钙对氨煤混燃高温贫氧区NH协同煤焦还原NO影响机理
汪辉春1
陈萍1
顾明言1
方瑶1
王莹1
樊建人2
1.安徽工业大学能源与环境学院,安徽马鞍山 2430022.浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州 310000
摘要：氨煤混燃可有效降低火力发电中CO2排放,但氨作为N源与煤混烧时会增加NOx排放,探究氨煤混燃过程中NO还原机理对实现氨煤混燃低氮排放非常必要.采用密度泛函理论探究氨煤混燃高温贫氧区内NO还原机理,进一步分析煤中重要矿物质钙对NH3协同煤焦还原NO的影响.理论计算结果表明,高温贫氧区内氨基/煤焦可将NO通过形成NNH、N2O等重要过渡中间产物进而还原成N2,NH协同煤焦还原NO中NNH的形成需克服438.49 kJ/mol能垒,成为体系反应决速步.矿物质钙不利于NH和NO在煤焦表面吸附,降低二者在煤焦表面的吸附能约187.09 kJ/mol.煤焦表面顶部Ca存在下NH还原NO可通过生成中间产物NNH(路径1)和N2O(路径2)2种路径实现,路径1决速步能垒为636.41 kJ/mol,较NH/煤焦/NO体系的决速步能垒高出197.92 kJ/mol;Ca参与下路径2中决速步N2O自由基的形成需455.74 kJ/mol,较NH/煤焦/NO体系的决速步能垒高出17.25 kJ/mol,2条路径均表明金属矿物质钙抑制了NH/煤焦对NO的还原.Ca的存在增强了NNH基团与煤焦表面结合能,使得顶部钙催化作用下路径1较路径2抑制作用更强.采用过渡态理论计算了Ca参与前后NH/煤焦/NO体系决速步动力学参数,结果表明,顶部钙参与下NH协同煤焦还原NO的速率低于无钙参与体系NO的还原速率,且路径1中NH协同煤焦还原NO速率比路径2更低,确定了顶部钙催化作用下路径1较路径2抑制作用更强,动力学结果与热力学结果一致.
关键词：氨煤混燃煤焦氨基NO矿物质钙
分类号：TK16(热能、热力工程)
资助基金：国家自然科学基金(52206129)安徽省自然科学基金青年资助项目(2208085QE158)能源清洁利用国家重点实验室开放基金资助项目(ZJUCEU2021011)
论文发表日期：2023-12-28
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：10( 4607-4616 )
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