基于实验和密度泛函理论的NaHCO_(3)吸附SeO_(2)机理研究

本研究通过吸附实验探究了140−220℃下NaHCO_(3)对SeO_(2)的吸附性能,通过一系列表征解析了吸附后样品中硒的总量、价态和形态,结合密度泛函理论计算,探讨了NaHCO_(3)对SeO_(2)的吸附机理。结果表明,NaHCO_(3)对SeO_(2)的吸附性能随温度的升高而增加,在吸附过程中同时发生NaHCO_(3)向Na_(2)CO_(3)的分解反应,分解后产生的Na_(2)CO_(3)吸附活性更强。SeO_(2)吸附过程属于SeO_(2)中Se原子与Na_(2)CO_(3)表面O原子成键的化学吸附,吸附产物以亚硒酸盐为主。

燃煤过程中砷挥发特性及动力学特性的研究

为了研究不同因素对砷挥发的影响,选取7种典型煤种作为研究对象,在600~1 300℃内进行燃烧实验,并对煤的砷挥发进行了动力学分析.结果表明:当灰分含量差别不大时,2min时高挥发分煤中砷的挥发比例大于0.6,而低挥发分煤中砷的挥发比例不到0.3;当挥发分含量相差不大时,煤中砷的挥发比例与煤中的灰分有一定负相关性;温度是影响砷挥发的重要因素,700~1 000℃是砷挥发的主要温度区间;当水蒸气体积分数达到10%时,其对砷的挥发比例和挥发速率影响较为明显,当水蒸气体积分数进一步增大,其对砷挥发的影响逐渐减弱;挥发分对砷挥发表观活化能的影响大于灰分.

旋流对冲燃烧器出口条件给定方式优化

目前旋流对冲燃烧锅炉数值模拟的方法主要有2种:传统方法 1是将燃烧器简化为小段圆台,人为给定某个旋流强度;传统方法 2是将全部燃烧器和炉膛作为一个整体进行模拟计算。本文在总结上述2种方法优缺点的基础上,提出了"分段建模,无差过渡"的新方法。该方法是将单只燃烧器出口模拟结果调整后作为全炉膛模拟的入口条件,两者的无差过渡通过ANSYS Fluent软件中"边界profile"的自定义编辑实现,解决了传统方法单只燃烧器到炉膛速度过渡、左右旋过渡和煤粉浓度过渡3个难题。对2种传统方法与新方法进行了冷态模拟比较,并采用新方法对炉膛全尺寸进行了热态模拟。结果表明,新方法既可以保证燃烧器不损失细节特征,又极大地减少炉膛网格数量,在计算量减小的情况下使得准确性得到了保证。

燃煤过程中砷的赋存形态及其挥发特性

选取3个国内煤样,利用自制恒温热重装置研究了燃烧过程中砷的赋存特性及其挥发规律。通过测定不同停留时间下燃烧样品中砷的含量,拟合得到砷的挥发曲线和挥发速率曲线,并采用逐级化学提取的方法对原煤和不同停留时间下的燃烧样品进行形态分析。实验结果表明:温度是影响砷挥发的重要因素,700~1000℃是砷挥发的主要温度区间。煤粉燃烧过程中,砷的挥发速率与煤粉的失重速率具有同步性;伴随着煤中水分和挥发分的快速析出,砷也具有较高的挥发速率;随着燃烧过程的深入进行,砷的挥发速率变得缓慢。煤粉燃烧结束,3种煤(五里庄、红岩和梅花井)砷的挥发比例分别为49.5%、80.7%、65.0%,且在燃烧过程中煤中残渣态、硫化物结合态和可交换态砷相互作用迁移。

煤燃烧过程中砷与氮氧化物的反应机理

应用量子化学密度泛函理论B3LYP方法,研究了砷与氮氧化物(N_2O、NO_2和NO)的反应机理。全参数优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过频率分析证实中间体和过渡态的真实性,并通过内禀反应坐标(IRC)计算以进一步确定过渡态。为了得到更精确的能量信息,在B2PLYP水平下计算各结构的单点能,并通过动力学参数深入分析其反应机理。结果表明,砷与三种氮氧化物(N_2O、NO_2和NO)的反应能垒分别为78.45、2.58、155.85 k J/mol。在298-1800 K,各反应速率随温度的升高而增大。由于砷与NO_2的反应能垒较低,其反应速率大于1012cm3/(mol·s),说明该反应容易发生且速率极快。砷与N_2O和NO的反应,在298-900 K,反应速率随温度的升高明显增加;当温度进一步升高,其增加的趋势有所减缓。

燃煤过程中水蒸气对砷释放特性的影响

为了研究水蒸气对煤燃烧过程中砷释放特性的影响,在800~1 300℃下对庆华煤进行燃烧试验,并结合XRD分析了水蒸气对砷释放的作用机理。气氛中有水蒸气时,可以明显加快煤的失重;相同温度下,气氛中存在水蒸气时,煤中砷的逃逸有一定的增加,随着水蒸气浓度的增加,逃逸率增加趋势放缓;随着温度的增加,水蒸气对砷的逃逸率的提升效果减弱。在水蒸气气氛下灰的矿物质组成结构发生变化,石膏等硫酸盐增多,主要是水蒸气促进了石膏的形成,缩减了高活性CaO的停留时间,抑制了CaO对砷的捕捉,造成砷吸附率降低,逃逸率增加。

