炉膛中MgH2的放氢和脱硫脱硝机理研究

摘要

本文提出在炉膛温度条件下，用MgH2颗粒同时实现劣质燃料的助燃和脱硫脱硝；研究了MgH2颗粒的放氢特性，助燃效果和脱硫脱硝机理。
　　MgH2放氢过程实质上是MgH2的化学分解过程，同时是一个热力学平衡过程，本文建立了炉膛温度条件下MgH2颗粒放氢热力学平衡方程和化学平衡判据，分析了在达到热力学平衡时炉膛温度对平衡压力及表面自由能的影响；建立了MgH2颗粒放氢动力学方程，分析了MgH2颗粒直径和炉膛温度对MgH2分解的影响。
　　MgH2颗粒在炉膛温度条件下的分解，也是由外向内的热量传递过程，达到了理论分解温度时，MgH2就开始分解，直至放氢完毕。本文依据球形MgH2颗粒的热平衡方程和传热微分方程，得到了MgH2颗粒起始分解时间和分解时间的计算公式，计算了烟气温度、颗粒速度、颗粒直径和烟气流速对起始分解时间和分解时间的影响。计算结果表明，颗粒直径越大分解时间越长，颗粒速度、烟气温度和烟气流速越大，分解时间越短，颗粒直径和烟气温度对起始分解时间和分解时间的影响较大。
　　建立了MgH2两步脱硫模型，指出了SO2初始浓度、颗粒直径、Mg/S、反应速率常数和扩散系数等参数是影响脱硫效率的因素，MgH2的脱硫效率在30％左右；用MgH2脱硝主要是H2的再燃作用，研究表明，HNO和NHi对再燃效果起关键作用，但脱硝效率不高，一般小于10%；MgH2颗粒能够提高炉膛局部温度，对低质动力用煤有一定的助燃作用。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 我国大气污染现状

1.2.2 联合脱硫脱硝研究现状

1.2.3 再燃技术研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 MgH2颗粒放氢热力学和动力学研究

2.1 MgH2放氢机理

2.2 MgH2颗粒放氢热力学研究

2.2.1 MgH2颗粒表面热力学

2.2.2 MgH2放氢平衡的建立及平衡氢压的导出

2.2.3 温度对MgH2放氢平衡压的影响

2.2.4 PH2与炉膛温度的关系

2.2.5 炉内温度与自由能的关系

2.3 MgH2颗粒放氢动力学研究

2.3.1 MgH2脱附速率

2.3.2 MgH2颗粒放氢宏观缩核物理模型的建立

2.3.3 MgH2放氢动力学方程的建立

2.3.4 炉膛温度条件下MgH2放氢动力学计算

2.3.5 MgH2颗粒直径对放氢动力学性能的影响

2.4 本章小结

第3章 MgH2颗粒传热及助燃效果研究

3.1 单颗粒MgH2起始分解时间研究

3.1.1 MgH2颗粒传热基本方程

3.1.2 方程的求解

3.1.3 有关参数的确定

3.1.4 计算结果及分析

3.2 单颗粒MgH2分解时间研究

3.2.1 传热微分方程的建立及求解

3.2.2 计算结果分析

3.3 炉内MgH2颗粒喷入参数的研究

3.3.1 颗粒直径与颗粒速度的确定

3.3.2 颗粒喷入位置的确定

3.4 MgH2助燃效果研究

3.5 本章小结

第4章 MgH2炉内脱硫脱硝研究

4.1 引言

4.2 炉膛内MgH2脱硫机理研究

4.2.1 炉内SO2浓度的计算

4.2.2 炉内MgH2颗粒脱硫反应动力学描述

4.2.3 MgH2颗粒两步脱硫模型及数值计算

4.3 炉膛内MgH2脱硝机理研究

4.3.1 燃料氮转化为NO的化学反应

4.3.2 H2再燃还原NOX机理

4.3.3 炉内MgH2颗粒脱硝机理研究

4.3.4 H2再燃脱硝能力分析

4.4 炉内MgH2颗粒脱硫脱硝经济性评价

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致谢