高温下烟气成分对NO-焦炭反应动力学的影响和竞争机制

煤的燃烧过程中，NO和焦炭之间的反应对污染物NO的生成和还原起着非常重要作用。所以，对真实煤粉燃烧条件下NO-焦炭的反应动力学进行研究是非常必要的。本项目利用高温携带流反应模拟器来制取真实煤粉燃烧条件下煤焦，并研究真实条件下煤焦的孔隙结构特征；在高温沉降炉中研究各种烟气成分(CO、O2、H2O、SO2等)对NO-焦炭反应的影响规律，同时利用X射线光电子能谱等方法分析焦炭表面官能团结构从而获得各烟气成分影响反应的竞争机制，了解各烟气成分对反应影响的机理；在高温沉降炉中研究不同温度、不同煤粉燃烧工况产生的气氛对NO-焦炭反应动力学的影响规律，以焦炭的孔隙结构特征和多组分气体的反应竞争机制为基础，根据气固反应动力学以及多孔扩散的相关理论，建立典型煤粉燃烧条件下NO-焦炭反应的宏观动力学模型。本项目可以为正确预测实际煤粉锅炉NOx排放、采用低NOx燃烧技术有效控制NOx排放提供理论指导。

目前，我国电站燃煤锅炉排放的NOx对环境的污染日益严峻，正确预测煤粉燃烧过程中NOx的生成和还原对NOx的治理和控制具有重要的意义。由于NO-焦炭反应在NOx生成的过程中发挥着重要作用，加之目前国内外对于NO-焦炭反应机理的认识尚不统一，得到动力学参数的差别也较大，所以对高温条件下NO-焦炭的反应动力学的研究具有重要意义。.本项目首先研究在高温还原性条件下煤焦的孔隙结构特征以及变化规律。实验采用了五种煤种的煤焦，而煤焦的制备是在SHEFR中进行的。实验采用了压汞仪和自动吸附仪等仪器来测量煤焦的孔隙结构，研究了在高温还原性气氛中不同煤种的煤焦的孔隙结构参数和孔径分布特征，并发现不同煤种的煤焦结构参数有很大差异，低阶煤种的煤焦具有较大的比表面积、孔容积及孔隙率，从而具有较强的反应性。同时，实验还研究了煤焦的孔隙结构在高温还原性气氛中随停留时间和温度的变化规律，并发现在高温还原性条件下，煤焦具有相似的吸附等温线；焦炭和CO2、H2O的气化反应对煤焦颗粒的结构和形态具有重要影响；煤焦的比表面积变化主要取决于微孔。.本项目接着设计搭建了高温沉降炉（HDTF），然后利用高温沉降炉（HDTF），配比不同种类和浓度的烟气成分，研究了CO、O2、CO2、SO2、H2O在不同温度下对NO-焦炭反应的影响规律，获得了不同浓度的CO、O2、CO2、SO2、H2O对焦炭还原NO的影响规律，并对其中的原因进行了简单的讨论.本项目最后在搭建的高温沉降炉上配比了两种不同种类烟气成分，研究了不同氧浓度配比，不同CO2浓度配比情况下烟气成分对NO-焦炭还原的影响，结果表明氧气的加入使得焦炭-NO还原率有不同程度的降低。