氣體再燃降低氮氧化物排放的實(shí)驗(yàn)研究

1、 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 氣體再燃降低氮氧化物排放的實(shí)驗(yàn)研究 姓名：沈佳 專業(yè)：熱能與動(dòng)力工程 指導(dǎo)老師：王清成 2014年5月10日 氣體再燃降低氮氧化物排放的實(shí)驗(yàn)研究摘要：隨著化石能源的枯竭和人類對(duì)全球性環(huán)境問題的關(guān)注，生物質(zhì)資源以其可再生、資源豐富、分布廣泛、co2 零排放等優(yōu)點(diǎn)日益成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。天然氣再燃是一種可行、經(jīng)濟(jì)且高效的降低鍋爐煙氣中nox的方法。而現(xiàn)在對(duì)于生物質(zhì)氣化再燃是否能夠同樣代替天然氣再燃進(jìn)行研究。另一方面也將生物質(zhì)充分利用。本實(shí)驗(yàn)采用固定爐排進(jìn)行模擬工業(yè)鍋爐實(shí)驗(yàn)，采用天然氣和生物質(zhì)氣對(duì)再燃脫硝的效率進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)表明生物質(zhì)氣和天然氣擁有良好的脫

2、硝效率，并且天然氣有更好的脫硝效果。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；熱解 ；氣化再燃；脫硝experimental study on nitrogen oxide emissions reduced gas reburnabstract: with the depletion of fossil fuels and human concern for global environmental issues, renewable biomass resources with its abundant resources, widespread distribution, co2 emissions, zero

3、merit scholars increasingly become the focus of many at home and abroad. natural gas reburn is a feasible, economical and efficient method of reducing the boiler flue gas emissions. and now for the gasification of biomass instead of natural gas reburning is able to reburn the same study. on the othe

4、r hand will make full use of the biomass. have better prospects.the simulation experiments using fixed grate industrial boilers experiments using natural gas and biomass gas reburning efficiency for comparison. experiments show that biomass gas and natural gas denitration with good efficiency and be

5、tter gas denitration effects.keywords: biomass; pyrolysis; gasification reburn ; stock目錄第一章 緒論11.1課題的目的和意義11.2再燃技術(shù)的應(yīng)用21.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與研究趨勢(shì)41.4本論文的研究方法與內(nèi)容5第二章 氣體再燃降低氮氧化物的實(shí)驗(yàn)研究62.1前言62.2氣體再燃降低氮氧化物的實(shí)驗(yàn)方法62.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.2.2 實(shí)驗(yàn)原理72.2.2.1 nox的生成機(jī)理72.2.2.2 生物質(zhì)熱解92.2.2.3 再燃脫硝技術(shù)簡(jiǎn)介102.2.2.4 再燃燃料種類112.2.3 實(shí)驗(yàn)裝置122.2.4實(shí)驗(yàn)

6、材料152.2.4.1 煤樣成分介紹152.2.4.2 再燃?xì)怏w成分介紹152.2.5 實(shí)驗(yàn)方法162.3再燃脫硝實(shí)驗(yàn)操作19第三章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理213.1原始工況實(shí)驗(yàn)213.2天然氣再燃降低氮氧化物含量實(shí)驗(yàn)223.3 玉米芯氣化氣再燃實(shí)驗(yàn)233.4 稻殼氣化氣再燃實(shí)驗(yàn)24第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析254.1 溫度對(duì)nox排放的影響254.2 氣體再燃降低氮氧化物254.2.1 天然氣再燃降低氮氧化物254.2.2 生物質(zhì)氣化氣再燃脫硝274.2.3 兩者脫硝效率比較29第五章 總結(jié)與展望305.1 總結(jié)305.2 工作展望30致謝32參考文獻(xiàn)33 第一章 緒論1.1 課題的目的和意義我國(guó)是一個(gè)

7、能源生產(chǎn)大國(guó)，也是一個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)。2003年，全國(guó)能源生產(chǎn)總量為16 .03億噸標(biāo)準(zhǔn)煤比2002年增長(zhǎng)11 %。其中，煤炭產(chǎn)量16 .67億噸、原油產(chǎn)量1 .7億噸、天然氣產(chǎn)量345億立方米。2003年能源消費(fèi)總量約為16 .8億噸比2002年增長(zhǎng)13 %。其中，煤炭占67 .1 %、 石油占22 .7 %、天然氣占2 .8 %、 水電等占7 .3 %，石油進(jìn)口達(dá)9 700萬噸1。能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。目前能源供應(yīng)不足已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看能源問題仍將是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的最重要的問題。能源是人類社會(huì)生存、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必備資源和重要戰(zhàn)略物資。占目前世界一次能源供應(yīng)

