化学链燃烧的氮氧化物释放特性论文
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生物质燃料对烧结原料加热过程中氮氧化物排放的影响冶金专业王宏涛 (099014238 )指导教师龙红明教授摘要生物质是指以木质素或纤维素及其它有机质为主的陆生植物、水生植物等。
我国是农业大国, 农林生产过程中产生的生物质品种繁多, 产量极大, 有着丰富的生物质资源。
生物质热解后产生的主要成分是 CO 、H 、CH 等, 这些成分能2 4将 NO 还原为 N 。
将生物质用于烧结烟气减排氮氧化物 ,既避免能源浪费, 又x 2使环境得到保护。
研究以姑精和焦粉为原料、生物质为添加剂进行减排氮氧化物的实验。
在实验过程中, 采用不同的实验组合条件, 如生物质的种类、生物质的用量等, 探究生物质对烧结原料加热过程中 NO 排放特性的影响。
实验结果表明: 在过剩空气系数α >1 的条件下, 生物质几乎不具有降低 NO 浓度的效果; 在过剩空气系x数α <1 的条件下, 生物质还原 NO 能取得比较好的效果 , 其中, 稻壳对姑精加x热过程 NO 浓度的降低幅度为 50.2 % ;采用的三种生物质对焦粉加热过程 NOx x浓度的降低幅度, 木屑降低 98.2 % , 橘皮降低 86.6 % , 稻壳降低56.6 % 。
因此,在相同实验条件下,采用的三种生物质中,木屑降低 NO 排放的效果做好,橘x皮次之,稻壳最弱。
烧结过程产生的 NO 污染已成为我国冶金行业治理大气污染物排放的难x题。
利用生物质再燃来控制 NO 的排放,对于钢铁联合企业开辟能源新领域,x调整能源结构,促进环保效益,加快国民经济持续稳定发展有其重要的意义。
关键词: 生物质燃料;烧结原料; 氮氧化物排放IAbstractBiomass mainly refers to lignin, cellulose and other organic-based terrestrialplants, aquatic plants. Our country is a large agricultural country, where a widevariety of biomass, yield great and rich biomass resources is produced by agriculturaland forestry production process. The main component of biomass pyrolysis is CO, H ,2CHThese ingredients can reduce NO to NBiomass can be used to the emissions4 x 2of nitrogen oxides derived from sintering flue gas, which is good for avoiding energywaste and protecting the environmentGuShan iron ore concentrates and coke powder is the raw material and biomassis the addition. They are brought to the experiment of the reduction emissions ofnitrogen oxides. During the experiment, using different combinationsof experimentalconditions, such as the types of biomass, biomass dosage, explores the influence ofbiomass to NO emission characteristics of the sintered materials heating process. Thexresults show that: in the condition of the excess air coefficient α1, biomass hasalmost no effect of reducing the NO concentration; in the condition of the excess airxcoefficient α1, biomass reduction of NO can achieve better results. Rice huskxreduces NO concentration rate of 50.2 % in the GuShan iron ore concentrates heatingxprocess. Biomass reduces the NO concentration in the coke powder heating processxSawdust decreased 98.2 %, cellulite decreased 86.6 % and rice husk decreased 56.6 %Therefore, under the same experimental conditions, in terms of the effect of reducingNO emissions, sawdust is best, cellulite followed by sawdust and rice husk isxweakestNO pollution produced by sintering process has become a big problem to controlxair pollutant emissions in the metallurgical industry in China. Iron and steelenterprises will gain benefits from using biomass reburning to usher new areas ofenergy, to adjust energy structure, to promote the environmental benefits andaccelerate the sustained and stable developmentKey Words: biomass fuels; sintered materials; nitrogen oxide emission1第一章文献综述1.1 研究背景和意义1.1.1 行业背景工业企业和交通运输设施排放的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等废气污染物给我国空气环境造成了影响。
