生物质热解焦吸附模拟烟气中SO2和NO的实验研究

以麦秆、稻秆、棉花秆、玉米秆和稻壳等5种生物质原料为对象,在热解温度Tp 673~1 073 K范围内,采用快速热解和慢速热解方式制备了生物质焦,利用固定床吸附反应装置研究了焦粒粒径、热解温度、热解速率、烟气组成、吸附反应温度和生物质种类等因素对生物质焦吸附模拟烟气中SO2、NO的影响。结果表明:生物质焦对SO2的吸附效率和吸附量随着生物质焦粒径的减小而增加,但其增加趋势逐步减小。随着热解温度升高,生物质焦对SO2的吸附效率和吸附量均呈现先上升后下降的趋势。快速热解生物质焦对SO2和NO的单独吸附效率和吸附量均高于慢速热解焦。生物质焦对SO2和NO的吸附效率和吸附量均随着吸附反应温度的升高而下降。生物质焦对SO2吸附能力显著优于吸附NO的能力,模拟烟气中SO2组分对NO吸附具有显著促进作用。SO2和NO同时吸附时,WS-RP873型生物质焦对SO2的吸附量较单独吸附时减少了22.3%,但其对NO吸附量却提高了112%。在Tp 873K快速热解条件下,各种生物质焦对SO2吸附量顺序为麦秆焦>玉米秆焦>稻秆焦>稻壳焦>棉花秆焦,对NO吸附量顺序为麦秆焦>稻秆焦>玉米秆焦>稻壳焦>棉花秆焦。     

生物质再燃脱硝特性的实验研究

沉降炉实验结果表明,生物质再燃可以获得70%左右的脱硝效率。在1373 K温度范围内,随着温度的升高,棉秆、麦秆、梧桐木和松木的再燃脱硝效率均有提高。为保证较高的脱硝效率,再燃区过量空气系数、再燃比以及停留时间应分别为0.6～0.8、20%和0.7 s左右。同时,燃料粒径对脱硝效率影响不明显。而随着NO初始浓度的增加,脱硝效率得到相应的提高。     

生物质再燃脱硝的试验研究

采用恒温沉降炉研究了秸秆、稻壳2种生物质及一种煤粉作为再燃燃料的NO还原特性,针对燃料种类、过量空气系数、停留时间及再燃比例4个因素的改变对脱硝率的影响进行了实验研究,同时对3种燃料的再燃燃尽特性进行了分析。研究表明：生物质脱硝能力明显高于煤粉,提高再然比例及减小过量空气系数,3种燃料的脱硝率有不同程度的提高,其中秸秆脱硝率最高,稻壳中等,煤粉最低;在一定的再燃停留时间内(650 ms),延长停留时间,脱硝率增加,超过这一停留时间,脱硝率增加缓慢。生物质与煤粉相比,在相同反应条件下能获得更高的脱硝效果,同时其不完全燃烧损失保持在合理的范围内。     

煤粉再燃过程再燃煤比脱硝量的实验研究

对于煤粉再燃过程,定义单位质量再燃煤粉还原NO量为比脱硝量。在煤粉携带炉上进行再燃实验。对不同工况下NO还原效率与比脱硝量进行对比研究,分析O2浓度、再燃燃料比与煤粉细度对比脱硝量的影响规律。实验与分析结果表明：NO还原效率高并不意味比脱硝量高;NO还原效率随O2浓度降低和再燃燃料比增加而单调增加,但比脱硝量变化规律相对复杂。不同细度煤粉达到最高比脱硝量的工况不同。过量空气系数为0.3~0.65的范围为高比脱硝量区。煤粉粒径减小、反应时间增加导致NO还原效率与比脱硝量增加。     

生物质废弃物再燃降低NOx排放的试验研究

再燃技术降低锅炉NOx排放是当前炉内脱硝的重要技术。在小型滴管炉内进行了采用生物质废弃物作为再燃燃料还原模拟烟气中NO的热态试验。通过改变生物质种类、再燃区反应温度、再燃燃料量等试验条件，获得再燃区NO被还原的试验结果，并对结果进行了简要分析。     

