高温燃烧技术中NOx排放控制研究_图文

1、 高温燃烧技术中NOx排放控制研究作者:李建雄, 张清叶, Li Jianxiong, Zhang Qingye作者单位:李建雄,Li Jianxiong(重庆大学动力工程学院;河南机电高等专科学校, 张清叶,Zhang Qingye(河南机电高等专科学校刊名: 冶金能源英文刊名:ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY年,卷(期:2009,28(2被引用次数:0次参考文献(7条1.郑伟;朱尚龙;朱彤高温空气烧嘴参数对NOx排放影响的试验研究期刊论文-动力工程 2007(022.王皆腾;祁海鹰;李宇红射流对高温空气燃烧过程中NOx生成的影响期刊论文-热能动力工程 20

2、02(113.丁尚辉;李顺;于宏空气射流夹角对蓄热式加热炉内NOx生成的影响期刊论文-冶金能源 2006(054.苍大强;关运泽;毛一心高温空气燃烧技术的超低NOx研究期刊论文-燃烧科学与技术 2003(025.朱彤;饶文涛;刘敏飞低NOx高温空气燃烧技术期刊论文-热能动力工程 2001(056.饶文涛;朱彤高温空气燃烧NOx生成规律研究期刊论文-工业炉 2003(047.钟水库;马宪国;郑国耀高温贫氧燃烧过程中NOx排放的特点期刊论文-动力工程 2003(04相似文献(10条1.学位论文张爱军自蔓延高温燃烧合成TiC/Ti-Al基复合材料的研究2001该文采用自蔓延高温燃烧合成结合准热等静压

3、(SHS/PHIP技术制备了TiC/Ti-Al基复合材料.采用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析和差热分析实验方法和手段对材料的热力学、动力学过程,微观组织及力学和物理性能进行了深入的研究.2.学位论文刘雪锋煤中氟的迁徙演化行为及含硫大分子结构的研究2009煤炭是我国主要能源资源,大量煤炭的消耗对环境造成了严重的污染,煤中氟和硫的排放已对人类健康造成了巨大的危害,日益受到人们的重视。本文以贵州省高氟、高硫、高灰煤为重点研究对象,系统的研究了贵州煤中氟的含量、赋存形态、燃烧过程中氟化物的释放特征、迁移转化规律、贵州煤的洗选特性以及贵州煤中氟的可脱除性。通过贵州煤的X射线光电子能谱、红外光谱、核磁共振

4、谱获取贵州煤中含硫大分子结构参数,建立了贵州煤的含硫大分子模型,应用分子力学、分子动力学对模型进行了优化计算,得到了较好表征煤的含硫大分子模型。搭建了高温燃烧水解台架,采用高温燃烧水解-离子色谱法对煤中的氟进行测定。探讨了测量过程中的影响因素,对该方法的测量精度进行了评价,并与离子选择电极法进行了比较,对所测定的贵州煤样中的氟含量进行了分析。结果表明高温燃烧水解-离子色谱法测定煤中氟的含量具有快速、灵敏、方便、准确、无干扰等优点,结果准确,实用性强,为测量煤及其他复杂矿物质中氟含量的一种有效方法;离子色谱法与离子选择电极法相比,稳定性好、所受干扰小、更加方便快捷;贵州煤中氟的平均含量为715.

5、20 mg/kg,远高于我国煤平均氟含量和世界平均值。贵州煤大部分为高氟煤,在直接燃用的情况下,势必对环境及人类本身造成极大的危害。分析了贵州煤中氟与煤化程度、硫、氯、碱金属元素的关联性、煤中氟与磷及其他痕量元素的关系,进行了低温灰化实验,从煤中氟与相关矿物的亲和特性等角度研究了贵州煤中氟的赋存形态。结果表明贵州煤中的氟含量与煤化程度无关;贵州煤中携氟矿物的种类及含量决定了煤中氟的含量;贵州煤中氟的含量与有机硫的含量正相关,说明成煤环境和后期成岩作用也是决定煤中氟含量及其赋存形态的主要原因;贵州煤中磷的含量随氟含量的增加而增加,表明氟磷灰石类矿物质可能是贵州煤中氟的主要赋存形式之一;煤中氟含量