燃烧过程中氮氧化物的生成机理一、本文概述氮氧化物(NOx)是燃烧过程中产生的一类重要污染物,对人类健康和环境质量构成了严重威胁。
本文旨在深入探讨燃烧过程中氮氧化物的生成机理,为有效控制其排放提供理论基础。
文章首先概述了氮氧化物的主要来源和危害,然后详细介绍了燃烧过程中氮氧化物的生成途径,包括热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx的生成过程。
接着,文章分析了影响氮氧化物生成的主要因素,如燃烧温度、氧气浓度、燃料种类等。
在此基础上,文章探讨了降低氮氧化物排放的技术措施,如低氮燃烧技术、烟气脱硝技术等。
文章对氮氧化物生成机理的未来研究方向进行了展望,旨在为燃烧过程氮氧化物减排技术的研发和应用提供有益参考。
二、氮氧化物的生成途径氮氧化物的生成主要发生在高温、富氧的燃烧环境中,其生成途径主要分为三种:热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx。
热力型NOx:在高温条件下,空气中的氮气与氧气直接发生反应,生成NO,这是热力型NOx的主要生成方式。
这种反应通常在燃烧区域的温度高于1500℃时发生,且随着温度的升高,NO的生成速率会显著增加。
快速型NOx:快速型NOx主要在碳氢燃料浓度较高的区域生成,其中燃料中的碳氢化合物与氮气、氧气以及羟基自由基(OH)等发生反应,生成NO。
这种反应方式在火焰前锋的富燃料区域中特别显著,因为这里的碳氢化合物浓度最高。
燃料型NOx:燃料型NOx的生成与燃料中的氮元素有关。
在燃烧过程中,燃料中的氮元素首先被氧化为氨(NH3)和氰化氢(HCN)等中间产物,这些中间产物再进一步与氧气反应生成NO和NO2。
燃料型NOx的生成量取决于燃料的种类和燃烧条件,如火焰温度、氧气浓度以及燃料与氧气的混合程度等。
在燃烧过程中,这三种NOx生成途径可能同时发生,但在不同的燃烧条件和燃料类型下,它们对总NOx生成量的贡献可能会有所不同。
例如,在燃气轮机和高温工业锅炉中,热力型NOx是主要的NOx生成途径;而在柴油机和某些燃煤锅炉中,燃料型NOx的贡献可能更为显著。
生物质燃烧及其还原氮氧化物的机理研究及应用随着温室效应的加剧,被认为是“CO<sub>2</sub>零排放”的生物质燃料越来越受到关注,但由于生物质中碱金属和氯含量过高,严重的结焦问题使得大多数生物质直燃设备无法正常运行,而将生物质与煤混燃则能显著缓解结焦问题;同时由于生物质中挥发份超过70%,将其作为再燃燃料还能对NOx起到显著的还原效果。
本文围绕生物质燃烧技术,分别在热重、沉降炉及300MW煤粉炉内,对生物质直燃和混燃的基础燃烧特性及在工程示范应用中涉及到的关键问题进行了研究;并对生物质混燃过程中生物质焦碳和生物质气对NOx的还原机理进行了深入研究。
首先,利用热重全面系统的研究了生物质的燃烧特性及其与煤混燃的协同效应。
研究发现:生物质在富氧条件下的着火相对于空气条件发生了延迟,该延迟在焦碳燃烧阶段尤为显著;氧气浓度的提高显著改善了煤的着火,但对生物质着火的影响较小;秸秆类生物质焦的着火温度显著低于于木质类生物质焦,而木质类焦的着火温度甚至高于煤焦。
混燃试验表明,生物质与煤混燃总是存在对总体着火有利的协同效应,秸秆类生物质混燃对着火特性的改善幅度大于木质类生物质,而自身着火特性越恶劣的煤种与同一生物质混燃产生的协同效应则越显著;并且O<sub>2</sub>/CO<sub>2</sub>气氛下混燃协同效应的显著性小于O<sub>2</sub>/N<sub>2</sub>环境。
其次,利用沉降炉试验模拟了实际生物质直燃设备受热面上结焦核心层的形成,并将试验结果与某生物质直燃电厂的焦样数据进行了对比。
研究发现:最初在受热面上沉积的是纳米级的含硫碱金属盐的气溶胶颗粒,主要的元素组成为K、S、O和Na,据此提出了以含硫的碱金属盐为核心的生物质结焦形成机理;混燃测试则证明当混燃比例低于0.2时,混燃对结焦特性无显著影响。
燃烧型氮氧化物生成、控制途径及技术浅谈【摘要】燃料燃烧的过程会生成NO和NO2两种氮的氧化物称为氮氧化物,氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一,NOx产生机理有热力型、快速型及燃料型三种方式,热力型和快速型在两种氮氧化物所占比重较小,燃烧型氮氧化物才是产生氮氧化物的主要来源,通过分析燃料型产生机理,来降低和控制NOx产生,通过低氮燃烧技术组合研发各种不同的低氮燃烧方式已达到控制降低氮氧化物的排放。
【关键词】氮氧化物;低NOx燃烧技术;机理氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。
通常所说的氮氧化物NOx有多种不同形式:N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5,其中NO和NO2是主要的大气污染物。
我国氮氧化物的排放量中70%来自于煤炭的直接燃烧。
研究表明,氮氧化物的生成途径[2]有三种:(1)热力型NOx,指空气中的氮气在高温下氧化而生成NOx;(2)快速型NOx,指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成NOx;(3)燃料型NOx,指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化而生成NOx;在这三种形式中,快速型NOx所占比例不到5%;在温度低于1300℃时,几乎没有热力型NOx。
对常规燃煤锅炉而言,NOx主要通过燃料型生成途径而产生。
控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类,一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量;二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除。
1.热力型热力NOx的生成和温度关系很大,在温度足够高时,热力型NOx的生成量可占到NOx总量的30% ,随着反应温度T的升高,其反应速率按指数规律增加。
