煤中不同形态硫对氮析出影响规律的试验研究
在我国各种能源资源中，煤炭资源最为丰富，从能源消费总量及构成看，煤炭所占的比例一直处于首位。我国一次能源以煤为主，从而导致了严重的煤烟型大气污染，其中以SO<,2>和NO<,x>为主。对于SO<,2>的析出机理和控制措施，人们已经进行了大量的研究工作，并已形成了一系列行之有效的解决方案。而NO<,x>生成过程相对复杂，对NO<,x>的控制方法主要是改变燃烧条件，即低NO<,x>燃烧技术。但是，煤粉燃烧是一个复杂的过程，各组分的生成过程既平行又交叉；其中包括含硫组分和含氮组分之间的相互作用。本文结合上述现状，选用几种具有代表性的煤种，在其热解过程中，对不同形态硫在氮析出的影响上进行了深入的系统研究。
本文采用NO作为氮析出最终产物的研究对象。含硫组分对氮析出的作用从影响的方式来看，可以分为两大类：一是直接影响；二是间接影响。具体包含以下四个方面：一是煤中硫在析出和氧化过程中对NO的影响；二是煤中硫燃烧后生成的最终产物对NO的影响；三是煤中硫在热转化过程中对NO前驱物造成的影响；四是SO<,2>对NO前驱物造成的影响。本文将从以上几个方面进行探讨。
首先，本文以煤系硫中的一种存在形态一单质硫为研究对象，选用北皂，莱城，聊城和峰峰几种具有代表性的实验煤种，向其中加入不同量的单质硫，观察NO生成量的变化。研究表明，单质硫对NO生成有一定的影响，主要体现在对NO前驱物NH<,i>的作用上，使其更多得转化为N<,2>；氮硫相互作用的反应主要发生在瓷舟尾部的局部富燃料区，在这里由于硫的直接作用及硫加入后对氧化性基团的消耗的影响使部分NO被还原为N<,2>。单质硫对NO的影响还和煤种有关，对于挥发分含量较高的低阶煤影响较小，而对于挥发分含量较低的高阶煤影响却比较明显。
其次，深入研究了黄铁矿对NO生成的影响，主要包含以下几个方面：一是黄铁矿去除后对NO生成的影响；二是黄铁矿加入后对NO生成的影响；三是黄铁矿去除后对黄台煤和阳泉煤挥发分氮和焦炭氮析出的影响；四是洗煤对NO生成的影响；五是贫氧工况下黄铁矿对半焦还原NO能力的影响。研究表明，黄台煤和阳泉煤经过HNO<,3>酸洗脱除黄铁矿后，NO的析出量明显降低，从而证明了煤粉中的黄铁矿对NO的生成具有一定的促进作用，并且这种促进作用对黄台煤的影响更为明显，表现为HNO<,3>酸洗后NO的减少率D<,No>(HT)>D<,No>(YQ)；通过向北皂煤和峰峰煤加入FeS后发现，FeS对低阶煤影响较为明显；黄台煤和阳泉煤脱除黄铁矿后焦炭NO转化率f<,char>均低于对应的脱灰煤；兖矿煤和新汶煤洗选脱除部分灰分和黄铁矿后，NO析出峰均有所滞后；通过对半焦还原NO的实验发现：煤系黄铁矿对黄台贫煤半焦和阳泉无烟煤半焦还原NO的能力都起到了明显的阻抑作用，这也是煤粉中的黄铁矿在一定程度上促进NO生成的主要原因。并且黄铁矿对黄台贫煤半焦还原NO的影响更为显著，由此而验证了HNO<,3>酸洗后NO减少率D<,No>(HT)>D<,No>(YQ)。
最后，研究了SO<,2>的加入对NO及其前驱物造成的影响，结果发现：在氧化性气氛下，NO的析出量随SO<,2>的加入量的增加而减少；在还原性气氛下，NO的析出量随SO<,2>的加入量的增加而增加。
NO;析出;形态硫;煤粉;热解
山东大学
硕士
热能工程
王永征
2006
中文
TQ125
59
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）