6、与碱金属总量具有很好的相关性,表明煤样中存在碱金属氟化物,而且其存在的量所占比例可能相当高;贵州煤样的低温灰化试验也表明,贵州煤中的氟的赋存形态主要是无机态。运用热重分析仪、便携式红外气体分析仪对贵州煤的燃烧反应特性及燃烧过程中氟的释放规律进行了研究,计算了贵州煤样的反应动力学参数,并对贵州煤中氟的释放过程进行了分析;建立了煤燃烧过程中氟释放的反应动力学模型,通过煤中氟释放的等温试验,计算了贵州煤中氟释放的反应活化能。氧气气氛下低温段的活化能均显著低于高温段的活化能;煤燃烧时氟的释放共分三个区段,150200是水分中游离氟和吸附氟的析出区段,在600950区段,含氟矿物参与煤的燃烧反应使氟大量

7、释放,1100以后,煤中含氟矿物在高温条件下发生热解。煤燃烧过程中氟释放过程可用一级反应动力学模型来描述,反应活化能E和频率因子A依赖于煤中氟的赋存形态和氟化物的热稳定性;研究结果对于分析、理解不同方式下氟化物析出特性,正确进行氟化物污染评价及采取合理、有效措施进行氟化物污染控制等都有相当重要的指导意义。对贵州煤中氟的可脱除性进行了探讨,进行了洗选实验,系统阐明了贵州煤中氟在洗选过程中的迁移规律及亲和特性,揭示了贵州11个煤样的可选性和煤中氟的可脱除性规律。结果显示只有当贵州煤中氟和灰分的含量都不是很高时才能够通过洗选有效脱除煤中的氟。最后对贵州煤样分别进行了XPS,FTIR,NMR分析测试,

8、得到相关图谱,并通过对图谱的分峰拟合定量分析了煤结构中的各种含硫官能团、含氧官能团和脂肪族芳香族结构的相对含量,求出了构造贵州煤ZY-TG含硫大分子结构模型的的各个有关结构参数;基于Shinn化学结构模型的特点和思想,结合分析计算所得的相关结构参数建立了贵州煤ZY-TG含硫大分子结构模型,并基于分子力学和分子动力学对模型进行了优化计算,得到了较好表征煤的含硫大分子模型。全文较系统的研究了贵州煤中氟的含量、赋存形态、燃烧迁移转化规律及贵州煤的可选性和贵州煤中氟的可脱除性,通过实验获取相关参数,建立了煤的含硫大分子模型,为贵州煤的合理利用及污染物的脱除控制奠定了基础。3.学位论文孙俊内燃机燃烧模拟

9、理论与应用研究2008要在越来越高的燃油经济性指标和严格的排放法规的限制下,设计出性能优越,具有市场竞争力的内燃机,成为世界各国的内燃机专家和设计师们面临的一个严峻的挑战,研究内燃机控制排放和提高经济性能的技术,第一步就是要了解内燃机燃烧过程。本文就是利用计算机仿真技术对内燃机燃烧过程进行研究,对柴油机使用可变组分空气的燃烧特性和双燃料发动机复合燃烧特性进行了数值仿真实验和台架实验研究,主要内容如下:总结了内燃机燃烧计算机仿真的一般过程,然后依照此过程对内燃机燃烧过程进行计算机仿真研究。总结了包括基本控制方程和状态方程、湍流流动模型、燃油喷雾模型、湍流燃烧模型、燃烧化学动力学模型、排放模型、缸