8、87.7%的化石能源，因其不可再生性、稀缺性以及附帶產(chǎn)生的諸多嚴(yán)重環(huán)境問題，已經(jīng)制約人類的可持續(xù)發(fā)展。世界能源委員會(huì)在1992年世界能源資源調(diào)查報(bào)告中指出，以目前的消費(fèi)速度，全世界已探明的煤、石油和天然氣儲(chǔ)量將分別在262年、49年和57年后用完，可見能源將成為未來人類社會(huì)發(fā)展的瓶頸。此外，化石能源的大量使用也是大氣中co2、so2 等溫室氣體和污染氣體濃度不斷提高的一個(gè)重要原因，大氣中co2濃度由1958年的315l/l上升到2003年的376l/l，并呈逐年加劇趨勢(shì)2。能源緊缺以及由其產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境惡化，使得當(dāng)今能源和環(huán)境科學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域是尋找新的替代能源。在這些新能源中，由于核能、

9、大型水電具有潛在的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)能和地?zé)岬染哂袇^(qū)域性資源制約，大力發(fā)展受到限制和質(zhì)疑，而生物質(zhì)能卻以資源豐富、生態(tài)環(huán)境友好光彩奪目。我國(guó)是農(nóng)業(yè)、林業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)能資源豐富，開發(fā)利用條件良好。據(jù)不完全估計(jì)，包括可作為燃料的農(nóng)作物生物質(zhì)、農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物、森林采伐加工產(chǎn)業(yè)的剩余物、禽畜養(yǎng)殖業(yè)糞便排放物、工業(yè)廢水和廢渣以及城市垃圾等在內(nèi)的可利用生物質(zhì)能，轉(zhuǎn)化為能源的潛力近期約為5億t標(biāo)準(zhǔn)煤/年，遠(yuǎn)期可達(dá)10億t標(biāo)準(zhǔn)煤/年，具有良好的開發(fā)利用生物質(zhì)能的資源條件，對(duì)增加能源供應(yīng)、保護(hù)環(huán)境，特別是有效地解決“三農(nóng)”問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前我國(guó)能源發(fā)展主要存在以下問題：能源資源約束十分

10、嚴(yán)重，能源供應(yīng)過分依賴煤炭，環(huán)境污染問題嚴(yán)重，能源利用技術(shù)落后，能源利用效率低，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高可再生能源利用比例，是今后我國(guó)能源發(fā)展的重要方向。生物質(zhì)能是種類眾多的可再生能源的一種，世界上許多國(guó)家特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，都很重視生物質(zhì)能的開發(fā)和利用3。特別是近幾十年來，許多國(guó)家特別是發(fā)達(dá)國(guó)家大力研究開發(fā)利用生物質(zhì)能轉(zhuǎn)型優(yōu)化技術(shù)，也就是將低品味的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成液體、氣體、固體、電力等形式的優(yōu)質(zhì)能源利用技術(shù)以及高效節(jié)能技術(shù)；并開發(fā)種植能源植物，增加生物質(zhì)能源的資源儲(chǔ)備，作為建立可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施，生物質(zhì)再燃作為生物質(zhì)能利用的一種方式包括直接再燃，氣化再燃以及高級(jí)再燃等技術(shù)，可以降低燃

11、煤鍋爐的no排放，幅度可達(dá)50 % 90 % 具有很好的應(yīng)用前景4。1.2再燃技術(shù)的應(yīng)用目前，控制nox排放的技術(shù)主要可分為燃燒前處理，燃燒中的低nox燃燒技術(shù)和燃燒后的煙氣凈化技術(shù)。1）燃燒中的過程處理技術(shù)（1）低過量空氣燃燒用改變?nèi)紵龡l件的方法來降低nox 的排放，統(tǒng)稱為低nox燃燒技術(shù)。這是一種最簡(jiǎn)單地降低nox排放的技術(shù)，它是使燃燒過程在盡可能接近理論空氣量的條件下進(jìn)行。由于燃燒中過量氧的減少，從而控制了nox的生成5。但是，電站鍋爐在運(yùn)行中一般不會(huì)采用過低的過量空氣，因?yàn)槿紵^程氧量過低，會(huì)造成濃度的急劇增加，大大增加氣體未完全燃燒熱損失。同時(shí)，也會(huì)使飛灰含碳量增加，導(dǎo)致固體未完全燃

12、燒熱損失增大。這樣鍋爐的燃燒效率降低，鍋爐的經(jīng)濟(jì)性下降。另外，采用低過量空氣燃燒還會(huì)造成鍋爐受熱面的結(jié)渣和腐蝕以及汽溫的變化。（2）空氣分級(jí)燃燒它是目前使用比較普遍的低nox燃燒技術(shù)之一?？諝夥旨?jí)燃燒的基本原理是將燃料燃燒所需的空氣分階段送入爐膛。在第一階段，從主燃燒器送入爐膛的空氣量減少到總?cè)紵諝饬康?5%左右，使燃料先在貧氧、富燃料燃燒條件下燃燒。降低了初始燃燒區(qū)域的氧濃度，進(jìn)而降低了主燃燒區(qū)域的燃燒速度和溫度水平，在還原性氣氛中降低了nox的反應(yīng)率，抑制了nox在主燃燒區(qū)域的生成量。為了完成全部燃燒過程，燃燒完全所需的剩余空氣量則通過布置在主燃燒器上方的專門空氣噴口ofa（over f

