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复杂组分调质煤粉再燃中焦和气体产物还原NOx的竞争机制

批准号:
52076058
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
孙绍增
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙绍增

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
再燃是降低燃煤锅炉NOx排放的有效手段。传统煤粉再燃使用空气作为输送再燃煤粉介质,由于空气中氧消耗大量煤粉,严重制约再燃降低NOx效果。申请者提出采用燃气或者煤的气化气调质再燃煤粉品质工艺,有望大幅度提高煤粉再燃还原NOx效果。本项目针对不同反应气氛、反应温度下进行煤焦和气体组分活化实验,定量分析反应气氛对煤焦中含氮含氧复合物及其物理结构演化和气体产物组分变化的影响,获得活化过程中产物演化特性;对活化产物进行两相还原NOx实验,获得活化过程对NOx还原影响的宏观规律;综合研究再燃煤粉调质活化和NOx还原反应,并与各子反应过程对比分析,获得煤焦和气体产物多组分在再燃还原NOx过程中的竞争机制和主要反应路径,并以同相异相反应动力学数据为依据,建立和完善煤粉在复杂组分下调质活化产物再燃还原NOx宏观动力学模型。本项目将为丰富燃料N转化反应机理,进一步促进再燃技术中NOx减排提供基础理论支撑。
英文摘要
Reburning is an effective means to reduce NOx emission from coal-fired boilers. Traditional pulverized coal reburning uses air as the medium to transport reburn pulverized coal. Oxygen in the air consumes a large amount of pulverized coal, which seriously restricts the effect of reburning to reduce NO. The applicant proposes the process of gas or coal gasification gas conditioned reburning to improve the quality of pulverized coal, which is expected to greatly improve the effect of pulverized coal reburning to reduce NOx. In this project, the activation experiments of coal char and gas components are carried out under different reaction atmosphere and temperature. The effects of reaction atmosphere on the evolution of nitrogen-containing oxygen-containing complexes and their physical structures in coal char and gas product components are quantitatively analyzed, and the evolution characteristics of products during activation are obtained. The macro rule of activation process on the reduction of NOx can be obtained by two-phase reduction of NOx. By synthetically studying the conditioning and activation of reburning pulverized coal and the reduction of NOx, and comparing with each sub-reaction process, the competitive mechanism and main reaction path of coal char and gas products in the process of NOx reduction by reburning can be obtained. Based on the kinetics data of homogeneous and heterogeneous reactions, a macro-kinetics model of NOx reduction by reburning of modified activated products of pulverized coal in complex components will be established and perfected. This project will provide basic theoretical support for enriching the mechanism of fuel N conversion reaction and further promoting NOx emission reduction in reburning technology.
再燃技术是减少燃煤锅炉氮氧化物(NOx)排放的重要途径。然而,传统煤粉再燃技术因采用空气作为输送介质,导致氧气消耗大量煤粉中的活性成分,严重限制了NOx还原效果。为解决这一问题,本研究提出基于粉煤气化耦合再循环烟气的新型煤粉调质再燃技术,并通过实验与数值模拟相结合的方法,系统探讨了其机理与优化路径。.首先,研究了甲烷耦合再循环烟气调质煤粉再燃技术对煤焦改性的工艺和方案。在高温乏氧条件下,经过甲烷调质后,焦炭的比表面积增加了约54.2%,总孔容增加了约51.2%,总含氧官能团减少了近4.4%,烷基配合物的总量增加了约3.6%,NO还原能力提高了近75%。该技术在确保使用较少再燃煤的同时,最大限度地减少了昂贵反应气体的使用,从而降低了NOx排放。为推进该技术的工业化应用,研究通过模拟与实验数据对比,优化了关键反应条件和工艺参数。结果表明,最佳反应条件为:再燃区温度1573~1600 K,燃料比20%,过量空气系数0.8,停留时间0.6秒,再循环烟气氧浓度10%。这些条件显著提升了NOx减排效果,同时有效降低了天然气的消耗。.其次,研究聚焦气化产物(合成气和活性焦)与煤焦在高温还原条件下的耦合作用,发现合成气生成的大量活性自由基(如H*、O*、CHi*)与煤焦深度交互,显著优化了焦炭的碳结构,促进了小芳香环簇生成,并提升了表面官能团的活性。与单独使用焦炭相比,合成气表现出更高的活化效率,但“夺氧”竞争现象在合成气与活性焦共同作用时削弱了效果。在合成气组分中甲烷在促进焦炭孔隙发育和中孔结构形成方面具有突出优势,而氢气则更有助于微孔发育。调质后的焦炭表面含氧基团减少,烷基紧密程度增加,显著提升了其化学反应活性及NO还原能力。通过组分配比的系统分析,明确了甲烷、氢气和一氧化碳的最优比例。甲烷含量需保持在8%以上以生成足够的活性自由基,而氢气和一氧化碳的比例应分别控制在48%和32%以内,以避免反应效率的下降。研究还揭示了HNO中间体在氮氧化物生成与还原中的调节作用,优化了煤粉改性过程的反应路径。
煤基固体燃料O2/H2O燃烧关键基础问题的研究
  • 批准号:
    51536002
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    280.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    孙绍增
  • 依托单位:
高压高湿氧燃烧条件下合成气层流同轴射流火焰特性
  • 批准号:
    51476048
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    孙绍增
  • 依托单位:
高压高湿氧燃烧条件下CO、H2及其混合气的层流火焰特性
  • 批准号:
    51276045
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    99.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    孙绍增
  • 依托单位:
高温下烟气成分对NO-焦炭反应动力学的影响和竞争机制
  • 批准号:
    51076039
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    孙绍增
  • 依托单位:
国内基金
海外基金