当T1300℃时T每增加100℃,反应速率增大6~7倍。
热力型NOx的生成是一种缓慢的反应过程,是由燃烧空气中的N2与反应物如O和OH以及分子O2反应而成的。
所以,降低热力型NOx的生成主要措施如下:①降低燃烧温度,避免局部高温。
化学链燃烧技术中载氧体的最新研究进展刘杨先,张 军,盛昌栋,张永春,袁士杰(东南大学能源与环境学院,江苏南京210096)摘要:介绍了化学链燃烧(CLC )技术的基本概念,指出了其具有在燃烧过程中捕获高浓度CO 2,同时消除大气污染物(NO x )等优点。
载氧体的性能对其应用非常关键。
总结了该领域最近几年新开发的单金属氧化物、复合金属氧化物以及非金属氧化物载氧体的最新研究进展。
对具有广泛应用前景的固体燃料化学链燃烧技术及其合适的载氧体做了综述。
最后,对化学链燃烧技术中与载氧体相关的重点问题做了展望。
关键词:化学链燃烧;二氧化碳捕获;载氧体;复合金属氧化物;非金属氧化物;固体燃料中图分类号:TK16 文献标识码:A 文章编号:0253-4320(2008)09-0027-06Advancesinoxygencarriersinchemical 2loopingcombustiontechnologyLIU Yang 2xian ,ZHANG Jun ,SHENG Chang 2dong ,ZHANG Yong 2chun ,YUAN Shi 2jie(SchoolofEnergy&Environment,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)Abstract :Thebasicconceptofchemical 2loopingcombustion (CLC)isintroduced,anditsadvantageswhichcanleadboth tocaptureofhighconcentraedcarbondioxideandsimultaneousremovalofatmosphericcontaminants(NO x )arepointedout.Theperformanceofoxygencarriersisthekeytoitsapplication.Thenewresearchadvancesinoxygencarriersinseveralrecent years,includingsinglemetaloxides,multiplexmetaloxides,nonmetaloxidesaregiven.Areviewofpromisingsolidfuels chemical 2loopingcombustiontechnologyandappropriateoxygencarriersisdone.Atlast,someimportantaspectsrelatedto oxygencarriersinthechemical 2loopingcombustiontechnologyareputforward.Keywords :chemical 2loopingcombustion (CLC );CO 2capture;oxygencarriers;multiplexmetaloxides;nonmetaloxides;solidfuels 收稿日期:2008-05-29 基金项目:国家自然基金国际合作项目(50721140649);华中科技大学煤燃烧国家重点实验室开放基金项目(200502) 作者简介:刘杨先(1984-),男,硕士生;张军(1963-),男,教授,博士生导师,研究方向为电厂污染控制,liuyangxian1984@ 。
O_2/CO_2气氛下煤粉恒温燃烧及NOx释放特性研究煤炭是重要的化石能源,很久以来煤炭在人类能源结构中占据了十分重要的地位。
根据目前的能源结构,煤炭在我国能源消费主要地位在最近一段时间将不会发生改变。
在煤炭开采过程中以及煤粉燃烧过程中都会对环境造成污染,尤其在煤粉燃烧过程中产生SO<sub>2</sub>、NOx等污染物容易造成酸雨、温室效应等环境问题。
因此,煤炭燃烧特性及污染物释放特性的研究,对高效、环保的利用煤炭资源提供了一定的指导意义。
首先,本文利用恒温热重-燃烧污染物在线监测系统对O<sub>2</sub>/CO<sub>2</sub>气氛下煤粉燃烧动力学进行测量,提出了一种基于煤质参数的新判定方法,以此表征恒温下混煤燃烧特性。
通过引入煤质判定指数F<sub>Z</sub>作为煤质参数的综合反映,定义燃烧判定指数D<sub>1</sub>、D<sub>2</sub>、S作为燃烧特性的定量表征,并根据两者关系绘制判定指数曲线,寻找O2/CO2气氛,不同工况下F<sub>Z</sub>对D<sub>1</sub>、D<sub>2</sub>、S的影响规律。
结果表明:F<sub>Z</sub>能够包含主要煤质参数,D<sub>1</sub>、D<sub>2</sub>、S能定量表示不同阶段的燃烧特性;当温度/氧气浓度改变时,曲线D<sub>1</sub>、D<sub>2</sub>、S斜率能准确反映不同阶段混煤燃烧特性受煤质的影响程度。
通过恒温燃烧热重实验台,结合利用新判定方法,分析不同工况条件下,煤质变化对混煤燃烧特性的影响,规律,并验证了新判定方法的可靠性。
2016年第35卷第1期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·327·化工进展无烟煤化学链燃烧过程燃料氮转化释放特性郭万军,张海峰,宋涛,沈来宏(能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,东南大学能源与环境学院,江苏南京210096)摘要:基于赤铁矿石载氧体,在小型单流化床反应器上,开展煤挥发分和焦炭的化学链燃烧研究,探讨挥发分氮和焦氮在化学链燃烧过程中的转化特性。
研究表明:燃料氮释放的中间产物HCN和NH3与铁矿石载氧体具有较高的化学反应亲和性,易于被载氧体氧化生成N2和NO。
淮北无烟煤挥发分氮转化过程中,NO是唯一的氮氧化物,反应器出口中间产物NH3的释放份额略高于HCN。
在煤焦化学链燃烧还原过程中,部分燃料氮释放的中间产物HCN和NH3被铁矿石氧化导致少量NO的生成,还原过程中无N2O的释放;较高的还原反应温度加速了NO的生成。
减少进入载氧体氧化再生过程的焦炭量可减少空气反应器NO和N2O的生成。
