洁净煤技术

作者：张保华, 曲名新, 何文俊, 庞波, 朱鸿玮, 徐静颖, 徐义书

关键词：氨煤混燃,Na,NO,异相还原,密度泛函理论

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。

来源：2024年第11期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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