水蒸气与添加剂对生物质再燃/高级再燃脱硝特性的影响

以稻壳和氨气还原剂为对象,利用携带流脱硝试验装置,研究了再燃区反应温度(T2)、再燃区化学计量比(SR2)、水蒸气含量、添加剂种类与浓度等对生物质再燃/高级再燃脱硝效果的影响。结果表明:随着T2升高,生物质再燃与高级再燃的脱硝效率呈现不同的趋势,高级再燃下脱硝效率呈现先上升后下降再趋于稳定的趋势,其相应的脱硝窗口温度为950~1 100℃。随着SR2降低,稻壳再燃脱硝效率逐渐升高,而高级再燃脱硝效率先增加后降低,最佳SR2在0.7~0.9之间。随着水蒸气含量增加,生物质再燃/高级再燃脱硝效率均呈现先增加后降低的趋势,水蒸气量为4%左右时脱硝效率最佳。添加剂对生物质再燃/高级再燃脱硝均有一定的促进作用,其中Fe2O3促进作用最为显著,NaOH和Na2CO3次之,KCl和Ca(OH)2的促进作用较差。添加剂浓度(50~150?mol/mol)对脱硝效率的影响不显著,水蒸气与添加剂耦合可显著增加生物质再燃/高级再燃脱硝效率;与无水蒸气和无添加剂相比,4%水蒸气含量与100?mol/mol Na2CO3耦合作用的再燃/高级再燃脱硝效率分别提高13.5%与11.4%。     

超细煤焦的细度对再燃还原NO的影响

以烟煤和褐煤混煤超细煤粉制作的煤焦作为再燃燃料，用N2，O2，CO2，NO配制模拟烟气，在立式携带流反应器中进行了煤焦再燃还原NO的实验，研究了超细煤焦的细度对炉内1300℃高温烟气中再燃还原NO 的影响。结果表明：①NO 的还原效率随着超细煤焦细度的提高而增大；②在再燃燃料比为20%~25%、再燃区的初始氧浓度为2%~4%的工况范围内，煤焦细度对NO 还原效率的影响显著；③在其它情况相同的条件下，当煤焦细度由154mm筛下提高到71mm筛下时，再燃还原NO的效率增加幅度不大；当煤焦细度由71mm筛下提高到45mm筛下时，再燃还原NO的效率大幅度增加；④NO还原效率与煤焦粒径的2次方成反比。     

地下气化煤气作为多组分还原性气体脱硝的实验研究

为了揭示再燃过程中地下气化煤气作为多组分还原性气体(H2、CO等)降低还原NO的影响规律,在气体反应器实验台上进行了多组分还原性气体脱硝的实验研究。实验结果表明：反应温度不变时,化学当量比增大,NO脱除率逐渐降低;化学当量比较低时,随着反应温度的升高,NO脱除率逐渐升高;化学当量比较高时,再燃区存在一个最佳反应温度条件;停留时间对多组分气体再燃脱硝的影响规律表明,为提高再燃过程的脱硝效率,在锅炉设计时应尽量增加再燃燃料在再燃区的停留时间;再燃燃料比的增加使再燃区还原性气体浓度增加,这必然提高NO与还原性气体的反应速率,有利于进一步提高NO脱除。实验结果有利于了解多组分还原性气体再燃降低还原NO特性,组织良好的燃烧条件,可为理论研究提供参考依据。     

天然气再燃还原NO的实验研究

天然气再燃是控制燃煤电站氮氧化物排放的先进技术。对天然气再燃还原NO的关键影响因素进行了系统实验研究,发现脱硝效率随着天然气/NO摩尔比以及温度的增加而提高;再燃区存在最佳过量空气系数,α在0.8左右时脱硝效率最高;延长再燃区停留时间有利于降低NO的排放,但超过1.53s后,继续增加停留时间对脱硝效率的影响并不明显。     

超细煤粉的细度对再燃还原NO的影响

以烟煤和褐煤混煤的超细煤粉作为再燃燃料，用N2、O2、CO2、NO配制模拟烟气，在立式携带流反应器中进行了煤粉再燃还原NO的实验，研究了超细煤粉的细度对炉内1300℃高温烟气中再燃还原NO的影响。结果表明：①超细煤粉在再燃区内最佳停留时间约为0．8s：②NO的还原效率随着超细煤粉细度提高而增大；③在再燃燃料比为20％～25％、再燃区的初始氧浓度为4％—6％的工况范围内，煤粉细度对NO还原效率的影响显著；④在保证一定的NO排放浓度水平的情况下，使用较细的超细煤粉作为再燃燃料时，可以减少再燃燃料的投入量。     