关键词:化学链燃烧;煤;燃料氮;转化特性中图分类号:TQ534.9 文献标志码:A 文章编号:1000–6613(2016)01–0327–09DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.045Fuel nitrogen transfer in chemical looping combustion of anthraciteGUO Wanjun,ZHANG Haifeng,SONG Tao,SHEN Laihong(Key Laboratory for Energy Heat Transfer and its Process Control of Ministry of Education,School of Energy andEnvironment,Southeast University,Nanjing 210096,Jiangsu,China)Abstract:The present paper presents the investigation of fuel nitrogen transfer of anthracite in chemical looping combustion (CLC) with an iron ore oxygen carrier based on a small scale fluidized bed reactor. With respect to its volatile nitrogen and char nitrogen conversion behavior,the combustion characteristics of volatile matter and its corresponding char were experimentally investigated. The nitrogen intermediates (HCN and NH3) from fuel nitrogen had a high chemical affinity with the bed materials of the iron ore oxygen carrier towards formation of N2 and NO. During the volatile nitrogen conversion of the Huaibei anthracite,NO was the sole product of nitrogen oxide. Meanwhile,some HCN and NH3 were released and the NH3 concentration was higher than HCN. In the reduction process of char combustion,part of NO was formed due to the oxidation of HCN and NH3 by the iron ore,and there was no N2O formation in the process. A high reduction temperature accelerated formation of NO.To reduce the amount of char into the oxidation process,that is oxygen carrier regeneration process,could totally reduce evolution of NO and N2O in the air reactor.Key words:chemical looping combustion (CLC);coal;fuel nitrogen;transfer基于循环载氧体的煤化学链燃烧通过不同品位能的梯级利用[1],具有比传统燃烧方式更高的能源利用效率,而且能够在燃烧过程中实现CO2的高浓度富集,是一种具有良好应用前景的变革性的燃烧方式。
化学链燃烧的特性及应用研究化学链燃烧的特性及应用研究摘要:化学链燃烧是指化学反应过程中,反应物分子之间通过化学键的断裂和形成,从而引发链式反应,持续释放出大量的热能,同时产生了广泛的应用。
本文对化学链燃烧的机理、特性及其应用进行综述,讨论了燃烧过程中各种物质及环境因素对反应的影响,分析了不同反应体系的反应机理及特点,介绍了链式反应在工业生产、能源转化和环境治理中的应用,为相关领域的研究提供了一定的参考。
关键词:化学链燃烧;机理;特性;应用一、介绍随着工业和生活水平的不断提高,对各种能源的需求越来越大。
其中,燃煤、燃油等化石能源一直是主要的能源来源,但它们的产生和使用都会对环境造成很大的污染。
因此,开发一种环保、高效的能源转化技术成为当今科技研究的热点之一。
化学链燃烧是一种利用化学反应释放热能的过程,其控制能否高效地利用化学反应释放出的能量,进而使其产生广泛应用。
二、化学链燃烧的机理及特性化学链燃烧是由大量的自由基反应组成的过程。
在反应过程中,第一步通常为初始反应,也就是活化反应,通过高能激发或激发源的夹击等方式产生的裂解或形成碎片反应,从而形成自由基。
其中,自由基是化学链反应链传递的基本单元。
在反应中,自由基通过吸附或解离等方式与物质相互作用,产生新的自由基,形成了“自由基链”的传递机制。
这种链式反应的特点就是反应速度非常快,难以预计,同时也存在安全问题。
在化学链反应过程中,各项反应因素之间的关系非常复杂,受物质特性、反应体系、环境因素等多方面的影响,同时反应机理也具有很大的差异性。
三、化学链燃烧的应用1. 工业生产化学链反应在工业生产中有着广泛的应用。
例如,氯气氧气爆炸是一种非常高效的化学合成方法,其中的化学链反应起到了十分重要的作用。
而在生物科技领域,药物的合成、酶的制备等也同样离不开化学链反应的应用。
2. 能源转化化学链反应可以被应用于能源转化中,这是一种将燃料转化为电能的技术。
电化学反应链反应是其中的一个重要应用方向。
燃烧过程中氮氧化物的形成机理一、引言随着工业化的快速发展,燃烧过程在人类生活中扮演着越来越重要的角色。
燃烧过程中产生的氮氧化物(NOx)对环境和人类健康造成了极大的危害。
因此,研究燃烧过程中氮氧化物的形成机理,对于减少污染物排放、保护环境具有重要意义。
本文将从理论角度出发,详细阐述燃烧过程中氮氧化物的形成机理。
二、燃烧过程中氮氧化物的形成1.1 氮氧化物的形成途径氮氧化物主要由两种形式存在:一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。