10、内传热模型和初始条件和边界条件等在内的较为完整的内燃机缸内过程的三维数学模型的研究成果,上述控制方程和子模型完整地构成了内燃机燃烧过程的数学模型,是内燃机燃烧模拟的理论基础。论述了内燃机燃烧过程各数学模型的数值求解方法,在消化、吸收和借鉴KIVA程序的基础上,编制了一个完整的包括内燃机缸内过程基本数学模型计算建立了仿真平台。 建立了柴油机使用可变组分空气的燃烧模型，该模型主要包括：设计了一个能够自动判断发火网格单元的标准，能够自动寻找发火单元；采用特征 时间模型模拟燃烧过程，其中化学动力学模型采用Westbrock CK等人提出的四步反应机理模拟燃料的氧化(燃烧替代原来的一步反应机理；采用扩充

11、的 Zeldovich机理模拟NO的形成； 设计了利用分子筛制取高压富氮空气(NEA的装置，对空气组份发生变化对柴油机NO排放的影响进行了实验和仿真计算，验证了柴油机NO排放生成机 理，认为NO的生成量主要受高温、富氧和高温持续时间等条件的综合作用；在柴油机中高负荷，利用NEA技术对降低柴油机NO排放是有效的，而且NEA中 N2的浓度不需要太高，同时，发动机经济性和动力性有所下降，CO及PM排放有所增加，须根据发动机的工况，优化NEA浓度，才有可能取得更好的排放和 经济性效果。 建立了双燃料发动机复合燃烧模型，将双燃料发动机的燃烧过程分为三个阶段：低温着火化学动力学反应期、向高温燃烧期过渡期和

12、高温燃烧期 ，分别采用修正的Shell着火模型、采用Arrehenius形式的平均反应速率方法和基于涡团耗散概念模型的特征时间混合模型来模拟，模型预测的示功图和 实验值吻合良好。 对柴油/LPG双燃料发动机的燃烧机理、燃烧过程、着火特性及影响因素、粗暴现象发生机理及影响因素、排放特性和经济性等方面进行了仿真计算 和实验研究，获得一些有意义的结论。 整个计算机仿真研究表明，运用计算机仿真技术，对内燃机燃烧过程进行仿真研究，对了解内燃机燃用代用燃料和采用新型燃烧模式的燃烧机理和 燃烧规律，从而实现对各种燃烧现象进行分析和预测是有效的。 4.期刊论文 王正华.周昊.翁安心.池作和.蒋啸.岑可法 不同

13、煤种高温燃烧时NOx和SO2生成影响因素的实验 -锅炉 技术2003,34(3 在一维沉降炉上进行了在煤粉高温燃烧时NOx和SO2生成影响因素的实验研究,系统考察了煤粉高温燃烧时NOx和SO2生成的影响因素.试验表明,SO2和 NOx生成与炉内温度,煤粉细度,给粉量,煤种,二次风温,一、二次风比值及过量空气系数等有密切关系.通过SO2和NOx生成规律的研究,对煤粉炉的优化运 行有一定的指导意义. 5.学位论文 宋鹏 微生物发酵降低卷烟烟气中有害成分及提高卷烟质量的研究 2008 烟草制品是一类特殊的消费品，吸烟者主要是通过吸食烟草燃烧产生的烟气来获得生理和心理上的满足。烟草经高温燃烧释放的烟气

14、中含有大量的 有害物质，其中主要的致癌成分包括稠环芳烃、烟草特有氮亚硝胺、气相自由基、一氧化碳等。大量研究证明，这些有害成分主要是由烟草中大分子物 质如蛋白质、碳水化合物在高温燃烧过程中转化产生，这些大分子物质不但产生有害成分，而且对卷烟品质有很大的影响。 本研究根据烟叶本身化学组成成份的特点，从烟叶和卷烟中分离筛选能够有效降解烟草中的纤维素、蛋白质、果胶、淀粉等大分子物质的微生物 ，以合适的比例组合施加到烟草中，在微生物及其酶的降解转化作用下，烟草中蛋白质、碳水化合物等能够形成烟气中有害成分的大分子物质被分解转 化，形成各类有利于提高烟草品质的小分子物质，从而促进烟草化学成份及物理性能的改变