Se和SeO2在O2/CaO（001）表面吸附反应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理和平板模型构造了最稳定的O2/CaO(001)表面,通过优化Se和SeO2在此表面可能的初始吸附结构得到最佳吸附构型,分析了Se原子在O2/CaO(001)表面向SeO2的转化。结果表明,Se原子在O2/CaO(001)表面的稳定吸附构型主要有两种,即O-Se-O和O-O-Se基团,其中,O-O-Se基团的Se终端具有一定化学活性;Se在O2/CaO(001)表面向SeO2转化所需反应能垒小于均相条件下生成SeO2所需反应能垒,表明CaO不仅作为吸附剂,也能促进Se向SeO2的转化;SeO2分子在O2/CaO(001)表面发生化学吸附时,吸附基底的部分价电子转移至SeO2分子轨道中。

松木屑及其热解产物在熔融锡阳极固体氧化物燃料电池中的电化学特性

为了探究固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极熔融锡对生物质热解特性及电化学参数的影响,选择松木屑为研究对象,测试了松木屑及其热解气液产物在熔融锡阳极固体氧化物燃料电池(Sn-SOFC)中的电化学性能。结果表明:熔融锡使得松木屑热解气中H_(2)的体积分数提升约130.1%,而含碳气体(CO、CO_(2)、CH_(4))体积分数下降了40.4%;相比于传统Ni/YSZ阳极,松木屑及其热解焦在锡阳极阻抗提高可达45%,导致在锡阳极初始电流密度降低到0.243 A/cm^(2);对于松木屑气液产物,由于其在熔融锡中溶解度较低,导致SnO_(2)在阳极积累,放电电流密度衰减速度可达1.922×10^(-5)A/(cm^(2)·s),经扫描电子显微镜(SEM)及能量色散X射线谱(EDS)检测发现,积碳悬浮于熔融锡上层,因此避免了对阳极层的破坏。

O_2/CO_2气氛下水蒸气对煤粉燃烧砷释放特性的研究

为了研究水蒸气对O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧砷释放的影响,利用自制的恒温燃烧实验台在800～1 300℃内进行煤燃烧实验。实验结果表明:在O_2/CO_2气氛下,发现水蒸气的存在会促进砷的释放,随着燃烧温度的升高,水蒸气的促进作用逐渐减弱;燃烧气氛中水蒸气体积分数从0增加到30%,砷的释放比例呈现非线性增加,水蒸气体积分数在0～10%之间促进作用明显,在10～30%之间促进作用减弱;在O_2/CO_2/H_2O气氛下,CO_2体积分数小于29%时,增加CO_2会促进砷的释放,而CO_2体积分数超过29%时,再增加CO_2会抑制砷的释放。

水蒸气对煤焦低氧体积分数燃烧砷释放的影响

煤燃烧过程中痕量元素排放的研究已成为燃煤污染中的一个新兴前沿领域。特别是一些易挥发元素或化合物,它们排放进入大气,成为环境污染的一个重要来源。其中最易挥发的痕量元素砷引起人们的广泛关注。选取清水沟煤焦,利用自制的恒温燃烧实验台,研究了5%氧体积分数下煤焦在800,1 000和1200℃燃烧过程中水蒸气对砷释放的影响。通过改变不同停留时间,并进一步探究水蒸气在不同温度、不同粒径下对砷释放特性的影响,得出煤焦燃烧过程中砷释放比例随时间的变化曲线。实验结果表明:水蒸气对煤和煤焦中砷释放的影响是同步的,水蒸气主要是与焦炭发生气化反应促进了煤焦中砷释放进而影响了煤中砷释放;燃烧气氛中水蒸气对煤焦燃烧砷释放具有一定的促进作用,原因是低氧下水蒸气与煤焦发生了气化反应,提高了砷的释放速率并增加最终的释放比例,但促进作用随着水蒸气体积分数的增加逐渐减弱;不同温度下,水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进存在差异,1 000℃下水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进作用较800℃和1200℃下更明显;在同一条件(温度和气氛)下,煤焦粒径越小,砷的最终释放比例越大,且砷释放峰值对应的温度随着粒径的减小向低温区移动;气氛中含20%水蒸气时,煤焦燃烧砷释放的表观活化能和频率因子均大于气氛中不含水蒸气。

O_2/CO_2气氛下水蒸气对石灰石同时煅烧/硫化的影响

为进一步探讨富氧气氛下水分对硫化特性的影响,利用等温热重实验装置,进行了富氧燃烧石灰石同时煅烧/硫化实验,研究了水蒸气浓度、温度、石灰石粒径以及种类等对石灰石同时煅烧/硫化特性的影响。水蒸气提高了石灰石煅烧速率,石灰石完全分解时间缩短;在硫化反应动力学控制阶段水蒸气的影响不明显,而到扩散控制阶段促进作用变得显著。富氧气氛下水蒸气的影响随温度(实验范围)升高而突出,温度越高最终的钙转化率越高。粒径效应显著,随石灰石粒径的减小最终钙转化率明显提高。水蒸气对不同种类石灰石的同时煅烧/硫化特性影响趋势基本一致。