煤粉在O_2/CO_2气氛下NOx生成与排放的中试研究

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。进行了中试规模O2/CO2循环燃烧台架的实验工作,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。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地减少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。

煤在O_2/CO_2中燃烧的NO_x释放规律

利用一维沉降炉,对3种煤在O2/CO2和空气两种气氛下燃烧NOx析出特性进行了比较,分析了炉膛温度、过量空气系数对NOx生成量的影响,并对O2/CO2气氛下NOx的生成和破坏机理进行了分析.研究发现两种气氛下NOx都有一个峰值出现,挥发分含量高的煤种峰值靠前,挥发分含量低的煤种峰值靠后,O2/CO2条件下,峰值出现较空气条件下提前且有所下降;空气条件下NOx的生成量随温度提高较快地增加,而O2/CO2气氛中NOx的生成量随温度变化比较缓慢;在两种气氛下NOx的峰值均随过量空气系数的增加而增加,高挥发分煤在O2/CO2气氛下NOx峰值低于空气条件下峰值,而低挥发分煤则受影响较小.

CO_2稀释对合成气扩散火焰中氮氧化物生成排放特性的影响

为揭示合成气燃烧过程中氮氧化物的生成机理和抑制措施,利用详细化学反应机理动力学模型研究了CO2稀释对合成气对冲扩散火焰中氮氧化物生成的影响,结果表明:随着合成气成分的变化及稀释剂CO2的添加,扩散火焰结构及不同NO生成机理对总NOx排放的贡献发生显著变化;低火焰拉伸率下主要表现为热力型NO,但在高火焰拉伸率下,因CH4存在,使总NO生成高于不含CH4的合成气;随CO2稀释剂的添加,NOx的排放指数EINOx呈单调下降趋势,并且稀释空气的效果优于稀释燃料的效果.

煤焦O_2/CO_2燃烧方式下NO_x生成与异相还原特性

在微型流化床反应器上,对几种典型煤焦在O2/CO2燃烧方式下不同燃烧气氛、氧气体积分数、初始循环NOx体积分数对NOx生成的影响以及煤焦/NO的异相还原进行了实验研究.实验结果表明,同一种气氛下CO2焦的N转化率大于N2气氛焦转化率;氧气体积分数提高对煤焦还原NOx既有促进也有抑制作用;初始NOx体积分数的提高对NOx还原量、还原速率均有提高.

O_2/CO_2气氛下O_2,CO对NO排放特性影响的实验研究

在气体煤粉携带炉试验系统上,对O2/CO2气氛和空气气氛下煤粉燃烧的NO排放特性进行了研究.实验结果显示,O2/CO2气氛下,烟气中NO沿程和最终浓度比常规煤粉燃烧低1/4～1/3,当O2浓度从21%增加到30%时,NO的最终排放浓度增加到原来的2倍.从理论上对O2/CO2气氛下NOx的生成和破坏机理进行了探讨,分析了O2,CO的浓度对NOx排放特性的影响规律.

O_2/CO_2气氛下燃煤过程中NO_x排放特性实验研究

利用沉降炉在O2/CO2和O2/N2气氛下对煤粉燃烧过程中NOx排放特性进行实验,研究了不同停留时间、燃料/氧化学当量比、温度等因素对燃煤过程中NOx的排放特性的影响,并对2种燃烧方式下NOx的排放特性进行对比.结果表明:在O2/CO2气氛下NOx的生成量远远低于空气气氛下NOx的生成量,其主要原因是在O2/CO2气氛中高CO2质量浓度导致气氛中生成较高含量的CO,从而在未燃烧碳表面发生NO/CO/Char的反应,促进了NO还原为N2;O2/CO2气氛中没有N2,避免了热力型NOx和快速型NOx的生成;约80%的再循环烟气致使NOx的停留时间大为增加,即延长了NOx的还原反应时间,从而降低了NOx的排放.

