论文部分内容阅读
煤炭是我国主要的一次能源，燃烧时产生大量的大气污染物，其中氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一，以其危害大、难以治理引起各国的高度重视。再燃（reburning）脱硝技术是一种低成本的低NOx排放技术。我国的生物质资源储量丰富，分布范围广，如能将生物质燃烧和再燃脱硝技术结合起来，开发生物质大规模高效合理利用，对于开辟能源利用新领域，提高环保效益有重要的意义。本文首先说明了课题研究的背景及现状，介绍了NOx生成机理及排放控制技术。NOx的生成主要有热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx三条途径。煤燃烧时约75％～90％的NOx是燃料型NOx，所以NOx的排放控制研究主要是针对燃料型NOx的还原。燃煤NOx排放控制技术主要有低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术。本文探讨的燃料再燃技术是将燃烧过程分成主燃区、再燃区及燃尽区三个区域，在再燃区的还原性气氛中投入占总燃料发热量10％～30％的再燃燃料，把在主燃烧区的氧化性气氛中生成的NOx还原成为无害的氮气（N2），最终未燃尽的燃料在燃尽区内燃尽。试验中选取了麦秸、玉米秸、花生壳和木屑四种生物质作为再燃燃料。其次，对四种生物质进行了特性分析。分析研究表明，生物质的N元素含量很低而几乎不含有S元素，是一种清洁能源；同时，生物质的挥发分含量较高，灰分含量较低，易于着火，燃烧时挥发分析出集中，且析出速度较快，因此生物质是一种较为理想的再燃燃料。在课题的试验研究过程中，首先根据试验的要求专门设计并搭建了“多功能脱硝试验台”。利用该试验台，对生物质再燃还原NO进行了试验研究。试验结果表明，生物质再燃可有效的降低NOx的排放；燃料粒径越小，NO还原率越高；在典型工况下，当再燃燃料量在15～25％时，四种生物质的脱硝效率可达50～70％；试验最佳过量空气系数在0.6～0.8之间，NO还原率达到50％以上；再燃区停留时间越长，初始NO浓度越大，NO还原率越高。最后，对生物质再燃和N催化剂（氨水或尿素溶液）喷入相结合的先进再燃脱硝技术进行了试验研究。N催化剂在再燃区尾部或燃尽区中喷入，可在生物质再燃脱硝的基础上进一步还原NO。在先进再燃脱硝试验中，除再燃工况参数对脱硝效率的影响外，NH3／NO摩尔比和喷氨位置对脱硝效率也有很大的影响。NH3／NO比越大，NO还原率越高，但是喷氨量增大时，氨的逃逸率升高，并且NO还原率增长趋势也趋于缓和。试验研究表明，合适的NH3／NO比在1.5～2之间，喷入到再燃区尾部，NO还原率在80％左右。将碱金属促进剂与N催化剂一并喷入，将更有利于NO的还原。试验中将Na2CO3溶液与氨水或尿素溶液一并喷入，在喷入后Na离子增加了活性基团（OH、H）的浓度，加快了NH3还原NO的反应。当再燃比为20％时，加入促进剂的先进再燃的NO还原率可达到86.1％。试验中还对再燃区尾部和燃尽区同时喷入氨水或尿素溶液的脱硝效率进行了研究，当再燃比为20％时，最高脱硝效率可达91.3％。