煤粉高温空气分级燃烧中N2O生成及转化对NO还原影响的机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51876125
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0604.燃烧学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The furnace overall air-staged combustion technology can greatly reduce NOx emission from pulverized coal combustion. However, the mechanism experiments show that there is a phenomenon of NO second rise after NO deep reduction, which has become a strong stumbling block to achieve ultra-low NOx emission. Previous char nitrogen oxidation mechanism can not give a reasonable explanation for it. Additionally, it was found that NO reduction process would be accompanied by a large number of N2O generation and disappeared after the addition of burnout air. Many studies have been devoted to the mechanisms of N2O formation and decomposition, but all limited to the low temperature (≤1000℃) reactions in fluidized beds. These studies show that generation and decomposition of N2O is inseparable from NO. So, it is possible to speculate that NO high temperature reduction inevitably has complex nitrogen transport and conversion mechanisms concerning N2O, which may be closely related to NO second rise. Because various characteristics including reaction atmosphere and char particles properties are more sensitive to N2O at high temperature, it is of great theoretical and practical value to study the mechanisms of interaction and the mutual conversion between N2O generation and NO reduction in pulverized coal combustion at high temperature (>1000℃). A high temperature fixed bed with precise controllable atmosphere and a down-fired flame combustion furnace will be employed to investigate the paths, conditions and limits of the mutual conversion between NO and N2O under various high temperature and complex combustion atmospheres. The influence mechanisms of atmosphere, temperature, char particles and other controllable factors on the mutual conversion of species containing nitrogen, such as NO, N2O and char nitrogen, will be established to elucidate the underlying mechanism of NO second rise. Correspondingly, the theory and method for eliminating NO second rise are expected be obtained.
炉内整体空气分级燃烧技术能大幅降低燃煤NOx排放量,但实验发现NO深度还原后燃尽阶段会二次跃升,成为实现超低NOx排放的瓶颈,先前的焦炭氮氧化机理对此无法合理地解释;同时发现NO还原时伴随大量N2O生成,且在燃尽风送入后消失。国内外对N2O生成分解有较多研究,揭示了其与NO密不可分。但研究都限于较低温度(≤1000℃)的流化床中,然也可借此推测NO高温还原和N2O存在相互转化等复杂的氮迁移机制,进而与NO二次跃升密切关联。因高温下反应气氛、颗粒等特性对N2O更为敏感,研究煤粉高温燃烧中(>1000℃)N2O生成与NO还原作用关系有重要理论与实用价值。项目拟借助精确可控气氛的高温固定床和下行燃烧炉,研究高温复杂燃烧气氛下NO和N2O相互转化的途径、条件及限度,建立气氛、温度、焦炭颗粒等可控因素对NO、N2O、焦炭氮等含氮物质相互转化的影响机制,揭示NO二次跃升的内在机理和相应抑制理论及方法。

结项摘要

燃烧过程中氮氧化物生成排放问题一直是国内外众多学者长期以来致力于研究的问题,N2O是燃烧过程中特定条件下生成的氮氧化物的形式产物,由于其特殊性一直视为是循环流化床锅炉中的特有产物,在煤粉锅炉燃烧中却被忽略。但是近年来本团队对煤粉高温空气分级燃烧的研究过程中却发现了还原区存在较多N2O生成,以及NO的二次跃升现象,基于此,本文通过可控燃烧环境温度的一维下行燃烧炉和高温固定床反应器等平台深入地研究了煤粉高温空气分级燃烧过程中N2O的生成分解机制和其对NO二次跃升影响的机理。. 本研究首次系统地探索了煤粉高温空气分级燃烧条件下N2O在还原区的生成和NO在燃尽区二次跃升现象,揭示了煤粉空气分级燃烧条件下N2O生成的机制和过渡区NO二次跃升的现象本质。探究了煤粉空气分级燃烧的高温微氧还原区中NO真实还原与隐匿效应的机制。得到了还原区中各种烟气气氛、煤焦单一或联合作用对在微氧高温区间中NO还原及N2O、HCN或NH3和其它含氮中间产物的还原转化影响规律,及还原区复杂热力气氛条件下的NO及N2O等含氮产物相互转化的促进和抑制机理。并基于N2O和NO之间的相互生成转化关系,优化了均相反应动力学模型,建立了N2O和NO生成转化的煤粉单颗粒燃烧模型和基于煤粉空气分级燃烧的NO和N2O多相流反应生成模型,准确地预测了N2O的生成以及其和NO之间的转化关系。. 研究成果对广泛的工业领域燃烧过程中NOx的生成与控制研究具有重要意义,为进一步降低空气分级燃烧过程NOx新技术提供了研究思路和理论支持。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
The effect of iodine additive and coal char on the heterogeneous decomposition of N2O and the generation of NO under high temperature
碘添加剂和煤焦对高温下N2O非均相分解及NO生成的影响
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2019.115949
  • 发表时间:
    2019-11-15
  • 期刊:
    FUEL
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Liu, Songlin;Fan, Weidong;Guo, Hao
  • 通讯作者:
    Guo, Hao
Relationship between the N2O decomposition and NO formation in H2O/CO2/NH3/NO atmosphere under the conditions of simulated air-staged combustion in the temperature interval of 900-1600 degrees C
900~1600℃温度区间模拟空气分级燃烧条件下H2O/CO2/NH3/NO气氛中N2O分解与NO生成关系
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2020.118647
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Energy
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Liu Songlin;Fan Weidong;Guo Hao;Wu Xiaofeng;Chen Jun;Liu Zhuang;Wang Xin
  • 通讯作者:
    Wang Xin
Improvement of kinetic parameters and modeling of the N2O chemical reaction in combustion
N2O 燃烧化学反应的动力学参数和建模的改进
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2022.123445
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Energy
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Songlin Liu;Weidong Fan;Xin Wang;Jun Chen;Hao Guo
  • 通讯作者:
    Hao Guo
Heterogeneous reaction of N2O and formation of NO with coal char in the simulated air-staged combustion atmosphere of pulverized coal at high temperature
模拟煤粉空气分级高温燃烧气氛中N2O与煤焦非均相反应生成NO
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2020.119856
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Songlin Liu;Weidong Fan;Xiaofeng Wu;Jun Chen;Zhuang Liu;Hao Guo
  • 通讯作者:
    Hao Guo
Effects of reburning fuel characteristics on NOx emission during pulverized coal combustion and comparison with air-staged combustion
再燃燃料特性对煤粉燃烧NOx排放的影响及与空气分级燃烧的比较
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2020.117007
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    FUEL
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Fan, Weidong;Chen, Jun;Liu, Songlin
  • 通讯作者:
    Liu, Songlin

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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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高温下煤焦表面含氧官能团对NO-煤焦还原反应的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    热能动力工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李宇;肖萌;范卫东;王俊超
  • 通讯作者:
    王俊超

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范卫东的其他基金

分级燃烧高温烟气循环预热反应模式下氨高效低NOx燃烧机理研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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