O_2/CO_2气氛下煤焦恒温燃烧NO_x释放特性

利用恒温热重-燃烧污染物在线测量系统,研究了O_2/CO_2气氛下,温度与反应气氛等对煤焦燃烧过程中NO与NO_2释放规律的影响。结果表明:温度升高能显著缩短NO_x析出时间,提高NO释放速度,降低NO_2释放总量,并通过反应动力学参数的变化对该现象进行了解释;提高氧气浓度会导致NO瞬时释放量增加,同时有利于NO向NO_2的氧化反应;水蒸气的存在造成CO_2与H_2O发生协同气化作用,导致煤焦燃烧过程因素更加复杂,一定浓度范围的水蒸气有助于促进NO与NO_2的释放;空气气氛下NO瞬时释放量明显高于富氧气氛下,但NO_2释放特性差别不大。

O_2/N_2、O_2/CO_2和O_2/CO_2/NO气氛下煤粉燃烧NO_x排放特性

利用滴管炉研究了O2/N2、O2/CO2和O2/CO2/NO气氛下煤燃烧过程中NOx的排放特性。实验结果表明,在O2/N2和O2/CO2气氛下,高温或高O2浓度均使NO排放量增加。O2/CO2气氛下NO排放量比O2/N2气氛下NO排放量低大约30%-40%。在O2/CO2/NO气氛下,温度不同时,O2浓度变化对NO排放量的影响规律不同,对循环NO降解的影响规律也不同。高温不利于循环NO降解。随停留时间的延长NO排放量出现两个峰值。

O_2/CO_2循环燃烧中NO_x的中试实验研究

O_2/CO_2循环燃烧技术不仅便于回收烟气中CO_2,还能大幅度减少SO_2和NO_x排放。在国内第一台中试规模O_2/CO_2循环燃烧台架上,对炉膛内部不同燃烧区域和尾部烟气的NO_x排放进行研究。结果表明,本实验台架燃烧一段是NO_x排放的重点提升区,Air气氛下NO_x浓度上升了109.7%,在O_2/CO_2和O_2/RFG气氛下NO_x浓度没有明显增加,分别上升23.2%和21.6%,燃烧二段NO_x浓度基本没发生变化。尾部烟气中,与Air工况相比,O_2/CO_2循环燃烧工况下脱硝率为83.41%,另外喷钙对NO_x的脱除也有不同程度的提升。

流化床O_2/CO_2燃烧技术和化学链燃烧技术

O2/CO2燃烧技术不仅能使分离收集CO2和处理SO2容易进行,还能减少NOx排放,是一种能够综合控制燃煤污染物排放的新型洁净燃烧技术。流化床O2/CO2燃烧技术将流化床和O2/CO2燃烧技术的优点结合起来,有可能取得更好的效果。化学链燃烧技术打破了自古以来的火焰燃烧概念,开拓了根除燃料型NOx生成、控制热力型NOx产生与回收CO2的新途径,是解决能源与环境问题的创新性突破口。介绍了流化床O2/CO2燃烧技术和流化床化学链燃烧技术的原理和研究现状,比较了它们之间的差别,展望了发展前景。

天然气掺混CO_2高压燃烧特性数值模拟

针对气体燃料掺混惰性气体燃烧研究的热点问题,本文采用流体力学Fluent计算软件,对天然气掺混CO_2高压燃烧的特性进行了数值研究。分别在0.1、1.0、2.0、4.0 MPa压力下,以0.0、0.2、0.4、0.6共4种掺混率的天然气与CO_2混合物进行高压燃烧,对燃烧后的温度场高温区域和污染物NO_x的排放规律进行数值模拟。结果表明:在相同压力下,天然气掺混CO_2燃烧1 500 K高温区段长度随掺混率的增加逐渐减小;在相同CO_2掺混率下,1 500 K高温区段长度和最大宽度随着压力的升高而增大;在相同掺混率下,燃烧产生的NO_x量随着压力的增大而增大;相同压力下,燃烧产生的NO_x量随着掺混率的增大先减小后增大,且压力越大产生NO_x量的变化幅度也越大。

