煤热解挥发分还原NO的反应过程分析

采用详细的化学反应动力学机理对烟煤快速热解挥发分气体还原NO过程进行了数值模拟.根据实际反应条件确定模拟条件为0.1 MPa,1273～1573 K,煤质为准格尔烟煤。首先应用FG-DVC模型模拟得到了热解条件下的气体成分和含量,然后将该气体作为再燃燃料,选取化学当量比为0.6、1.0和1.2进行还原NO的计算.通过敏感性分析和生成速率分析,发现了控制NO生成和还原的关键步骤.只有CH_3、N_2O、NH_i、HCN和H_2CN才可以将NO还原成N_2。     

高强度湍流预混火焰NO生成特性的研究

本文采用直接数值模拟方法对不同湍流强度下预混CH_4/H_2/air平面火焰进行了计算,并对湍流火焰中NO的生成规律进行了研究。采用了28组分268步反应的详细化学反应机理。研究表明高Karlovitz数下,湍流微团能穿透火焰面并存在于内反应区中。在强拉伸作用下,局部燃烧热释率达到层流火焰峰值的1.8倍。湍流作用下湍流燃烧速率显著提高,而NO的总生成速率增加不明显。高湍流强度下由于快速型NO的生成率的显著减小,湍流火焰中NO的总生成速率降低。     

燃料型NO生成的实验研究

在二维平面射流中进行了燃料型NO的实验研究,采用在甲烷中加入NH_3的方法来模拟燃料氮。实验结果表明:实验过程中生成的NO主要是燃料型NO,热力型NO和快速型NO占排放的总NO的比例很小,同时随着NH_3的增加,NO迅速增加,并且NO浓度沿轴向呈双峰分布。     

层流火焰下氨/甲醇裂解气燃烧与NOx生成分析

为提高氨燃料火焰传播速度,本文研究了氨中掺混甲醇裂解气混合燃料的燃烧与排放特性。结果表明：加入甲醇裂解气后层流燃烧速度明显提高,裂解气添加的化学效应对火焰传播的贡献最大,热效应较弱。NO生成量随着裂解率的提高上升,随着甲醇比例的增加先上升后下降。同位素标记法表明热力型NO占比较少,甲醇比例与裂解率越高,热力型NO越多。综合分析表明贫燃工况下氨与高比例甲醇部分裂解混合燃料提高燃烧速度的同时也可以降低NO的排放。     

掺氢比对天然气HCCI燃烧特性和排放的影响研究

利用CHEMKIN软件,对掺氢比例为10%、15%、20%和25%的天然气混合燃料对HCCI内燃机燃烧特性的影响进行模拟,并对其进行数据分析。结果表明:(1)氢气比例不同,可对天然气的燃烧速率产生影响;比例为10%时,对天然气的燃烧过程影响不明显,却显著提前了天然气燃烧时的着火时刻,但随着掺入氢气比例的增加,着火时刻提前的现象逐渐推迟。(2)随着掺氢比例的逐渐增加,缸内压力、缸内温度、中间产物CO的排放量的峰值均逐渐减小;累积气相反应放热量逐渐减小;掺氢热效率和气相反应净产热量在氢气的掺入比为10%～15%之间时达到峰值。(3)在尾气排放中,随着掺氢比例的增加,CO_2生成时刻提前,生成量未改变;NO含量的峰值和排放量随着掺氢的比例增加而增加。     

CFB富氧燃烧中CO_2对煤焦与NO还原作用的影响

为了考察高浓度CO_2对煤焦与NO还原所带来的影响,本文在悬浮床反应器上开展了。N_2和CO_2气氛下煤焦与NO的还原实验。结果表明:在无煤焦或矿物组分催化下CO不与NO发生反应;900℃N_2气氛下,在煤焦与NO反应初期NO还原率保持不变,而在整个反应过程中碳比反应率和CO_2生成比例则持续增大;N_2气氛下,煤焦与NO反应的含碳产物在700℃时以CO_2为主,而随着温度升高CO的生成比例增大,900℃时CO的生成占主导地位;高浓度的CO_2对煤焦-NO还原反应有明显的抑制作用,且温度越高抑制作用越显著,这可能是因CO_2气化抢占碳活性位所致。     