15、，达到大幅度降低卷烟烟气中的有害成分，改善烟叶的内在 品质，提高卷烟品质的目的。 从11种不同品牌卷烟中分离得到24株细菌，进行个体形态、菌落形态和16S rDNA的鉴定。结果表明：24株细菌为芽孢杆菌属(Bacillus和假单胞菌 属(Pseudomonas下的6个种，芽孢杆菌属细菌为优势菌株。6个种分别为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis、巨大芽孢杆菌(.Bacillus megaterium、 胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus、蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagllans和荧光假单胞菌 (.Pse

16、udomonas.fluorescens。 从已陈化的烟片中分离得到34株细菌。将以上58株细菌进行纤维素酶、蛋白酶、果胶酶和淀粉酶微生物的筛选，经过初筛复筛得到复合酶活高且有 较强硝酸盐亚硝酸盐还原能力的细菌3株-QLB6、SHB1和YTB4，其中QLB6纤维素酶活力为309.54U/mL、SHB1蛋白酶活力为532.93 U/mL和YTB4果胶酶活力为 341.23 U/mL，同时三株细菌也具有较强其它酶活力。对这3个菌株进行个体形态、菌落形态和16S rDNA的鉴定，结果表明：菌株QLB6、SHB1为芽孢杆菌 属(Bacillus的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis，YTB

17、4为地衣芽孢杆菌(Bacillus为了提高菌株的产酶能力，利用He-Ne激光对菌株OLB6、SHB1和 YTB4进行诱变，以期获得更高酶活、传代稳定的正突变株。经过诱变、酶活筛选和硝酸盐亚硝酸盐还原试验，从30株正突变株中得到3株细菌，分别为菌 株QLB6F、SHBlD和YTB4A，纤维素酶、蛋白酶、果胶酶酶活与亲本相比分别提高了2.1、1.2和1.4倍。进行lO代遗传稳定性试验，试验证明它们具有良好 的遗传稳定性。同时微生物相互拮抗试验证明三者之间不存在拮抗作用，可以进行混合发酵。 对菌株QLB6F、SHBlD和YTB4A分别进行混合发酵培养基及工艺条件的优化，使用4因素3水平正交试验确定碳

18、源、氮源、pH和培养时间，并在正交试验 结果的基础上对起始pH和培养时间进行单因子校正试验，得到的最佳培养基为：1.5玉米粉作为碳源，1.0黄豆粉作为氮源，pH 7.0，培养时间24h。 通过菌种复配试验，得到最优的菌种组合，比例为2：1:2，培养24h后菌数达到13.8×lOSCHU/mL，发酵液纤维素酶活力、蛋白酶活力、果胶酶活力和淀 粉酶活力分别达到1486.71U/mL、797.31U/mL、643.25U/ml，、56.55U/mL。 以高复合酶活菌株混合培养对烟草进行发酵试验，结果表明：发酵液中的酶以及活菌体能有效在短时间内降低纤维素、蛋白质、果胶及淀粉大分子 物质，研究

19、其中的微生物数量变化规律，对酶以及混合培养物的使用进行指导：通过正交试验，确定烟草发酵试验最佳工艺；通过评吸试验，发酵液处 理过的烟丝刺激性和杂气明显降低。同时改进发酵工艺，以2.5的高酶活菌株发酵液添加0.2的产香酵母(Saccharomyces cerevisiae B181发酵产物 ，施加至烟丝中，30培养24h，对纤维素、蛋白质、果胶和淀粉的降解率分别为5.6、1.2、2.3和3.1，香气质和香气量都明显提高，余味十足 ；10kg烟丝的中试结果表明用混合发酵液处理烟丝，能大幅度全面降低卷烟烟气中自由基、苯并a芘等稠环芳烃以及NNK等氮亚硝胺，试验效果显著。 6.学位论文 陈海林 SCR

