O2/Ar预热处理和K原子对预热焦炭燃烧机理的影响机制
张雷1
王兴益1
孙锐1
王卓智2
袁梦帆1
陈登科1
陈永新1
1.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨 1500012.河北工业大学化工学院,天津 300401
摘要：煤粉预热燃烧技术和催化燃烧技术可在保证预热焦炭高燃烧效率的同时降低温室气体及氮氧化物的排放.采用原子偶极矩校正的Hirshfeld(ADCH)和静电势(ESP)方法深入揭示O2/Ar预热处理和K原子对预热焦炭(SC-Ar和SC-K-O2Ar)结构特性的影响,并通过密度泛函理论(DFT)探究SC-Ar和SC-K-O2Ar的燃烧机理.结果表明,焦炭内K和酚官能团的存在有效改变了SC-Ar和SC-K-O2Ar的ADCH和ESP特性,其中,C6、C7、C8 和C9 的ADCH电荷分别由0.18e、0.03e、-0.25e和-0.01e变为-0.41e、0.01e、0.11e和-0.16e.在ADCH有色图中,由于O原子和K原子对电子的吸附能力显著强于C原子,所以,羟基中的H原子和K原子的正电荷特性更显著.K原子的ADCH电荷为 0.68e,—OH中的H原子的ADCH电荷为 0.34e.由所构建的焦炭燃烧路径可知,SC-K-O2Ar和SC-Ar的燃烧本质为焦炭内芳香环的断裂及重组.在SC-K-O2Ar的燃烧过程中,主要存在2条反应路径(Path 1和Path 2).其中Path 1的决速步为IM5(TS6→)IM6,能垒为325.01 kJ/mol,略低于Path 2中决速步(IM2′(TS3′→)IM3′)的能垒(360.98 kJ/mol),说明SC-K-O2Ar的燃烧主要遵循反应路径Path 1.SC-Ar的燃烧路径亦有 2条(Path 3和Path 4),Path 3的决速步为R(TS1→)IM1,能垒为430.34 kJ/mol,Path 4的决速步为R(TS1′→)IM1′,能垒为 425.09 kJ/mol,略低于Path 3的决速步能垒,说明SC-Ar的燃烧主要遵循路径Path 4.Path 4的决速步能垒低于Path 1,因此,SC-K-O2Ar的燃烧比SC-Ar更易发生,说明O2/Ar预热处理和K原子可有效促进预热焦炭的燃烧.
关键词：焦炭燃烧O2/Ar预热处理密度泛函理论
分类号：TK16(热能、热力工程)
资助基金：国家自然科学基金(52276109)国家自然科学基金(52006052)
论文发表日期：2024-09-28
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：8( 3985-3992 )
英文信息