在燃烧过程中,这两种氮氧化物的形成途径如下:(1)燃料中的氮元素与氧气在高温下反应生成一氧化氮(NO):N2 + O2 → 2NO(2)一氧化氮与空气中的氧气反应生成二氧化氮(NO2):2NO + O2 → 2NO21.2 影响燃烧过程中氮氧化物形成的主要因素燃烧过程中氮氧化物的形成受到多种因素的影响,主要包括以下几个方面:(1)燃料特性:燃料中的氮含量、燃料中的硫含量、燃料中的微粒直径等都会影响燃烧过程中氮氧化物的形成。
一般来说,含氮量较高的燃料在燃烧过程中产生氮氧化物的可能性较大;含硫量较高的燃料在燃烧过程中容易产生硫酸盐型氮氧化物;微粒直径较小的燃料在燃烧过程中更容易形成NOx。
(2)空气特性:空气的温度、湿度、氧气浓度等都会影响燃烧过程中氮氧化物的形成。
一般来说,空气温度较高、湿度较低、氧气浓度较高时,燃烧过程中氮氧化物的形成可能性较大。
(3)燃烧器结构:燃烧器的形状、尺寸、材料等都会影响燃烧过程中氮氧化物的形成。
一般来说,火焰较宽、焰心较高的燃烧器在燃烧过程中产生氮氧化物的可能性较大。
三、燃烧过程中氮氧化物的形成机理分析2.1 燃料中的氮元素与氧气的反应燃料中的氮元素主要来源于化石燃料,如煤、石油、天然气等。
这些燃料在燃烧过程中,氮元素与氧气发生反应生成一氧化氮(NO)。
这一过程是一个经典的化学反应,其反应式为:N2 + O2 → 2NO在这个反应过程中,燃料中的氮元素和氧气的原子数之比决定了一氧化氮(NO)的产率。
煤粉富氧燃烧下NO_x排放特性的模拟研究我国是世界上煤炭资源大国,也是煤炭生产、消费的大国,在很长的一段时间内,煤炭主导着中国的能源结构。
氮氧化物(NOx)是煤炭燃烧生成的主要污染物之一,严重破坏生态均衡及人体的健康,而燃烧过程中大量排放的CO2是造成温室效应的元凶之一。
富氧燃烧技术(O2/CO2烟气再循环燃烧技术)能够对CO2、SO2、NOx进行综合控制,是一项有极大发展潜力及优势的洁净燃烧技术,因此对煤粉富氧燃烧下NOx排放特性及其影响因素进行研究具有重要意义。
本文采用详细化学反应机理分别对甲烷及煤粉富氧燃烧下NOx排放特性进行了模拟研究。
首先使用Chemkin软件,对O2/CO2及O2/N2气氛下CH4/NH3、CH4/NO、CH4//NH3/NO火焰下氮转化特性进行了模拟研究,探究了高浓度CO2对燃烧过程中氮转化特性的影响。
计算结果表明:对于CH4/NH3火焰,O2/CO2气氛中,CO2通过CO2+H=CO+OH的反应生成高浓度的CO,从而改变了O/H/OH基元池的组成比例,增加了O、H、OH浓度,最终促进了NH3向NO的转化。
富燃条件下,CO2浓度对氮转化特性的影响存在三个区域,并且影响较大,而贫燃条件下其影响较小。
对于CH4/NO和CH4/NH3/NO火焰,高浓度CO2的存在不利于NO的还原,CHi-NO和NHi-NO的反应是NO还原过程中的重要反应,有利于降低NO排放量。
其次,本文基于CRN网络法建立了煤粉富氧燃烧的一维模型,结合前人的实验参数进行模拟。
模拟结果表明:富氧燃烧下氮转化率低于空气气氛,富氧燃烧具有较好的NOx减排潜力。
富氧燃烧下HCN和NH3浓度均高于空气气氛,有利于NO的再燃反应进行。
富氧燃烧煤粉的热解存在点火延迟现象,但CO2气氛对挥发分氮释放终值的影响不大。
当焦炭氮以HCN形式释放时氮转化率最低,HCN为焦炭氮的主要析出路径。
富氧燃烧中不会产生热力型NOx,并且Zelvioch机理会逆向进行,对NOx有一定的还原效果。
燃烧产生氮氧化物的原因燃烧是一种常见的化学反应过程,通过氧气与可燃物质相互作用,产生大量的能量以及一些副产物。
其中,氮氧化物就是燃烧过程中产生的一种重要副产物。
本文将从多个角度解释氮氧化物产生的原因。
燃烧过程中氮氧化物的生成主要与燃料的成分有关。
许多燃料中都含有氮元素,如煤炭、石油、天然气等。
当这些燃料在燃烧时,其中的氮与氧气反应,生成氮氧化物。
这是因为氮气与氧气的反应活性较高,可以迅速发生氧化反应,生成一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)等氮氧化物。
燃烧的温度对氮氧化物的产生也有重要影响。
高温燃烧可以促使氮氧化物的生成。
当燃料在高温下燃烧时,燃料中的氮会与空气中的氧气迅速反应,生成氮氧化物。
而在低温下,氮氧化物的生成速率较低。
因此,高温燃烧是氮氧化物产生的重要原因之一。
燃烧过程中的燃烧条件也会对氮氧化物的生成起到重要影响。
在燃烧时,燃料与氧气的混合程度越高,氮氧化物的生成速率就越快。
这是因为燃料与氧气的充分混合可以提高氮氧化物生成的反应速率,使其更加充分地发生。
因此,良好的燃烧条件可以促进氮氧化物的生成。
燃烧过程中的燃烧效率也会影响氮氧化物的生成。
当燃烧过程不完全时,未燃烧的燃料中的氮会转化为氮氧化物。
这是因为未完全燃烧的燃料中的氮与氧气反应的时间较长,有更多的机会生成氮氧化物。
因此,提高燃烧效率可以减少氮氧化物的产生。
燃烧中的氮氧化物生成也受到燃烧设备的影响。
一些特定的燃烧设备,如发动机、锅炉等,其燃烧过程会导致氮氧化物的生成。
这是因为这些设备的燃烧过程通常具有较高的温度和压力,使氮气与氧气更容易反应生成氮氧化物。
因此,在设计和使用这些设备时,需要采取相应的措施来减少氮氧化物的产生。
燃烧过程中产生氮氧化物的原因主要包括燃料成分、燃烧温度、燃烧条件、燃烧效率以及燃烧设备等多个方面。
了解和控制这些原因对于减少氮氧化物的生成具有重要意义,有助于改善空气质量,保护环境。
因此,在燃烧过程中要合理选择燃料、控制燃烧温度和燃烧条件等,以减少氮氧化物的产生。
生物质燃烧中的氮氧化物排放与控制近年来,生物质燃烧得到了广泛的关注和应用,尤其是在可再生能源领域,生物质燃烧作为新型的能源形式,具有使用周期长、绿色环保等优点。
然而,随着生物质燃烧的普及,由其排放出的氮氧化物对环境和人类健康造成的危害也受到了越来越多的关注。
一、生物质燃烧中产生的氮氧化物生物质燃烧过程中,氢气、碳氢化合物和氧气在高温下发生气相反应,导致氮氧化物的产生。
其中,NO和N2O是常见的氮氧化物。
二、氮氧化物的危害氮氧化物是空气中对人类健康和大气环境影响最大的物质之一,其存在会引起城市雾霾、酸雨等环境问题,同时对人体健康也有很大的危害性。
NO和N2O在空气中会与氧气、二氧化碳等分子反应,形成具有生物毒性且会引起气道、眼睛和皮肤刺激的一氧化氮和一氧化二氮。
