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水泥分解炉内氮氧化物释放特性及生成机理研究

作　者: 李莉
导　师: 陆继东
学　校: 华南理工大学
专　业: 工程热物理
关键词: 煤粉燃烧 NOx释放特性 NO生成机理水泥分解炉
分类号: TQ172.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 257次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,我国水泥工业的迅猛发展,已经成为我国居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放来源,严重影响大气环境质量,并成为水泥工业可持续发展的主要制约因素之一。因此减少和控制水泥工业的氮氧化物排放已经成为制约水泥工业可持续发展的紧迫课题。水泥分解炉是水泥工业NOx排放的主要设备之一,本文针对水泥分解炉内的低温、高浓度CO2、复杂多变气氛、大量水泥生料分解和煤粉燃烧过程相互耦合等特点,研究分解炉内特殊工况条件下煤粉燃烧过程中燃料NOx的释放特性和生成机理。采用实验研究方法研究炉内低温、高浓度CO2、水泥生料分解和煤粉燃烧过程相互耦合等因素对煤粉及煤焦燃烧过程中NOx释放特性的影响及作用规律。采用化学反应机理模拟研究方法,从化学反应动力学的角度研究分解炉内低温高浓度CO2和复杂多变气氛下NOx的转化机理及动力学反应过程,为有效预测水泥分解炉内NOx排放及发展水泥工业NOx减排和控制技术提供理论依据和实验基础。本论文的研究内容主要围绕以下几章展开:首先介绍了水泥生产工业特点及其NOx产生的主要来源,分析研究水泥分解炉内NOx释放特性及转化机理的研究意义,总结国内外普通电站煤粉锅炉NOx转化机理的研究现状,为后续的实验设计、分析及模拟研究提供参考和理论基础,最后提出本文的主要研究内容。针对水泥分解炉条件下低温、高浓度CO2、水泥生料存在特点,展开煤粉燃烧过程中的NOx释放特性的实验研究,探索分解炉内特殊工况条件下燃煤过程中燃料NOx的释放规律,分析水泥分解炉内煤粉低温悬浮燃烧过程中高浓度CO2和水泥生料存在对燃料NOx释放的影响程度和影响机理。详细介绍化学反应动力学机理模拟研究的计算方法、计算原理和模型,分析了对燃烧过程进行详细气相反应动力学研究的重要意义,同时总结了自上世界80年代以来,国内外应用Chemkin研究燃烧领域详细反应动力学的具体发展过程和主要研究内容,为后续研究分解炉内NOx气相转化详细反应动力学提供理论计算依据。从化学动力学的角度,采用气相化学反应动力学模拟研究方法,研究分解炉内低温、高浓度CO2、复杂气氛条件下煤粉挥发份燃烧过程中挥发份中含氮前驱化合物HCN转化生成NO的转化机理,采用生成速率分析方法和反应路径分析方法分析各影响因素对NOx生成的作用机制,得出分解炉内低温、高浓度CO2、多变气氛条件下煤粉挥发份中HCN转化生成NO的化学动力学机理过程和主要反应路径,为有效预测分解炉内NOx排放提供理论指导意义。最后,对全文进行了总结,同时对现有工作的不足和进一步的研究内容提出了展望。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章绪论  12-26
  1.1 水泥生产工艺及NOx的产生和控制  12-13
  1.2 分解炉内NOx释放特性及生成机理的研究意义  13-14
  1.3 煤燃烧过程中NOx释放特性及转化机理研究现状  14-24
    1.3.1 煤粉燃烧过程中N析出特性  14-15
    1.3.2 煤粉燃烧过程中NOx释放特性  15-16
    1.3.3 NOx生成机理研究现状  16-20
    1.3.4 NOx还原机理的研究现状  20-24
  1.4 本文的主要研究内容  24-26
第二章分解炉内燃料NO释放特性实验研究  26-36
  2.1 实验装置及实验方法  26-29
  2.2 高浓度CO_2燃烧条件下NO释放规律  29-30
  2.3 水泥生料对燃料NO释放的影响规律和机理实验研究  30-34
  2.4 本章小结  34-36
第三章详细气相反应动力学模拟计算原理和模型  36-41
  3.1 详细气相反应动力学模拟研究方法分析  36-38
  3.2 气相反应动力学模拟的发展和应用  38-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章水泥分解炉条件下挥发份NO生成机理模拟研究  41-68
  4.1 挥发份NOx生成机理模拟计算算法和模型  41-43
    4.1.1 动力学机理模拟计算方法  41-42
    4.1.2 分解炉内挥发份NOx生成机理模拟计算物理模型  42-43
  4.2 过量空气系数和高浓度CO_2对挥发份NOx生成的影响规律  43-48
    4.2.1 过量空气系数和高浓度CO_2对挥发份NOx生成的影响规律  43-46
    4.2.2 过量空气系数和CO_2浓度对挥发份NO生成的影响机理分析  46-48
  4.3 分解炉内贫氧燃烧条件下挥发份NOx生成机理研究  48-57
    4.3.1 低温贫氧高浓度CO_2下NO生成机理分析  48-52
    4.3.2 低温贫氧高浓度CO_2燃烧条件下NO生成简化机理验证分析  52-53
    4.3.3 活性含氮中间体HNO生成机理分析  53-55
    4.3.4 分解炉内挥发份中HCN氧化生成NO的主要反应路径  55-57
  4.4 分解炉条件下挥发份NO生成反应动力学研究  57-66
    4.4.1 分解炉条件下挥发份NO生成反应动力学机理分析  57-62
    4.4.2 分解炉条件下挥发份NO生成路径分析  62-66
  4.5 本章小节  66-68
第五章全文总结和展望  68-72
  5.1 全文总结  68-70
  5.2 进一步工作的建议和展望  70-72
参考文献  72-83
攻读硕士学位期间取得的研究成果  83-85
致谢  85-86

水泥分解炉内氮氧化物释放特性及生成机理研究

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