煤掺氨燃烧中Na对氨/焦还原NO的机理
张保华1
曲名新1
何文俊1
庞波1
朱鸿玮2
徐静颖2
徐义书2
1.湖北省电力规划设计研究院有限公司,湖北武汉 4300402.华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学煤燃烧与低碳利用全国重点实验室,湖北武汉 430074
摘要：燃煤锅炉掺烧低碳氨燃料可以实现大幅碳减排,煤掺氨燃烧中的NO生成与排放问题十分关键.煤中含有Ca、Fe、K、Na等多种典型矿物元素,其对煤燃烧以及掺氨燃烧过程中NO生成与排放影响不尽相同.前人对Ca、Fe、K等矿物元素在煤掺氨燃烧中对NO的生成与还原进行了研究,但是矿物元素Na在煤与富氮燃料氨混合燃烧中NO生成与还原的作用仍不明晰.为了研究煤掺氨燃烧过程中高温贫氧区的NO还原机制以及矿物元素Na的作用机制,采用密度泛函理论进行了模拟计算.首先,利用典型Zigzag模型构建了不同位置吸附Na的焦炭模型,计算结果表明Na原子更易吸附于焦炭边缘未饱和碳上,而不是平行于焦炭吸附.其次,针对NO和NH的不同吸附顺序进行了吸附能计算,结果表明NO和NH分别吸附于Na原子两侧的结构更为稳定,比无Na参与的吸附能最大增加-49.31 kJ/mol.然后,探究了 6种反应物构型的反应详细步骤,其中H原子迁移至焦炭表面后形成N2分子的限速步能垒明显更低.同时,结果表明Na的参与明显降低了反应限速步的能垒,减少了77.12 kJ/mol(路径5相比于路径2).最后,对6条路径的限速步进行了动力学计算,结果表明Na的存在促进了反应的进行,且在低温下更为明显(路径5相比于路径2加快了 4 259倍),同时也降低了反应对温度的依赖性.
关键词：氨煤混燃NaNO异相还原密度泛函理论
分类号：TQ53(煤化学及煤的加工利用)TK91(氢能及其利用)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFB4005704)企业高校合作研发资助项目(03-Q-Q-2022-020)
论文发表日期：2024-11-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 33-43 )
英文信息