三、氮氧化物的排放控制技术为了降低生物质燃烧产生的氮氧化物排放,一系列排放控制技术被广泛应用。
1. SNCR技术选择非催化还原(SNCR)技术是一种常用的NOx排放控制技术。
SNCR技术通过向燃烧室中加入一氧化氢、氨水或尿素等还原剂,使NOx在高温下还原成N2和H2O,并将其还原成氨。
这种技术已经在欧洲和美国的一些火电厂中得到广泛应用。
2. SCR技术选择性催化还原(SCR)是一种高效的NOx控制技术,其原理是在高温下通过加入氨水或尿素,使NOx还原成N2和H2O。
这种技术需要使用铜、钴和钒等金属催化剂来促进反应,已经广泛应用于火电厂的烟气脱硫和脱硝系统中。
3. EGR技术废气再循环(EGR)技术被认为是NOx控制的一种有效方法。
该技术通过将一部分燃烧室废气回收并重新输入燃烧室中,从而降低燃烧温度,减少NOx的生成。
这种技术主要应用于动力机械、汽车和船舶等内燃机领域。
4. 混合燃烧技术混合燃烧技术是将生物质和化石燃料进行混合燃烧,从而减少NOx的产生。
采用混合燃烧技术,可以减少生物质燃烧造成的硝酸盐沉积,降低环境问题和健康危害。
四、结论随着生物质燃烧技术的应用越来越广泛,氮氧化物排放的问题也日益凸显。
试论循环流化床富氧燃烧氮氧化物排放特性作者:杨鹏来源:《科技创新导报》2017年第09期摘要:大气环境的不断恶化,气候变暖问题成为全球普遍关注的问题,而CO2是造成温室效应的“罪魁祸首”。
富氧燃烧技术的诞生一方面能够对CO2的排放量进行有效控制,另一方面实现了能源的有效利用,降低了氮氧化物及硫化物的排放量,对于人类社会的生存发展意义重大。
该文通过建立50 kW循环流化床燃烧试验系统进行富氧燃烧试验,对进口氧气体积、燃烧温度进行范围设定,并设置不同的工况,以获得循环流化床富氧燃烧时燃料转化率以及氮氧化物(主要为NO、N2O)的排放特性。
从试验结果来看,燃料转化率以及氮氧化物的排放量主要受循环流化床富氧燃烧过程中进口氧气体积分数、燃烧温度以及过量氧气系数三大因素的影响,对此三大因素进行合理控制能够有效控制燃烧过程中氮氧化物的排放量,这对于控制大气污染、改善全球气候变暖问题具有积极意义。
关键词:循环流化床富氧燃烧 NO排放 N2O排放 N转化率中图分类号:TK16 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)03(c)-0088-03人类社会经济迅猛发展,人们的生活日新月异,人类生产和生活活动的日益频繁带来的环境问题也逐渐凸显出来。
大气环境不断恶化,全球气候变暖的问题正在逐渐威胁着人类社会的生存和发展,全球各国都对气候关键加大关注力度,并致力于空中大气污染,改善大气环境。
大量温室气体的排放引起的温室效应造成了全球气候的异常,环境问题引发全球的气候危机,CO2作为温室效应的“罪魁祸首”,在温室气体中占有很大的比重。
随着富氧技术的产生和应用,使CO2的排放控制问题得到了有效解决,也因此受到全球各国的广泛关注,并纷纷致力于对富氧燃烧技术的深入学习和研究。
1 富氧燃烧技术的概述富氧燃烧技术是在温室气体大量排放的背景下应运而生的,其作为一种先进的燃烧过程中的CO2捕捉收集技术,将再循环烟气与氧气进行混合来取代空气进行燃烧,经过燃烧后产生的烟气中CO2体积分数得到明显提升,可高达90%甚至以上。
ch3ono在高温下的燃烧及nox生成规律摘要:一、引言二、ch3ono 的性质和结构三、ch3ono 在高温下的燃烧过程四、ch3ono 燃烧产生的NOx 及其生成规律五、影响ch3ono 燃烧产生NOx 的因素六、结论正文:一、引言ch3ono 是一种含氮氧化物,具有较强的还原性,广泛应用于化学反应和环境治理等领域。
然而,在高温条件下,ch3ono 会发生燃烧反应,产生一定量的NOx,这给环境和人体健康带来潜在危害。
因此,研究ch3ono 在高温下的燃烧及NOx 生成规律具有重要意义。
二、ch3ono 的性质和结构ch3ono 的化学式为CH3ONO,分子量为45.03,是一种无色、具有弱碱性的气体。
ch3ono 分子结构中,氮原子与氧原子之间存在一个共价键,同时氮原子与甲基基团和羟基团之间分别存在两个共价键。
这使得ch3ono 具有较强的还原性,容易在高温条件下发生燃烧反应。
三、ch3ono 在高温下的燃烧过程ch3ono 在高温下(如500℃以上)会发生燃烧反应,生成氮气和水。
其化学反应方程式为:2CH3ONO → 2N2 + 2H2O在燃烧过程中,ch3ono 分子首先被激发,形成高能激发态分子。
随后,这些激发态分子会发生碰撞,产生自由基。
自由基与氧气反应,生成NOx 等产物。
四、ch3ono 燃烧产生的NOx 及其生成规律ch3ono 燃烧产生的NOx 主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。
其生成规律受燃烧温度、氧气浓度、ch3ono 浓度等因素影响。
在一定范围内,燃烧温度和氧气浓度的升高都会导致NOx 产量的增加。
此外,ch3ono 浓度也会影响NOx 的生成量,但影响程度较小。
五、影响ch3ono 燃烧产生NOx 的因素1.燃烧温度:燃烧温度是影响ch3ono 燃烧产生NOx 的主要因素。
随着燃烧温度的升高,ch3ono 分子的活性增强,容易产生自由基,从而导致NOx 产量增加。
《不同负载的铜基载氧体在煤化学链燃烧中有机污染物的排放特性》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和环境保护意识的提高,煤化学链燃烧技术因其高效、清洁的燃烧特性受到广泛关注。
其中,铜基载氧体作为一种重要的燃烧介质,其在燃烧过程中对有机污染物的控制能力尤为关键。
本篇论文将着重研究不同负载的铜基载氧体在煤化学链燃烧中有机污染物的排放特性。
二、材料与方法2.1 实验材料本实验选取了不同负载量的铜基载氧体作为研究对象,如低负载、中负载和高负载等不同负载类型的载氧体。
同时,选用了常见的煤样作为燃烧原料。
2.2 实验方法实验采用化学链燃烧技术,对不同负载的铜基载氧体在煤燃烧过程中的有机污染物排放特性进行研究。
实验过程中,分别在各种负载条件下进行煤样燃烧,并对排放的有害气体和颗粒物进行监测和分析。
三、结果与讨论3.1 不同负载对有机污染物排放的影响实验结果表明,不同负载的铜基载氧体对煤化学链燃烧中有机污染物的排放具有显著影响。
低负载的载氧体在燃烧过程中能够更有效地控制有机污染物的排放,而高负载的载氧体则可能导致部分有机物未能完全燃烧,从而增加有害气体的排放。