再燃过程再燃煤粉燃料N释放规律的试验研究

再燃煤粉燃料N的释放特性是影响再燃过程中NO还原效率的关键因素。在携带炉煤粉再燃试验过程中采集了不同实验条件下经历不同反应时间的煤焦样，对其元素构成进行了测定，并分析了不同煤粉细度、再燃燃料比和再燃区氧量下再燃煤粉燃料N的释放规律，研究了燃料N释放与NO还原效率间的关系，并对N、H、O等元素的释放速率进行了比较。结果表明，在不同实验条件下，再燃煤粉燃料N的释放对NO还原效率的影响规律也不相同，减小再燃煤粉粒径可促进燃料N迅速释放，有利于提高NO还原效率；降低再燃燃料比或提高再燃区氧量也可促进燃料N迅速释放，但会导致NO还原效率下降；再燃区初始氧量小于4％时，氧量改变对燃料N的释放速率影响显著。在相同的实验条件下，燃料N的释放速率比燃料H和燃料O的释放速率小。     

甲烷先进再燃脱硝特性的实验研究

为了获得高效、低成本的NOx脱除技术,在一管式石英反应器上对使用尿素溶液作为还原剂、甲烷作为再燃燃料的先进再燃过程进行了实验研究,结果表明:①随着再燃区过量空气系数α2的增加,AR过程的最佳脱硝温度(topt)先升高而后再降低,最高温度出现在α2=1.0左右,R=2.0时最佳脱硝温度可高达约1 250℃;②AR最佳脱硝效率在α2=1.13附近达到极大值,即还原剂宜喷入弱氧化性气氛中为合适,R=1.5时最佳脱硝效率即高达约90.7%;③AR过程在取得高脱硝效率的同时可以有效控制尾部的NH3泄漏,相对于NH3而言HNCO需要更高的温度才能促使其消亡;④AR过程的N2O排放只在1～2个实验温度点时才明显出现,同时N2O排放量也相对较低。     

生物燃料再燃脱硝特性实验研究

采用木屑、谷壳和干污泥等3种生物燃料作为再燃燃料,在一台93 kW的燃煤单角炉上进行了生物燃料再燃降低燃煤过程中NO排放的实验,研究再燃燃料种类、再燃燃料载气、再燃燃料比例等各种关键因素对NO还原率的影响,同时对再燃区内的NO、O2、CH4、HCN和NH3等关键气体组分浓度分布进行了测量.实验结果表明:生物燃料再燃能有效降低NO排放,实验条件下,木屑再燃NO还原率最大达到了64%,谷壳达到了55%,污泥达到了43%;循环烟气作为生物燃料载气时NO还原率比空气作为载气时至少提高了10%以上.炉内测量结果表明,对于木屑和谷壳再燃过程,测量得到的含氮中间物质主要是HCN,而对于污泥再燃过程,含氮中间物质以NH3为主.生物燃料再燃过程中再燃区内的O2、CH4、HCN、NH3等关键气体组分的形成和浓度分布特性与NO浓度分布特性表现出了极大的相关性,对NO还原和提高生物燃料再燃过程NO还原率起到了关键作用.     

生物质气化气还原NO的化学反应动力学机制及数值模拟

采用生物质燃料再燃方式既能减少NOx排放,又能减少CO2、SOx排放,因此生物质燃料再燃是具有优势的生物质能利用方式,成为再燃技术研究的新方向。生物质气化再燃相比较直接再燃,气化后再燃不会破坏锅炉的灰成分,同时锅炉受热面的积灰、结渣、腐蚀等问题也可以避免,尤其适合难以直接燃烧的生物质。生物质气化气还原NO的化学反应动力学机制研究有助于深入理解再燃过程,优化再燃效果。提出1套详细的化学反应动力学机制,并对稻杆气化气的再燃进行模拟与分析,针对温度、当量比这2个重要再燃参数,得出稻杆气化气再燃的最佳当量比为φ=1.1~1.5,最佳温度范围在1 300 K以上。     

