煤炭学报

作者：岳爽, 丁浩浩, 赵硕, 张月, 洪迪昆, 邓海顺,

关键词：氧–水蒸气燃烧, 脱挥发分阶段, H₂O, 含氮前驱物, 分子动力学,

近年来，以O2、H2O为工质的第3代富氧燃烧——氧–水蒸气(Oxy-steam)燃烧技术，因其巨大的CO2捕集潜力及优良的系统可靠性而备受关注。然而，H2O对煤粉着火燃烧的影响十分复杂且非线性，尤其对于高浓度H2O(体积分数30%～80%)作用下的煤氮热变迁机理尚且不明，传统的低氮燃烧技术或将不再适用于O2/H2O燃烧，进而加剧氮氧化物(NOx)排放超标风险。为此，借助基于ReaxFF的分子动力学(Molecular Dynamics, MD)模拟，结合原子示踪方法，研究O2/H2O燃烧前期脱挥发分阶段煤中有机氮的迁移转化特性，重点关注了含氮官能团赋存形态的演化过程及含氮前驱物生成反应路径，为开发适用于Oxy-steam燃烧的低氮燃烧调整工艺提供理论基础。结果表明：脱挥发分阶段初期，H2O的存在促进了氢氧基团尤其是·OH自由基与羟基官能团(C—OH)的生成，有利于含氮官能团所在芳香环的裂解以及含氮前驱物的释放，但这种影响在脱挥发分前期并不明显；大量氢氧基团的生成促使位于芳香环内部的季氮(N-Q)向处于碳链边界的吡啶氮(N-6)发生转化，同时加剧了煤中原有的N-6、吡咯氮(N-5)向氧化型/不定型氮(N-X)发生迁移，导致煤脱挥发分阶段前期，湿环境下得到的固相燃烧产物中N元素多以N-6、N-X的形式存在，煤中含氮官能团稳定性更低、活性更高；此外，随着煤氮热变迁过程的进行，H2O及其衍生基团的存在改变了含氮前驱物的生成来源，提高了N-6向HCN、N-5向NH3的转化率，但相同工况下HCN、NH3产率受H2O的影响不大。

来源：2024年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

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