CO_2浓度和排气温度对LNT吸附路径的影响

为了研究稀燃汽油机在150~400℃范围内排气中CO_2浓度和温度对吸附路径的影响,改写了稀燃NO_x捕集器(LNT)相关的气相、表面相和热力学文件,运用Chemkin软件建立了包含硝酸盐和亚硝酸盐两种吸附路径的LNT模型。研究结果表明:CO_2对两种吸附路径均有影响,对亚硝酸盐路径的抑制作用强于对硝酸盐路径的影响,但随CO_2浓度增加,抑制作用逐渐减弱;排气温度比CO_2浓度对两种路径有更显著的影响;在150~200℃低温区,NO的氧化和亚硝酸盐的进一步转化均受阻,故亚硝酸盐路径主导;在高温区300℃和400℃时,两种路径占有率相似。

水蒸气和CO_2对等离子体—催化还原NO_x的影响

等离子体协助选择性催化还原(PF-SCR)可以促进富氧环境下NOx的有效脱除。为研究实际尾气中含有的水蒸气和CO2对PF-SCR脱除NOx系统的影响,以C2H4作为还原剂,Ag/γ-Al2O3为催化剂,考察了3种(N2/O2/NOx/C2H4,N2/O2/NOx/C2H4/H2O(气)和N2/O2/NOx/C2H4/H2O(气)/CO2)配气条件下PF-SCR脱除NOx效果的变化。试验结果表明,较低水蒸气含量(φ(H2O)=1%)对PF-SCR还原NOx具有明显的抑制作用,其原因除了Ag/γ-Al2O3的抗湿性能较差外,水蒸气对等离子体反应器中C2H4和NO氧化的抑制以及由此导致的活性中间产物生成抑制也是一个重要因素。另一方面,水蒸气的存在也抑制了PF-SCR过程中副产物CO的大量生成,这可能是由于PF-SCR对C2H4的氧化减弱以及等离子体氧化生成的中间产物减少造成的。有水蒸气存在时,体系中的CO对PF-SCR还原NO影响不大。

O_2/CO_2燃烧技术研究进展2:污染物排放特性与经济性分析

O2/CO2燃烧技术不仅能实现CO2的大规模捕集,而且能大幅度降低NOx排放,并使SO2处理更加容易,是一种接近零排放的洁净煤燃烧技术。介绍了O2/CO2燃烧技术在SOx和NOx排放特性、颗粒物和痕量元素排放特性以及经济性分析等方面的研究现状及存在问题,总结了该技术尚待进一步解决的问题以及今后的研究方向。

O_2/CO_2燃烧方式下煤焦-NO反应特性研究

利用固定床反应器装置对李家塔烟煤和锦界烟煤在高浓度CO2气氛下煤焦异相还原NO的反应特性进行了实验研究,考察了反应气氛、制焦气氛、升温速率、煤粉粒径、煤焦中矿物质对煤焦异相还原NO的影响规律。结果表明:反应气氛中高浓度CO2的存在不利于煤焦还原NO;相较N2气氛,高浓度CO2气氛下,反应过程中生成了大量CO,但其并未对NO还原起促进作用;制焦气氛主要影响煤焦的含碳量,而对煤焦反应性的影响较小;升温速率对煤焦还原NO能力的影响较小;煤粉粒径越小其煤焦还原NO能力越强;煤焦中矿物质对煤焦还原NO能力的影响不尽相同,取决于煤焦中矿物质的具体组分。

中国电网线损率降低引起的CO_2、SO_2、NO_x减排量计算

在1953年-2013年全国供电量、火电份额、电网线损率、火电发电量、供电煤耗以及国内158种动力煤元素分析和收到基低位发热量数据的基础上,计算了CO_2、SO_2、NO_x排放系数平均值和全国电网线损率下降引起的CO_2、SO_2、NO_x的减排量。计算结果表明:对于国内动力煤,1.0 kg标准煤的CO_2、SO_2、NO_x的平均排放系数分别是2.934kg/kg,28 171 mg/kg,4 420 mg/kg;1953年-2013年全国电网线损率降低减少CO_2排放量为3530万t,减少SO_2排放量为33.9万t,减少NO_x排放量为5.32万t。1996年后的CO_2,SO_2,NO_x减排量超过总减排量的91%。