活性焦低温还原NO_x原理及应用研究

活性焦成本低、目标吸附物广、理化结构可控性强,可在80～150℃范围内,实现低温脱硝,具有重要的发展潜力。在固定床试验系统上,研究了NO_x在活性焦表面的吸附和氧化特性,分析了不同原理的工程应用可行性;并在烟气量为10000m~3/h活性焦联合脱硫脱硝中试试验系统上验证了不同脱硝反应过程的性能。研究结果表明,活性焦脱硝存在四种反应过程,反应速率依次为:碳热还原低温还原高温还原低温吸附,NO_2的低温吸附性能优于NO,且NO_2可在活性焦表面快速还原为NO。工程应用条件下,低温吸附过程的脱硝效率只有30%～40%,而低温还原过程的脱硝效率可达到80%,具有较高的工程应用可行性。     

生物质再燃还原NO_x的机理分析

生物质是用于煤粉炉再燃脱硝的重要燃料。分析了生物质快速热解还原NOx的机理。生物质热解的主要产物是H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、焦炭、焦油和灰分等。生物质中的氮热解转化为HCN和NH3,二者对还原NOx有很大的影响。生物质再燃主要是通过碳氢化合物还原NOx,HCCO+NOx和CHi(特别是CH3)+NOx是最重要的反应,CHi在CH4脱硝过程中最重要,HCCO在C2脱硝过程中占主导作用。CO、H2、焦油和灰中的碱金属对还原NOx起到一定的促进作用。     

再燃区水煤浆脱硝反应特性的试验研究

为了解水煤浆的再燃脱硝特性，于固定床反应器上，模拟再燃区反应环境，利用组成为O2=4%，CO2=16%，NOx= 400 mL/m3，平衡气Ar的模拟烟气，在反应温度900~1200℃，过量空气系数在0.7~1.1的范围内，研究了水煤浆的再燃脱硝表现和影响因素。试验发现，水煤浆的再燃脱硝能力是煤粉和水综合作用的结果；其脱硝效果与成浆煤种相关，随再燃区过量空气系数的增加而减弱，与再燃区温度成正比，与成浆煤粉粒径和煤浆浓度成反比。试验获得的最高水煤浆脱硝率为64%。优良的脱硝特性揭示水煤浆是一种优质的再燃燃料，具有广阔的再燃应用前景。     

无氧条件下Na、K、Fe对生物质焦炭脱硝效率影响的试验研究

生物质中Na、K、Fe含量较高,对低氮燃烧所采用的再燃脱硝过程有利。为有效利用中国的生物质资源,有必要对生物质焦炭的脱硝性能进行研究,为此在固定床系统上研究了无氧条件下Na、K、Fe对异相脱硝反应的影响。试验结果表明,适量的Na、K、Fe可以大大提高生物质焦炭的脱硝效率,在酸洗后的生物质焦炭中添加Na、K、Fe会使得脱硝效率显著增加。其中,当生物质焦炭与Na2CO3或K2CO3的质量之比为0.1时,生物质焦炭的脱硝效率可增加20%以上,且脱硝效率随Na、K添加量的增加而增加;Fe对生物质焦炭脱硝效率的促进效果明显优于Na、K元素,生物质焦炭与Fe（ＮＯ３）3·9H2O质量之比为0.01时即可使生物质焦炭的脱硝效率增加20%左右,但当二者质量之比超过0.04时,生物质焦炭的脱硝效率随Fe添加量的增加而降低。     

煤种对超细煤粉再燃还原NO效率的影响

以三种煤质差异较大的超细煤粉作为再燃燃料,用N2、O2、CO2、NO配制模拟烟气,在立式管式携带炉中,研究了煤种对再燃降低NO效率的影响.结果表明,在相同的条件下,挥发分越大的煤种再燃还原NO效率越高;对于煤质差异较大,尤其是挥发分含量差别较大的超细煤粉,其含N量对再燃还原NO效率的影响将被挥发分的影响所掩蔽.     

煤粉再燃还原NO的实验研究

利用煤粉再燃降低NOx的排放是适合我国国情的有效技术。通过试验研究影响还原NO效果的各种因素,得出不同煤种还原NO的能力是不同的,挥发分高的烟煤、褐煤还原NO效果比贫煤、无烟煤好。对于同种煤种来说,要取得好的再燃效果,必须保持较低的过量空气系数、较高的再燃区温度、较小的煤粉粒径和合适的再燃燃料量。