创
新点
（1）通过一步法引入铁基助剂利用“热解减氮-燃烧脱硝”两步法控制了NOX的排放。
（2）阐明了铁基助剂在热解和燃烧阶段实现NOX减排的机理。
作者
阎志中1,4，张凯霞2,4，刘月华2,4，刘守军2,3,4，杨颂3,4，杜文广1,2,4
单位
1.太原理工大学山西太原理工资产经营管理有限公司；2.太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室；3.太原理工大学化学化工学院；4.山西省民用洁净燃料工程研究中心
研究背景
我国以煤为主的能源结构在未来相当长的一段时间内难以改变。与此同时,70%的NOx排放来自煤炭燃烧,给大气环境造成严重破坏。NOx按其形成机制分为:热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx三种形式。由于其燃烧温度低,民用散煤在燃烧过程产生的NOx主要为燃料型NOx,占NOx排放总量75%~90%。因此,如何降低民用燃料中氮的含量,同时降低其在燃烧过程NOx排放量是控制民用散煤燃烧NOx排放的关键。
当前的研究大都集中在末端治理(低氮燃烧器、分级燃烧、预热燃烧等低NOx技术以及SCR、SCNR技术),由于其成本高、设备复杂、运行成本大等特点,不适用于散烧煤的NOx排放控制。因此,笔者提出了源头治理方案,即在原煤中引入功能助剂后,经热解制备洁净燃料(民用洁净焦炭)用来替代散烧原煤。民用洁净焦炭在燃烧过程中将发生原位脱硝反应,通过“热解减氮+燃烧脱硝”2步耦合,实现在煤热解中,预先引入的金属助剂使煤中氮定向迁移到气相中,减少热解产物中燃料型氮与挥发氮的含量,得到民用洁净燃料。而在洁净燃料燃烧过程中,借助金属助剂的催化作用原位完成NOx向N2的转化,最终实现NOx的超低排放。
摘要
煤燃烧产生大量氮氧化物(NOx)对生态环境破坏严重,而民用散煤燃烧排放的NOx是燃煤发电排放的1倍。因此,研究民用散烧NOx排放控制意义重大。基于此,提出对原煤经干馏制备民用洁净燃料,借助“热解减氮+燃烧脱硝”2步耦合机制,实现洁净燃料直接燃烧过程NOx的超低排放。
具体研究内容:在管式炉中将煤与金属助剂(FeCl3)先经热解制备洁净燃料,再考察洁净燃料燃烧实验过程NOx排放情况。系统研究铁负载比、热解温度、燃烧温度等因素对氮在“热解-燃烧”过程的迁移规律,并对铁助剂的作用机理进行探讨。
结果表明:铁助剂的负载比为0.5%,热解温度为℃时氮脱除效果最佳,氮脱除率为93.6%。高温热解后的焦炭中铁主要以Fe2O3,Fe3O4,α-Fe形态存在,这些铁物相能够催化更多的含氮化合物转化为无污染N2;同时,温度的升高也有利于洁净燃料燃烧过程NOx的脱除,在燃烧温度为℃时,助剂负载比为0.5%时,NOx排放量为.68mg/m3,相比原煤燃烧NOx排放减少了46.7%。
燃烧过程形成的Fe2O3对NOx与CO,C的还原反应有一定的催化作用,可以催化燃烧过程形成的NO转化为N2。铁助剂的进一步引入,借助“热解减氮-燃烧脱硝”的机制,实现了洁净燃料燃烧NOx超低排放的效果。
部分图片
煤热解实验装置示意
燃烧实验反应系统示意
热解温度为℃下铁负载比对氮脱除率的影响
不同热解温度下DEM和DEM-0.5Fe对氮脱除率的影响
热解温度℃下DEM和DEM-0.5Fe热解产物气固液分布
DEM-的XRD图谱
DEM-0.5Fe在不同热解温度的XRD图谱
不同煤(焦)样在℃燃烧时NOx排放曲线
不同燃烧温度下的DEM-和DEM-0.5Fe-排放NOx量对比
DEM-0.5Fe-完全燃烧后产物的物相转变规律
脱灰煤和载铁煤在℃热解-燃烧过程中氮平衡
铁助剂对长焰煤热解-燃烧中NOx控制作用机理
作者简介
阎志中，男，年9月24日出生，山西文水人。太原理工大学资产公司党委委员、副董事长、总经理，太原理工大成工程有限公司总经理，讲师、工程师，参与编写教材3部，获山西省教学成果一等奖1项，获山西省科技进步三等奖2项，发表论文10余篇，发明专利2项，获“山西省青年科技奖”，“青年管理专家”，个人二等功一次。
研究方向
煤炭能源和可再生资源的清洁高效利用
主要成果
致力于煤炭能源和可再生资源的清洁高效利用等方面研究，成功开发民用洁净焦炭生产关键技术，制备民用洁净焦炭，替代散烧原煤，累计推广70余万吨。经太原市环保局检测，烟粉尘减排96%，二氧化硫、氮氧化物减排70%，生态效益显著。
来源：
阎志中,张凯霞,刘月华,等.铁助剂对长焰煤“热解-燃烧”过程中的减氮脱硝作用[J].煤炭学报,,46(4):-3.
YANZhizhong,ZHANGKaixia,LIUYuehua,etal.Effectofironadditivesonnitrogenreductionanddenitrificationoflong-flamecoalduringpyrolysisand