20、烟气脱硝系统流场与浓度场的数值模拟及实验研究 2008 氮氧化物（NOx）是热力发电及其它涉及高温燃烧行业生产过程排放出的一种气态污染物，因而得到广泛地关注和研究。在工程上，通常将能够抑制 、预防NOx生成的技术统称为NOx控制技术，而将能够分解、脱除NOx的技术统称为脱硝技术。 为了控制热力发电厂及其他行业的NOx排放、保护大气环境，我国自本世纪伊始逐步引进和推广烟气脱硝技术。其中，选择性催化还原法 （Selective Catalytic Reduction，SCR）作为目前国际上公认最为成熟、应用最广的烟气脱硝技术，自然成为我国引进和消化的重点。但是，以氨气 为NOx还原剂的SCR技术，

21、在脱硝效率、氨气利用率和系统适应性等方面还远非完善，这方面存在的问题不仅影响烟气脱硝系统的经济性，而且还会引起 附加污染排放。 研究表明，影响SCR烟气脱硝系统脱硝效率、氨气利用率的因素主要包括两个方面，一是催化剂的化学活性与表面特性，二是氨气与烟气的混合效果 ，目前人们对于前者已经进行了较多的研究，但对于后者的研究则还很不充分。根据流体力学与传热、传质学的原理，氨气与烟气的混合效果控制属于 一种气流混合动力学问题。通常，由于流道结构缺陷、混合方式不合理，均可引起混合气流的成分偏析、催化床工作条件的恶化，从而形成还原剂氨气 的无效排放，进而引起相应的经济性和附加污染排放问题。 本研究结合国内外

22、的相关研究成果，在全面研究SCR烟气脱硝系统流道内部构造、烟气流动特性、气体扩散动力学条件的基础上，以商用计算流体力 学软件FLUENT为平台，以国内某火电厂SCR烟气脱硝系统为研究对象，综合考虑流动与传质效应，对该系统流道内的速度场和氨气浓度场进行数值模拟 ，研究了不同流道结构条件下的流场分布情况、不同喷氨格栅条件下的氨气浓度分布情况，提出了相应的流道优化和喷氨格栅技术方案，并且预测了优 化后的技术效果。 数值模拟结果表明，该系统内的流场分布存在较为严重的偏流问题，需要设置导流装置，以改善其流动均匀性。设置在拐角处和反应器上方的导流 板的数量和结构形式，对于流道内的流场分布影响明显，导流板数

23、量越多，流场分布越好，但系统的压损也越大，其间存在优化问题。此外，喷氨格栅 的喷口设置也是一个关键，需要根据流道系统的具体条件进行设计，使之与流道得流场分布情况相吻合，方能达到最佳摩尔比。 然后，在数值模拟的基础上，以欧拉相似原理为前提，搭建了冷态模拟实验台，通过对SCR反应器入口与出口速度、浓度的实际测量，得到浓度分布 状况，从而实现模拟计算结果的验证和完善。 本研究获得的初步成果，不仅可以为SCR烟气脱硝系统的流道优化、脱硝反应强化、氨气利用率提高以及附加污染物控制提供理论依据，而且可以为 特定SCR烟气脱硝系统的流道结构与喷氨格栅结构设计提供技术方法。 7.期刊论文 王学兵.张幸红.杜善

24、义.Wang Xuebing.Zhang Xinghong.Du Shanyi SHS制备TiB2-Cu FGM过程中的质量 传递与结构优化 -稀有金属材料与工程2005,34(z2 采用自蔓延高温燃烧合成技术(SHS结合准热等静压技术(PHIP制备了TiB2-Cu梯度功能材料(FGM.预制坯采用粉末叠层法制备.在通常的制备过程中 ,由于热等静压技术的引入,材料在红热软化状态下挤压成型,陶瓷粒子的团聚和金属的流动产生导致最终产物的成分分布与经过优化设计的理论分布相差 较大.通过研究在致密化过程中两层之间的质量传递即液态金属的流动和陶瓷粒子聚集过程,建立了TiB2-Cu梯度功能材料在此种制备条件