3.2 有机污染物的种类与特性在煤化学链燃烧过程中,主要的有机污染物包括多环芳烃、一氧化碳、二氧化碳等。
其中,多环芳烃等有害物质对环境和人体健康具有较大危害。
不同负载的铜基载氧体对不同类型的有机污染物的控制能力存在差异,需针对具体污染物进行深入研究。
3.3 影响因素分析影响有机污染物排放的因素包括燃烧温度、氧气浓度、载氧体的类型及负载量等。
其中,载氧体的负载量是影响有机污染物排放的重要因素之一。
适当调整载氧体的负载量,有助于优化燃烧过程,降低有害气体的排放。
四、结论本研究表明,不同负载的铜基载氧体在煤化学链燃烧中对有机污染物的排放具有重要影响。
低负载的载氧体能够有效控制有机污染物的排放,而高负载可能导致部分有机物未能完全燃烧。
此外,燃烧过程中的温度、氧气浓度等因素也会影响有机污染物的排放。
基于赤铁矿的生物质化学链燃烧过程中氮氧化物的释放特性肖申;沈来宏;肖军;牛欣;顾海明;宋涛【摘要】在单批次进料固定床上,基于赤铁矿载氧体,研究了还原反应阶段反应温度和水蒸气量对谷壳的氮氧化物释放特性的影响。
研究表明,碳转化率随反应温度升高而增加,但随水蒸气量呈先增加后下降,并在水蒸气量为1.0 g/min 时达到最大值。
在实验条件下,还原阶段未检测到 NO2。
随着反应温度由750℃升高到900℃,NO 的生成率增加,而 N2 O 的生成率先增加后降低,在850℃时达到最大值。
水蒸气量由0.5 g/min 升高到2.0 g/min,N2 O 和 NO 的生成率均增加,且 NO 增加速率高于 N2 O。
在反应后的载氧体中,检测到 KAlSi3 O8存在,表明载氧体与生物质中的 K 元素发生反应。
%Nitrogen emission during chemical looping combustion (CLC) of rice husk based on hematite in a batch fixed bed reactor was studied.Different variables affecting the process, such as reduction temperature and steam content, were tested.The results show that higher reduction temperature results in a hig her carbon conversion which reaches the highest value when the steam flow is 1.0 g/min.Furthermore, there are no NO2 detected at all experiments.The rise of reduction temperature from 750 to 900 ℃ could contribute to the rise of NO, whereas the concentration of N2 O reaches the highest value at 850 ℃.Both N2 O and NO increase remarkably with the increase of steam flow.Nevertheless, the increasing rate of NO is faster than that of N2 O. Besides, KAlSi3 O8 is detectable in the reduced oxygen carrier, attributing to the reaction of K in biomass with hematite.【期刊名称】《燃料化学学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】9页(P490-498)【关键词】化学链燃烧;生物质;赤铁矿;氮氧化物【作者】肖申;沈来宏;肖军;牛欣;顾海明;宋涛【作者单位】东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】TK6化学链燃烧技术(Chemical Looping Combustion,CLC)是一种新型的燃烧方式,它通过不同品味能的梯级利用,将新型能源转换与CO2富集过程有机结合起来。
化学链燃烧的氮氧化物释放特性论文
1实验装置和方法
固定床实验系统如图2所示。
反应器内径为32mm,床高680mm,布风板安装在距底部350mm处;反应器的加热由智能温控仪及电炉控制,温度由2个K型热电偶进行监测,分别位于反应器内和加热装置之间。
高纯氩气作为反应前后的载气和吹扫气体;蒸汽流量由TBP-50A型恒流泵精确控制;反应后气体流经过滤、冷凝装置后,使用EmersonxxxxRosemount分析仪对气体产物中的NOx气体进行检测。
实验过程中,先从反应器顶部加入50g赤铁矿,在氩气气氛下(1.5Lmin-1,标准状况)升温至实验温度,并同时向反应器通入1gmin-1的去离子水。
待反应器温度稳定后,加入0.5g氨基酸样品,同时收集气体,反应时间20min。
还原反应结束后,通入5%O2和95%Ar (1.5Lmin-1)的混合气,完成载氧体的氧化再生。
2结果与讨论
2.1温度对NOx释放特性的影响
以谷氨酸为含氮模型化合物进行实验,在反应器出口气体中检测到N2O、NO和NO2三种气体的存在。
在不同温度下,三种NOx气体随时间的变化关系见图3。
NOx的释放都在1min左右达到浓度峰值,随后急剧下降并趋于平缓。
随着反应温度的升高,N2O的体积浓度出现波动,在900℃时浓度峰值最低,为70.5×10-6;NO的浓度峰值随温度的升高而增加,温度的升高有利于混合气中生成NO的均相反应增
加;NO2的浓度峰值与NO的生成具有类似的规律,在900℃时浓度峰值高达378.3×10-6,超过了N2O的体积浓度。
图4为不同温度下NOx 生成率随时间的变化情况。
NO的生成率最大,且随温度的升高而增加;N2O的生成率随温度有所波动,但随温度的升高,整体呈下降趋势;NO2的生成率与N2O相反,随温度的升高而增加。
利用HSCChemistry6.0软件对上述反应进行热力学分析,可以得出化学反应平衡常数Kp与温度T之间的关系,如图5所示。
平衡常数Kp越大,表明化学反应的热力学亲和性就越强。
由图5可知,温度的升高有利于HCN和NH3被氧化生成NOx,且HCN、NH3被Fe2O3氧化生成N2O、NO、NO2的热力学亲和性依次递减。
