交变气氛、扩散-化学反应动力耦合作用对层燃煤焦-NO反应影响机制

The industry study has found that, in the same coal and parameters, the NOx emission of inclined reciprocating grate boiler is 22-28% lower than chain boiler. In coal grate-fired, section combustion and ash layer diffusion are two important factors, which directly affect the mechanism of layer burning char-NO and diffusion - chemical kinetics control relationship of coal combustion. In this program, pickling and deliming coal is made into cylindrical layer burning char by muffle furnace and molding machine; ash layer change is simulated by accumulation of quartz sand; large particles TGA reactor, porcelain boat and gas diffusion cells is also be used. Layer burning char-NO reactions mechanisms in different atmosphere and alternating atmosphere, the influence of external diffusion changes and mutations on diffusion-chemical kinetics control relationship in the combustion and gasification process of layer burning char, the effect of diffusion-chemical kinetics coupling control on char-NO reaction mechanism, the establishment of unsteady grate-fired char and NO generated model are studied in this topic. This program provides the theoretical and experiment foundation for exploring an effective method of low NOx combustion which can suppress NOx emissions within the coal seam. Guidance and the basis will be offered for the exploitation of new low NOx emission layer burning boiler or the low NOx alteration for large coal-fired boilers.

工业试验发现，同煤种、同参数的倾斜往复炉排锅炉比链条炉排锅炉NOx排放浓度低22-28%。区段燃烧和灰层扩散是煤层燃过程的两个特征要素，直接影响层燃煤焦-NO之间的反应机理和煤焦燃烧的扩散-化学反应动力控制关系。本项目利用马弗炉和模压机将酸洗脱灰煤制备成圆柱型单颗粒层燃煤焦，采用石英砂堆积构建灰层变化条件，利用大颗粒热重反应器、瓷舟、气体扩散池等，研究不同气氛及交变气氛下层燃煤焦-NO反应影响机制；获得边界气体通量及组分变化时NO分区域生成与变化规律；探索外扩散变化、突变对层燃煤焦燃烧过程的扩散-化学反应动力控制关系影响规律，研究扩散-化学反应动力控制耦合作用对煤焦-NO反应影响机制；分区段建立非稳态层燃煤焦燃烧与NO生成模型。本项目可为开发抑制煤层内的NOx排放技术提供基础理论，为新型低NOx排放层燃锅炉开发或现有大型燃煤锅炉降低NOx排放改造提供基础和指导。

利用小尺度单元体炉试验系统，以神华烟煤热解焦炭为研究对象，通过调整焦炭/O2比，再现了层燃过程中典型的氧化-还原分层现象。随着焦炭/O2比的增加和反应温度的升高，焦炭还原层比重增加，焦炭N转化率下降，NO释放量减少。气化反应提高了焦炭的石墨化程度，焦炭N转化率随着气化处理时间的延长而增加。随着气化处理时间的延长，焦炭着火提前，燃烧过程缓慢且更加分散，长时间的CO2气化处理不利于焦炭的稳定燃烧。. 通过一维燃烧试验方法考察了两种高灰焦炭（内蒙古高挥发分烟煤和朔州烟煤）燃烧过程中灰层生长的影响，获得了灰层剥落后焦炭燃烧反应条件的变化趋势。研究了这两种焦炭在不同反应条件下焦炭N转化率的变化情况。研究发现，温度和O2浓度对两种焦炭的焦炭N转化率的影响并不一致，而环境中额外的NO对焦炭N转化率有着非常明显的降低效果。. 将工业锅炉尾部烟道排出的焦炭颗粒收集并回送到燃烧室内，可以降低NO排放和不完全燃烧损失，而尿素渗氮处理可以强化这部分焦炭还原NO的能力。通过改变尿素担载量和高温处理时间，对神华烟煤热解焦炭进行不同程度的渗氮处理，研究了其在不同反应条件下对NO的还原能力。结果表明，渗氮处理可以提高焦炭N的含量，同时也会堵塞焦炭孔隙。在惰性气氛下，所有渗氮焦炭的NO还原率均高于原焦，不过尿素担载量和高温处理时间均存在一个最优值。CO可以有效促进焦炭对NO的还原；虽然整体还原效果更好，但渗氮焦炭对CO的敏感程度要低于原焦。氧气的存在不利于渗氮焦炭对NO的还原，这是因为渗氮焦炭的N含量更高，氧化释放的NO也就越多，抵消了对环境中NO的还原。. 课题研究可为开发抑制煤层内的NOx排放技术提供基础理论，为新型低NOx排放层燃锅炉开发或现有大型燃煤锅炉降低NOx排放改造提供基础和指导。