水泥分解爐內(nèi)NO生成和還原機(jī)理的實(shí)驗(yàn)及模擬研究.pdf

1、隨著水泥工業(yè)的快速發(fā)展及其產(chǎn)量的日益提高，水泥生產(chǎn)已是我國NOX排放的重要來源之一，僅次于火力發(fā)電和汽車尾氣之后居第三位。水泥預(yù)分解窯技術(shù)(干法水泥生產(chǎn)技術(shù))是當(dāng)今世界水泥工業(yè)的主流生產(chǎn)工藝，分解爐是干法水泥生產(chǎn)工藝中降低NOX排放的有效設(shè)備。國內(nèi)外研究者注重降低水泥預(yù)分解窯NOX排放的實(shí)際效果，而對爐內(nèi)NOX生成和還原的機(jī)制研究較少。所以，開展水泥分解爐這一特殊工況條件下NO轉(zhuǎn)化機(jī)制研究對水泥工業(yè)的NOX減排具有重要的意義。
　

2、　本論文總結(jié)和分析了水泥分解爐內(nèi)NO生成與還原反應(yīng)機(jī)理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。采用理論分析、模擬實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合的方法對分解爐內(nèi)NO生成和還原反應(yīng)規(guī)律，以及全尺度分解爐內(nèi)NO的分布特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本論文主要從以下幾個(gè)方面開展研究工作：
　　利用模擬分解爐懸浮及噴騰條件的高溫氣固懸浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對分解爐內(nèi)不同類型的水泥生料、生料的各種配料及高CO2濃度對煤粉和煤焦燃燒過程中NO生成反應(yīng)的影響規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，水泥生料

3、及其配料對煤粉和煤焦燃燒NO的生成反應(yīng)均具有一定的催化作用，不同類型的生料對煤燃燒NO生成反應(yīng)的催化作用差異不大，生料配料中石灰石對NO生成反應(yīng)的催化作用最強(qiáng)。氣氛中CO2濃度升高，煤粉和煤焦燃燒過程中NO的生成反應(yīng)速率降低，NO排放總量減少。升高溫度對煤粉和煤焦燃燒NO的生成有一定的促進(jìn)作用；氣氛中CO2濃度升高，添加生料及升高溫度對煤粉和煤焦燃燒NO生成的促進(jìn)作用減弱。
　　分析了水泥分解爐內(nèi)煤粉和煤焦對窯尾煙氣中NO的還原作

4、用機(jī)制，得到了不同溫度條件下水泥生料及CO2濃度對煤粉和煤焦還原NO的影響規(guī)律；探討了煤焦及生料對CO還原NO反應(yīng)的影響作用。研究表明，煤粉和煤焦對NO的還原作用差異較大；揮發(fā)分與NO的反應(yīng)速率更快，焦炭與NO反應(yīng)的速率較慢，但與NO反應(yīng)的時(shí)間相對較長；生料對揮發(fā)分和焦炭還原NO的反應(yīng)均有一定的催化作用，且生料對揮發(fā)分含量高的煤粉還原反應(yīng)的催化作用更強(qiáng)；溫度升高，生料對NO還原反應(yīng)的催化作用也逐漸增強(qiáng)。氣氛中CO2濃度升高，煤粉和煤焦對

5、NO的還原能力均增強(qiáng)，而生料對NO還原反應(yīng)的催化作用減弱。煤焦和生料對CO還原NO的反應(yīng)均有一定的催化作用，但CO2濃度升高時(shí)，生料對CO還原NO反應(yīng)的促進(jìn)作用降低。
　　在模擬分解爐的懸浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上，研究了分解爐內(nèi)煤粉及煤焦在氧氣存在的條件下對窯尾煙氣中NO還原的動(dòng)態(tài)變化特性，得到了揮發(fā)分和焦炭在燃燒過程中NO生成和還原的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律。研究表明：在氧氣存在條件下，煤粉還原NO的轉(zhuǎn)化過程分為均相還原和異相氧化兩個(gè)階段。添加水泥生料

6、、變化溫度及O2濃度，煤焦及煤粉與NO反應(yīng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化過程均會(huì)發(fā)生一定的變化。分解爐內(nèi)NO生成及還原的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制實(shí)驗(yàn)研究，揭示了分解爐內(nèi)窯尾煙氣中NO被大量還原的本質(zhì)。
　　在煤焦燃燒及水泥生料分解耦合作用研究的基礎(chǔ)上，對分解爐條件下煤焦燃燒過程中NO生成反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了理論分析及實(shí)驗(yàn)研究，得到了適用于水泥工業(yè)常用的幾種煤樣的煤焦燃燒過程中NO生成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型與參數(shù)，并將各模型和參數(shù)應(yīng)用于分解爐NO排放模擬的計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)

7、平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，從動(dòng)力學(xué)的角度探討了分解爐內(nèi)煤焦燃燒過程中NO生成及實(shí)際排放之間的關(guān)系。
　　分析了分解爐內(nèi)NO生成及還原的主要途徑及數(shù)值模擬的數(shù)學(xué)模型，在原有分解爐熱態(tài)模擬計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)上，建立了分解爐NO排放數(shù)值模擬計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上模擬分析了某5000噸/天生產(chǎn)能力的全尺寸三噴騰分解爐的NO分布規(guī)律。研究結(jié)果表明，在三噴騰分解爐三次風(fēng)入口上部區(qū)域的NO濃度最高，溫度對爐內(nèi)NO排放的影響較大；分三次風(fēng)可以