挥发份的均相反应等对N_2O、NO生成影响的模拟与实验研究

用模拟和实验相结合的方法研究了挥发分的均相反应、温度等因素对N2O、NO生成与分解的影响。研究发现，挥发分主要通过分解反应影响N2O的排放量，而主要通过生成反应影响NO的排放量。与高挥发分煤混合燃烧时，不仅N2O生成量降低，氮生成N20的总体转化率也下降。N2O的经时特性要经历一个从生成到分解的过程。     

水泥回转窑内NO生成及其分布规律研究

本文在气固流动、煤粉燃烧和NO生成数学模型的基础上,对水泥回转窑内物料烧成过程的物理化学反应热效应采用分区段拟合的方法,建立了一套描述水泥回转窑窑内过程的数学模型。并对某3000吨／天生产能力的带四通道燃烧器的水泥回转窑进行了数值模拟,得到了回转窑内气体速度场、气体温度和组分浓度沿窑长的变化规律,对窑内NO生成进行了深入研究。研究结果表明:水泥回转窑内NO生成按机理可分为热力型NO和燃料型NO,由于窑内存在着高温、富氧环境,热力型NO为主要生成方式;热力型NO和燃料型NO生成过程存在着相互抑制作用。     

旋流数对湍流燃烧中NO生成影响的研究

通过实验和用湍流燃烧二阶矩概率密度模型对不同旋流数下甲烷-空气湍流燃烧和NO生成进行了研究。在燃料中加入少量氨模拟燃料氮。研究结果表明,随旋流数的增大（由0到1）,热NO排放先上升后下降,而总NO和燃料NO排放则先下降后上升。旋流数增大使湍流强度先下降然后稍有上升,使进口附近温度先上升然后稍有下降。热NO的生成受温度的影响更大而燃料NO的生成受湍流的影响更大。     

程序升温气化过程中氮的释放规律研究

采用 U 型管反应系统研究了不同煤种在程序升温条件下在四种气氛中反应时燃料氮的释放规律.研究发现热解时主要的含氮产物为 HCN,如果煤中含有较多的氧,即使在惰性气氛下也会释放出 NO.没有检测到 NH3 的生成,证实NH3 来源于 HCN 在焦表面的二次反应.N2O 仅在有氧气氛中气化时生成,说明氧气是 N2O 生成的必要条件.气化时的总固定氮 TFN 高于热解时,且气化剂中 O2 含量越高则总固定氮 TFN 越高.     

煤中吡啶型氮氧化规律实验研究

本文选择单一结构的模型化合物吡啶进行氧化实验研究,来模拟煤燃烧过程中的NOx生成机理。实验发现:N2O的浓度在650—850℃范围维持最高水平,这一点与煤燃烧实验结果非常一致;温度高于850℃时, N2O显著向NO、NO2转化;氧气与毗啶的摩尔比a是决定NOx生成量的重要因素,a大于6.0开始,随着氧气量的增加,NOx的生成量急剧增加;高浓度一氧化碳造成的还原气氛中,NOx生成受到很大程度上的抑制。     

微细腔内CO_2对CH_4/H_2O重整反应特性影响

基于镍基催化剂下表面反应机理,采用数值模拟方法,深入研究了在一定水碳比下,CO_2含量的变化以及在固定的CH_4/H_2O/CO_2比例下催化壁面温度,质量流量对微细腔内甲烷重整反应的影响。结果表明提高CO_2/CH_4的比例能够明显提高CO_2、CH_4转化率,提高CO的含量。CH_4/CO_2基元反应的产物在低温条件下CO和H_2O,水蒸气转化率和H_2产量降低,CO_2含量增加降低水蒸气的消耗;在高温条件下,由于产生CO和H_2,使氢气含量增加但水蒸气转化率降低.     