汽油机掺烧CO_2对NO_x排放影响的实验研究

本文进行EGR的基础研究,单纯从CO2的加入入手,主要以进气掺烧CO2减排汽油机NOx的特性为研究对象,在HODNA G200单缸四冲程发动机上进行系列实验。并通过理论和实验分析了进气掺烧不同流量CO2对NOx、HC、CO和CO2的排放以及燃烧过程的影响。研究结果表明,汽油机进气掺烧适量CO2减排NOx效果明显,对HC排放影响不大,CO排放略有增加,发动机输出功率有所下降。

O_2/CO_2混合富氧燃烧技术探讨

分离处置化石燃料燃烧产生CO2的技术被认为是近期内减缓CO2排放的较为可行的措施。在众多CO2分离回收技术中,O2/CO2混合富氧燃烧技术具有明显的优势和较强的应用前景。它不仅可以使CO2的回收和利用容易进行,还可以有效减少NOx和SO2的排放,同时能提高锅炉效率,是一项高效节能的燃烧方式。对O2/CO2混合富氧燃烧技术进行探讨,分析了O2/CO2混合富氧燃烧技术节能与减排的原理及特点,重点阐述了O2/CO2气氛下煤粉燃烧及各种污染物的排放特性,指出了目前研究的不足之处和存在的问题。

氧化吸收法同步脱除燃烧烟气中SO2,NOx和CO2的化学热力学及其评价

湿化学法同步脱除烟气中气态污染物是燃烧源大气污染控制的重要方法之一,为探究采用不同氧化吸收策略同时脱除燃烧烟气中SO2,NOx和CO2的可行性,基于化学热力学原理,分析了9种联合氧化吸收策略的性能,具体的氧化吸收策略包括:H2O2-NH3·H2O,H2O2-MDEA,H2O2-NaOH,O3-NH3·H2O,O3-MDEA,O3-NaOH,NaClO2-NH3·H2O,NaClO2-MDEA和NaClO2-NaOH,并提出新的动态加权法对其性能进行综合评价。结果表明:上述所有策略均具有SO2,NOx和CO2捕获的可行性。O3-NaOH,NaClO2-MDEA和NaOH做吸收剂的氧化吸收溶液分别对单一脱硫、脱硝和脱碳效果最好。当综合考虑同步脱除SO2,NOx和CO2时,NaClO2-MDEA优于其他策略,其结果可为燃烧烟气中的气体污染物的联合脱除提供参考。

O_2/CO_2气氛下煤与生物质混燃NO_x的排放特性

在滴管炉上研究不同煤种(褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤)与生物质(稻壳)混燃NO_x的排放特性,分析不同燃烧气氛、生物质掺混比例和氧气体积分数对混燃NO_x排放特性的影响.结果表明:在20%O_2/80%N_2气氛下,不同煤种和生物质混燃时,NO_x沿程分布均呈现出先增大后减小的变化趋势,烟煤/稻壳的NO_x排放量最高;在氧气体积分数为20%条件下,O_2/CO_2气氛比O_2/N_2气氛下NO_x的排放量降低;在30%O_2/70%CO_2气氛下,随着混燃中生物质掺混比例的增加,不同煤种NO_x的排放量逐渐降低,褐煤的NO_x排放量下降最显著,由130.029mg/m^3下降到49.674mg/m^3;在O_2/CO_2气氛下,随着氧气体积分数的升高,NO_x排放量增加.氧气体积分数由20%升高到30%,烟煤单燃时NO_x排放的增加量较小,生物质和烟煤混燃时NO_x排放的增加量较大.