动力学数据得到证实。同时，借助定硫仪初步比较了煤粉在空气和O2／CO2两种气氛下的硫析出特性，结果表明后者脱硫效果有很大改善。 2．分别以热重仪及沉降炉研究了中等温度（800℃～900℃）和较高温（900～1250℃）下空气和O2／CO2两种气氛钙基脱硫特性。在热重分析仪上考察了中等温度下温度、O2和SO2浓度、粒径等主要因素对直接硫化CaCO3-SO2过程的影响，并求取了反应的活化能。在沉降炉上考察了较高温下O2／CO2气氛中温度、Ca／S、不同CO2体积浓度、炉内停留时间、过量空气系数、煤种等参量的影响。 3．建立了高温条件下CaSO4分解的吉布斯自由能与温度的函数关系，并求取了SO2分解压力与分解温度之间的关系，在此基础上得到了CaSO4高温热力学分解特性。并与直接硫化过程进行了对比，进而判断出O2／CO2气氛有利于阻止CaSO4的热力分解。在热力学分析的基础上，借用热重分析评价CO2、SO2和O2浓度对CaSO4分解的影响，求取反应活化能。并采用不反应缩核模型比较O2／CO2-空气两种气氛下反应过程控制因素的变化特性。 4．借助压汞孔结构分析、电镜扫描及热重分析等手段，研究了Na2CO3、K2CO3、Al2O3及Cs2CO3对CaCO3微观孔结构性质及硫化转化的影响，结果表明：Na2CO3、K2CO3、Al2（SO4）3的加入优化了孔尺寸分布、增加了孔隙率和表面积，对直接硫化过程有促进作用。而Cs2CO3的作用正好相反。从灰熔点的分析得出Na2CO3 浙江大学博卜学位论文刘彦 摘要 的加入并没有导致结渣的加重。 5.用沉降炉分析了02/CO:煤粉燃烧中NOx的释放特性，得出煤粉燃烧过程 02/C氏气氛较空气下有助于抑制NOx的排放。考察了温度、不同煤种、过量空 气系数对NOx生成特性的影响。并以甲烷等混气模拟了炉内气氛，分析了燃料 氮、循环氮及两者同时存在对NOx生成的影响。 6.根据煤粉燃烧条件，选取合适的模型，借助Fluent软件对沉降炉内空气一02/c 02 两种气氛下煤粉燃烧及NOx污染物生成特性进行数值模拟，得到了炉内温度分 布特性、传热特性及污染物生成特性，并与实验数据作了比较。 7.初步讨论膜分离制氧的基本原理和方法，提出为了推广q/Cq煤粉燃烧技术 的应用，开发高效低耗的膜分离制氧的方法成为必要。 关键词: 仇/C 02气氛煤粉燃烧热重分析直接硫化压汞仪孔结构分析SEM电镜扫描 分析XRD测试添加剂调制NOx排放沉降炉Fluent软件模拟制氧膜分离