煤热解实验和燃烧实验均是在滴管炉中进行的。炉膛用硅碳管作加热元件，硅碳管长为800 mm，内径为25 mm。采用微型沸腾式给粉器向炉内给粉，给粉量为1 g/min。载气分别采用氩气(热解实验)和空气(燃烧实验)。
1.1　煤热解实验
　　热解实验时炉内最高温度为1 200 ℃，炉内用氩气作为惰性气氛。载气(氩气)分为两部分，一部分作为一次风进入给粉器并携带煤粉进入炉膛，另一部分作为二次风。一次风风量150 NL/h，二次风风量200 NL/h。气体取样点在炉子底部，并收集各种煤热解后的焦碳用作分析煤中氮的热解程度。煤热解生成中间产物HCN和NH₃用PXD-3型数字式离子计进行分析测量，NH₃吸收液为0.2 mol/L H₂SO₄溶液，而HCN选用0.2 mol/L NaOH和0.2 mol/L KNO₃的混合溶液作为吸收液。
1.2　煤燃烧实验
　　煤燃烧实验炉内最高温度为1 300 ℃，载气为空气。空气也分为两部分，一次风风量100 NL/h，二次风风量50 NL/h。烟气取样点在炉子底部，并采用NOA-305型NO_X分析仪和POT-101型便携式O₂分析仪，分别测量烟气中的NO_X和O₂的浓度。由于仪器前装有过滤器和干燥件，所以，测量结果为干烟气成分。为了对不同煤种进行比较，将测量的NO_X浓度均换算成6%剩余氧量下干烟气中的NO_X浓度。
　　这里要说明的是，为了在热解实验中保持炉内惰性气氛，热解实验时加入的氩气量多于燃烧时加入的空气量。

2.1　煤热解试验
　　图1为HCN和NH₃的生成量随挥发分的变化关系。由图1知，煤热解后的中间产物NH₃的生成量随煤种变化幅度不大(范围11.48～28.4 μL/L)，而HCN的生成量随煤种变化较大。并且，中间产物HCN的生成量随着挥发分的增加而增加。

图1　NH₃和HCN的浓度与V^r的关系

　　文献^［4］是总结了前人在煤热解方面所做的大量工作后提出的结论，煤中N元素主要分布在化合物氮茂、氮苯和氮4中；煤在热解的过程中，NH₃主要由氮4生成，而氮苯和一部分氮茂则生成HCN。由于煤中化合物氮茂、氮苯和氮4的多少与煤的形成过程有关，所以，不同的煤在热解过程中生成的NH₃和HCN是不同的。
　　图2为挥发分N与煤中总含氮量的比值与挥发分的关系。由图2可知，挥发分越多的煤V—N也越多。

图2　［挥发分N］/［煤中N］与V^r的关系

　　图3为HCN和NH₃的比值随挥发分的变化关系。由图3可知，不同煤种［HCN］/［NH₃］值总的变化趋势是随着挥发分的增加而增加。但是，对于个别煤种来说，［HCN］/［NH₃］的值随挥发分的变化而变化较多或者较少。如9号和6号煤相对于其挥发分来说，HCN的生成量较多，因此，［HCN］/［NH₃］也较多。而5号煤相对于其挥发分来说，由于HCN的生成量较少，因此，［HCN］/［NH₃］也较少。这种情况是由于煤中化合物氮茂、氮苯和氮4的含量不同所造成的。

图3　［HCN］/［NH₃］与V^r的关系

2.2　煤燃烧试验
　　图4～5分别表示［HCN］/［NH₃］和NO_X生成量与V^r的关系。由图可知，挥发分较多的煤，NO_X生成量越多；［HCN］／［NH₃］值越大的煤，NO_X生成量也越多。但是，对于所有煤种来说，NO_X生成量随着V^r和［HCN］/［NH₃］的变化并不是线性变化的。例如，9号煤的挥发分比5号煤的挥发分少，但9号煤的NO_X生成量为502.3 μL／L，而5号煤的NO_X生成量仅为389.2 μL/L。这是由于在燃烧的过程中，9号煤生成的中间产物HCN比5号煤的中间产物HCN多的缘故。因此，要比较各种煤在滴管炉中燃烧生成的NO_X量的多少，应从煤的成分和其燃烧的中间产物HCN、NH₃来综合分析。

图4　NO_X的生成量与V^r的关系

图5　NO_X生成量与［HCN］／［NH₃］的关系

2.3　滴管炉中NO_X生成量的预测指数
　　图6为NO_X生成量与V^r×N^f×［HCN］／［NH₃］的关系。由图6可知，随着V^r×N^f×［HCN］／［NH₃］的增加煤燃烧中NO_X生成量也增加，并满足下列回归关系式：

［NO_X］＝257.604 96＋3.954 86X－0.008 72 X²

式中　［NO_X］——滴管炉中NO_X的生成量，μL/L；
X——10⁴×V^r×N^f×［HCN］／［NH₃］。
　　回归方程的相关系数为0.967。适用范围：滴管炉，挥发分(可燃基)从8.65到34.75的煤种。从图6可知，V^r×N^f×［HCN］／［NH₃］越大的煤，NO_X生成量也越大。因此，对不同的煤种可直接比较它们的V^r×N^f×［HCN］／［NH₃］值的大小来判别哪种煤NO_X生成量多，哪种煤NO_X生成量少。

图6　NO_X生成量与V^r×N^f×［HCN］／［NH₃］

　　煤热解后的中间产物NH₃的生成量随煤种变化幅度不大(范围11.48～28.46 μL/L)，而HCN的生成量随煤种变化较大。挥发分多的煤HCN的生成量也越多；挥发分越多的煤V—N也越多。不同煤种［HCN］／［NH₃］的值总的变化趋势是随着挥发分的增加而增加的。
　　煤中挥发分越多，NO_X生成量越多；［HCN］/［NH₃］值越大的煤，NO_X生成量也越多。要比较各种煤在滴管炉中燃烧生成的NO_X量的多少，应从煤的成分和其燃烧的中间产物HCN、NH₃来综合分析。煤燃烧中NO_X生成量随着V^r×［HCN］/［NH₃］值的增加也增加；对不同的煤可直接比较它们的V^r×N^f×［HCN］／［NH₃］值的大小来判别哪种煤NO_X生成量多，哪种煤NO_X生成量少。

[1] [2] 下一页