25、下的质量传递模 型(MTM.利用SEM等技术手段与实验结果相对比,发现该模型在金属含量在20%50%之间时与实际结果符合得比较好.利用该模型的计算结果,可以得到优 化的工艺参数,进而达到控制液态金属的流动和陶瓷粒子的分布,即优化的结构. 8.学位论文 徐丹 离子液体中钒化物催化氧化燃油脱硫的研究 2010 柴油在高温燃烧时形成硫的氧化物，它以气体的形式排放到空气中影响周围的生活环境。因此柴油脱硫已是各国竞相研制的课题。在传统的脱硫工 艺中，主要有加氢脱硫和非加氢脱硫两种方式，但是加氢脱硫很难脱除苯并噻吩、二苯并噻吩及其衍生物。所以非加氢脱硫引起了人们极大的关注，其 中萃取耦合氧化脱硫法被认为是

26、最具有应用前景的脱硫方式。 本文主要研究萃取-催化氧化脱硫体系。以苯并噻吩(BT、二苯并噻吩(DBT和4,6-二甲基二苯并噻吩(4，6-DMDBT溶解在正辛烷中作为模型油。离子液 体作为萃取剂和溶剂，30(质量分数的双氧水作为氧化剂，以钒化物作为催化剂，进行萃取/催化氧化脱硫。 本文的研究工作主要包括以下三个部分： (1考察了V2O5-BmimBF4-H2O2体系在不同时间，反应温度，不同H2O2用量和催化剂用量对脱硫率的影响。优化反应条件为：反应温度为30，反应时 间4 h，n(DBT/n(V2O5=20，n(H2O2/n(DBT=6，V2O5-BmimBF4-H2O2体系对DBT的脱硫率可

27、以达到98.7，达到了深度脱硫的目的。 (2合成了催化剂VO(acac2，并运用IR光谱对催化剂进行表征。考察了在不同时间和反应温度时的脱硫率，不同H2O2用量和催化剂用量对脱硫率的影响 。优化反应条件为：反应温度为30，反应时间2 h，n(DBT/n(Catalyst=20，n(H2O2/n(DBT=5，IL=1 mL时，VO(acac2-BmimBF4-H2O2体系对 DBT的脱硫率可以达到99.6，达到了深度脱硫的目的。 (3合成了五种过氧钒配合物：VO(O22(phen·H2O、V2O2(O23(asn3·H2O、V2O2(O23(gln3·H2O、NaV

28、O(O22(asn·H2O和 NaVO(O22(gln·H2O。采用元素分析、过氧含量测定、IR、UV-Vis和热重法对所合成的五种催化剂的组成和结构进行了表征。考察了反应时间、反应 温度，H2O2用量和催化剂用量对脱硫率的影响。优化反应条件为：反应温度为50，反应时间2 h，n(DBT/n(Catalyst=20，n(H2O2/n(DBT=6，IL=1 mL时，VO(O22(phen·H2O-BmimBF4-H2O2体系对DBT的脱硫率可以达到98.8，达到了 深度脱硫的目的。 9.学位论文 刘金标 660MW机组锅炉低氧燃烧优化降低NOx排放的研究 2005 氮氧化物是一种危害人体健康、破坏大气环境的有毒污染物，它主要是由煤中含氮化合物和燃烧空气中的氧气在高温燃烧过程中生成的。它不但与 燃烧技术有关，而且与炉内温度和氧浓度有关，而炉温与氧浓度又与锅炉容量、锅炉结构及运行工况等因素有关。污染物NOx的排放日益严重地影响着环 境、气候和人类的健康，成为一个迫切需要解决的问题。随着人们环保意识的增强，控制NOx的排放和研究低NOx煤粉燃烧理论及技术已成为煤粉燃烧领 域的重要课题。 本文首先探讨了锅炉污染物NOx的生成机理和控制方法，重点探讨了煤粉