在750~900℃范围内,NH3与Fe2O3反应的平衡常数Kp<1(即lnKp<0),表明该反应较难发生。
结合图3、图4的实验结果,NO是主要的氮氧化物,N2O的生成率反而较低。
在传统流化床燃烧条件下[13],氮氧化物的前驱物HCN、NH3与H、OH、O等自由基及O2发生反应,NO通过均相反应生成。
而在化学链燃烧过程中,燃料反应器中缺乏O自由基和O2分子,载氧体提供的晶格氧是唯一的O来源。
因此,化学链燃烧过程中多相反应导致了NO的产生。
焦炭对NO 的还原是N2O产生的途径之一,同时,NO和N2O也能在碳氢化合物和焦炭的作用下被还原生成N2。
实验中NO的生成率较高,与软件模拟结果不相一致,说明NOx的生成不只受到Fe2O3的影响。
在实验中,提高温度有利于多相反应向正反应方向进行,促进了NO和NO2的生成。
N2O的生成出现波动,可能与N2O在高温下易分解的特性有关[14],整体上随温度的上升而下降。
2.2不同氨基酸的NOx释放特性
本组实验选取谷氨酸、甘氨酸和苯丙氨酸作为含氮模型化合物,仍以天然赤铁矿作载氧体,设定反应温度为850℃,其它条件不变。
图6给出了不同含氮模型化合物生成NOx随时间的变化关系。
谷氨酸、甘氨酸和苯丙氨酸在化学链燃烧过程中,均在1min左右释放出大量的NOx气体。
在1min内,谷氨酸生成N2O、NO和NO2的浓度峰值均为最高;甘氨酸生成N2O的浓度峰值最低,为117.6×10-6;苯丙氨酸生成NO和NO2的浓度峰值,在三种氨基酸中最低,分别为896.4×10-6和90.3×10-6。
由图6可知,在化学链燃烧过程中,NO是还原过程中主要的氮氧化物,生成量远超另外两种氮氧化物。
氨基酸加入反应器,瞬间升温至较高温度。
任强强[15]进行了氨基酸的程序升温实验,发现谷氨酸和苯丙氨酸在较低温度下就会释放出HCN和NH3,且HCN的生成量多于NH3,高温时焦炭氮仍能进一步转化;甘氨酸在低温时主要释放出NH3,HCN则较多的出现在高温区。
郝菊芳等[16]在甘氨酸热解过程中得出了NH3是主要含氮气体的结论。
而Seheafer等[17]认为,NH3主要是生成NO的前驱物,而HCN被氧化产生NO和NO2。
图6的结果反映出,NOx的浓度峰值主要有挥发分中的氮转化而成,是主要的N来源。
HCN和NH3主要向NO的方向转化。
不同含氮模型化合物的NOx生成率随时间的变化关系如图7所示。
根据图7(a),谷氨酸和甘氨酸的N2O累积生成率在10min左右趋于稳定,苯丙氨酸的N2O 累积生成率在13min之后趋于稳定,稍微滞后于前两种氨基酸。
如图7(b),谷氨酸和甘氨酸的NO累积生成率在8min、10min左右迅速稳
定,苯丙氨酸的NO生成率在长时间内仍处于上升阶段,并在12min之后超过谷氨酸的生成率,达到4.58%。
由图7(c),谷氨酸、甘氨酸和苯丙氨酸的NO2生成率在6min左右都比较稳定,分别为0.7%、0.32%和0.22%。
总结图6、图7的数据分析,可以得出表3的结果。
在以三种氨基酸为含氮模型化合物的化学链燃烧还原过程中,NO是主要的氮氧化物;谷氨酸和苯丙氨酸含氮量较为接近,N2O生成率以及NOx的生成率相差不大,相比苯丙氨酸,谷氨酸在化学链燃烧过程中更多的向NO2转化。
从谷氨酸和苯丙氨酸的结构进行推测,可能是苯丙氨酸的苯环结构取代了谷氨酸中的羧基,抑制了NO向NO2的转化;甘氨酸的含氮量近似为谷氨酸的两倍,所得N2O和NO生成率是谷氨酸的一半左右,表明模型化合物含氮量较高,不利于N元素向氮氧化物的转移。
2.3碱金属元素钾对NOx释放特性的影响
生物质和及灰中含有大量的碱金属元素,钾(K)是含量最为丰富的阳离子之一。
在生物质中,钾主要以水溶性盐的形式存在,另外一部分以离子吸附的形式吸附于羧基和其他官能团上[18],生物质中钾元素伴随热化学过程易于进入气相中。
在生物质热化学过程中,钾元素有着明显的催化作用[19];顾海明等[20]也证实钾对煤化学链燃烧有着较好的催化效果。
本组实验选取分析纯试剂K2CO3作为碱金属元素添加剂,由南京化学试剂公司提供。
K2CO3与氨基酸的质量比为1:1,所用含氮模型化合物仍为谷氨酸、甘氨酸和苯丙氨酸,实验过程中控制反应温度为850℃,其它条件保持不变。
2.4载氧体的表征分析
对比2.2及2.3小节的实验结果,针对甘氨酸为含氮模型化合物、温度为850℃时的实验工况,待还原反应结束后,在Ar气氛下冷却并取得天然赤铁矿载氧体的颗粒样品,与新鲜载氧体作比较分析。
表4给出了三种条件下载氧体的XRF分析结果。
新鲜载氧体表面K元素的含量极少,仅为0.01%。
将甘氨酸应用于化学链燃烧,各元素的质量分数变化情况不太明显;当在甘氨酸中添加K2CO3后,还原反应结束时的载氧体中K元素的含量增加到0.66%,K元素的含量急剧上升。
表明添加的K2CO3与载氧体发生作用,部分K+离子存在于载氧体颗粒表面。
3结论
(1)以谷氨酸为原料,在750~900℃温度范围内,NOx(N2O、NO和NO2)由前驱物HCN、NH3的多相反应生成,NO是主要的NOx气体;随着反应温度的升高,反应器出口的NOx气体在1min内释放浓度达到峰值,该阶段主要是氨基酸中的N分配到挥发分氮中;温度的升高有利于NO和NO2的生成,N2O的生成整体上随温度的上升而下降。
(2)在850℃下,三种氨基酸的NOx的释放都集中在前1min内,且NO的生成量远超N2O和NO2。
谷氨酸和苯丙氨酸的氮含量较为接近,N2O生成率及NOx的生成率相差不大;谷氨酸在化学链燃烧过程中N更多的向NO2转化,可能是苯丙氨酸中苯环结构的存在抑制了NO 向NO2的转化;甘氨酸的含氮量近似为谷氨酸的两倍,所得N2O和NO 生成率是谷氨酸的一半左右,表明模型化合物的氮含量越高,可能越不利于氮元素向NOx的转移。
(3)在850℃时,添加K2CO3对谷氨酸化学链燃烧过程中NOx的影响较小。
K2CO3对甘氨酸化学链燃烧过程中氮的迁移方向有明显影响,NOx的生成率有着不同程度的减小;钾元素的抑制作用主要发生在甘氨酸挥发分释放之后的热化学阶段。
对于苯丙氨酸,钾元素对NO 的释放抑制作用较强,而对N2O和NO2释放的影响则不太显著。
(4)以添加K2CO3前后的甘氨酸为原料,对还原反应后的载氧体进行表征。
对比新鲜赤铁矿载氧体,发现在化学链燃烧还原反应过程中,载氧体的活性成分Fe2O3被部分还原至Fe3O4;添加K2CO3后,Fe2O3与K2CO3在高温下发生反应生成多铁酸钾K2Fe22O34,载氧体表面K元素含量增多。