甲烷/二氧化碳多孔介质富燃部分氧化实验研究

本文采用多孔介质燃烧器对甲烷/二氧化碳富燃部分氧化开展实验研究,研究了燃料中CO_2添加量对于非催化部分氧化重整制取合成气的影响。当空气流量为5L/min时,调节入口CO_2/CH_4比例及当量比,确定了多孔介质富燃燃烧的稳定区间,测试了稳定工况下的温度分布和出口组分。当量比为1.3时,稳定工况下CO_2/CH_4可达到1.5。当量比为1.6,CO_2/CH_4为0.5时,燃料重整效率可达到47.7%。燃料中CO_2的加入可在一定程度上促进水气变换反应逆过程的进行,回收部分显热,提高燃料重整效率,同时可减少CO_2净排放。     

采用详细化学反应机理研究煤富氧燃烧NO_x生成机制

本文采用详细化学反应机理,建立氧煤燃烧气固反应模型,分析煤在富氧燃烧条件下NO_x生成机制,研究不同O₂浓度和分级燃烧对NO_x排放的影响。富氧燃烧时,NO_x生成主要路径为:HCN→CN→NCO→NO和HCN→CN→NCO→HNCO→HN₂→NH→HNO→NO。初始O₂增大,挥发分和HCN析出时间提前,高的O₂初始浓度对燃料N转化率有促进作用;煤富氧分级燃烧时,主燃区还原气氛有利于NO还原为N₂,其主要还原路径如下:NO+CO→N+CO₂、NO+H→N+OH和NO+N→N₂+O,当主燃区过量空气系数SR₁从1.15减小到0.6,N最终转化率（t=1000 ms）只是从0.379减小到0.339,相对于未分级燃烧时变化了10.55%,与煤空气分级燃烧相比,煤富氧分级燃烧对N转化率影响较小。     

铂表面H_2还原NO_x的详细反应机理

研究了柴油机NO_x存储还原技术(NSR)浓燃再生阶段中NO还原反应。发展了铂催化剂表面H_2还原NO的详细化学反应机理,包括6种气相组分、10种表面组分及28步基元反应,其中包含了主要含氮产物N_2及副产物N_2O和NH3的生成路径。此机理与CHEMKIN软件中的活塞流反应器(PFR)模型耦合进行数值模拟,反应器出口各组分体积分数预测结果与文献中实验数据吻合良好。在NO体积分数为500×10~-6、反应器入口温度为270℃的条件下分析了进气中H2体积分数((100~2500)×10~(-6))对含氮产物选择性的影响。结果表明,H_2体积分数小于500×10~(-6)时,N_2和N_2O为主要的含氮产物;随着H_2体积分数逐渐升高,当Φ(NO)/Φ(H_2)高于1.5时,NH_3成为主要产物。由敏感性分析结果可知,NH_3对H_2吸附反应的敏感性系数最大,提高该反应速率将促进NH_3的生成。     

柴油掺混正丁醇对火焰发展及光谱的影响

正丁醇是一种很有前景的柴油替代燃料,针对缸内火焰发展和燃烧中间产物的自发光光谱开展研究,有助于深入理解柴油掺混正丁醇混合燃料对柴油机燃烧过程的影响规律。因此,在一台光学发动机上,利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法,研究纯柴油与柴油掺混不同比例正丁醇后对发动机缸内火焰发展和自发光光谱的影响。试验过程中,光学发动机转速为1 200 r·min~(-1),喷油压力为600 bar,进气加热到398 K,使上止点附近达到约900 K温度。纯柴油、柴油掺混20%正丁醇燃料和柴油掺混40%正丁醇燃料分别用D100, DB20和DB40表示,三种燃料在每个着火循环喷入的油量分别为17.5, 18.7和19.2 mg,从而保证发动机输出功相同。试验结果表明:冷却水温不变时,喷油时刻推迟,滞燃期缩短,初始火核形成时刻推迟,蓝色预混火焰比例减小;喷油时刻不变时,提高冷却水温度,滞燃期缩短,初始火核形成时刻提前,蓝色预混火焰比例减小。随着正丁醇掺混比例增加,呈现局部混合气率先着火的特征且着火时刻推迟,蓝色预混火焰比例增加,火焰亮度降低,火焰亮度从大到小依次为:D100DB20DB40。D100燃料随喷油推迟,整体光谱的峰值向长波方向移动,碳烟辐射增强, OH谱带的光强峰值先增大后减小, OH和CH_2O谱带出现的时刻推迟,表明高温和低温反应时刻推迟;喷油时刻不变时,提高冷却水温,整体光谱的光强增加, OH和CH_2O谱带的出现时刻提前,表明高温和低温反应时刻提前。掺混正丁醇后的DB40燃料随喷油推迟,光谱的整体光强增加, OH和CH_2O谱带的光强峰值提高,表明推迟喷油对DB40燃料也是有助于促进高温和低温反应。DB40燃料光谱的整体光强低于D100燃料,其OH和CH_2O的谱带出现的时刻迟于D100燃料,表明掺混正丁醇后燃料的高温和低温反应时刻都相对D100燃料推迟。SOI-15、冷却水温95℃工况下, D100燃料的谱线经过2℃A就呈现出了类似碳烟黑体辐射谱的特征,而DB40燃料先呈现出CO氧化连续谱的特征,经过15℃A才呈现碳烟黑体辐射谱的特征。     

原位漫反射红外光谱研究NO在Ag/SAPO-34催化剂上的选择性催化还原

原位漫反射红外光谱研究NO在Ag/SAPO 34催化剂上的选择性催化还原过程。考察了以丙烯为还原剂 ,在富氧及 573～ 773K温度条件下的反应。通过比较初始混合气中加氧或不加氧时反应的原位光谱 ,探讨了氧在NO还原过程中的作用。结果表明 ,氧能充分促进丙稀活化以及增加NOx 吸附态含量 ,并且氧的存在是有效产生有机 氮氧化物 (R NO2 ,R ONO)不可缺少的条件。基于光谱实验 ,认为反应机理为 :NO ,丙烯和氧反应 ,在Ag/SAPO 34催化剂上生成吸附的有机 氮氧化物 ,再由这些吸附物种分解成N2 ,催化还原的关键是形成有机 氮氧化物中间体。     

掺氢甲烷射流扩散火焰燃烧特性分析

采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明，热量的传递主要是通过热气流对流进行，上游高温气流快速沿轴向流动，径向热量传递较弱；而下游轴向速度降低，热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳定，而下游在涡旋作用下出现显著的扰动。射流速度对火焰特性有较大影响，增大射流速度后，火焰高度、辐射强度以及CO、NO、CO₂、H₂O浓度皆显著增加，且辐射强度峰值向下游移动。掺氢量对火焰特性也有重要影响，随着H₂含量增加，燃料向下游传播距离缩短，CO、NO、CO₂浓度降低，H₂O浓度增加。     

均相条件下NO与CO、NCO的反应机理研究

基于量子化学密度泛函理论研究了NO与CO、NCO在均相条件下的反应机理并进行了动力学和平衡常数的分析. CO与NO的均相反应存在两条反应路径：两者首先反应形成中间体CNO₂,CNO₂不易稳定存在,其继续与CO、NO反应分别生成NCO、N₂O. NCO的生成速率大于N₂O,但两条反应路径的反应速率常数都很小.与已发现的反应路径相比,反应中间体CNO₂可以降低均相条件下CO与NO的反应能垒,分析发现CNO₂中的N原子是易发生反应的活性位点. NCO与NO的反应同样存在两条路径,优势反应路径随温度升高而改变,但非优势路径对反应的贡献不能忽略,分析平衡常数可知N₂的存在对反应影响可以忽略,因此燃烧环境中NCO与NO的反应既生成N₂O和CO,也生成N₂和CO₂.     

微重力环境中空气流动与辐射热损失对火焰传播的影响

本文建立了包含辐射热损失的火焰沿热薄燃料表面传播的数学模型。燃毁点的密度作为待求参数出现在模型中。数值计算结果表明,在微重力环境中,火焰传播速度随空气流动速度的变化出现峰值。对比无辐射热损失模型和有辐射热损失模型的计算结果发现,辐射热损失是形成上述微重力燃烧特征的原因。在静止的微重力环境中或弱空气流动速度下,辐射热损失使燃毁点处有大量的残碳生成,但随着空气流动速度的增大,残碳生成量迅速减小。