13、ired air 燃盡風(fēng)）送入爐膛，在燃盡區(qū)域使燃料在富氧貧燃料燃燒條件下完成全部燃燒過程6。（3）煙氣再循環(huán)煙氣再循環(huán)就是從鍋爐的省煤器出口，空氣預(yù)熱器前抽出部分煙氣直接送入爐膛，也可與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)。這樣既降低了燃燒溫度，又降低了氧氣濃度，所以可以降低熱力型nox的排放濃度。此項(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜，改裝費(fèi)用較高，對(duì)于80%左右的nox屬于燃料型nox的固態(tài)排渣煤粉爐來說，這種方法的效果不是很明顯。（4）低nox 燃燒器對(duì)煤粉鍋爐來說，煤粉燃燒器是鍋爐燃燒系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，通過盡可能地降低燃燒器著火區(qū)的氧濃度，適當(dāng)降低著火區(qū)的溫度，以達(dá)到最大限度地抑制nox 生成的目的。低nox 燃

14、燒器不僅要保證煤粉的著火和燃燒，還要能有效地抑制nox 的生成。通過特殊設(shè)計(jì)的燃燒器結(jié)構(gòu)，以及通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例，低nox 燃燒器能在煤粉的著火階段就抑制nox 的生成，可以達(dá)到更低的nox 排放值，因此低nox 燃燒器得到了廣泛的應(yīng)用。2）燃燒后的煙氣凈化技術(shù)（1）選擇性催化還原（scr）用nh3 作為還原劑，在催化劑的作用下，將煙氣中的nox 還原成n2，脫氮率可達(dá)90%以上，根據(jù)所采用的催化劑的不同，其適宜的反應(yīng)溫度范圍也不同，一般為300340。由于所采用的還原劑nh3 只與煙氣中的nox發(fā)生反應(yīng)，而一般不與煙氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，所以稱其為選擇性催化劑法。此技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)nox

15、的脫除效率高，但是投資成本很大，經(jīng)濟(jì)性不佳。（2）選擇性非催化還原（sncr）在不采用催化劑的條件下，將氨作為還原劑還原nox的反應(yīng)只能在9501000這一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，因此，需要將氨氣噴射注入爐膛出口區(qū)域相應(yīng)溫度范圍內(nèi)的煙氣中，將nox還原n2和h2o。該方法的脫氮效率為40%60%，對(duì)反應(yīng)所處的溫度范圍很敏感，并且排入大氣中的氨量顯著增加，造成環(huán)境污染。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，低nox燃燒技術(shù)一直是應(yīng)用最廣泛的控制nox排放的措施。其原理是通過各種技術(shù)手段抑制或還原燃燒過程中生成的nox，以降低nox排放量。即便是為滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求不得不使用投資和運(yùn)行成本巨大的燃燒后的煙氣凈化技術(shù)，仍

16、須采用低nox燃燒技術(shù)來降低凈化裝置入口的nox濃度，以達(dá)到節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的目的。低nox燃燒技術(shù)主要包括低nox燃燒器、濃淡偏差燃燒、煙氣再循環(huán)法以及空氣分級(jí)燃燒技術(shù)等。其中只有低nox燃燒器技術(shù)最大可降低60的nox排放量，應(yīng)用于煤粉鍋爐后可使nox達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但該技術(shù)同時(shí)也帶來了燃燒效率下降、爐膛結(jié)渣和高溫腐蝕等問題。據(jù)有關(guān)報(bào)道，由于存在上述缺點(diǎn)，美國(guó)已不再繼續(xù)推廣使用低nox燃燒器，并且目前正在已安裝了低nox燃燒器的煤粉鍋爐上廣泛采取補(bǔ)救措施，克服上述缺點(diǎn)。再燃燒技術(shù)是一般采取的主要補(bǔ)救措施之一。再燃燒(reburning)技術(shù)又稱為燃料分級(jí)技術(shù)，是一種能夠大幅度降低nox排放量的燃

17、燒技術(shù)，一般可降低nox的排放量達(dá)50以上。它將爐內(nèi)分成主燃燒區(qū)、再燃燒區(qū)和燃盡區(qū)。8090左右的一次燃料在過量空氣系數(shù)a1的條件下噴入主燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，同時(shí)生成大量nox；其余1020左右的再燃燃料則由再燃區(qū)噴入，形成富燃料條件(a1)，再燃區(qū)域中由于氧量不足，再燃燃料形成大量的碳?xì)浠鶊F(tuán)等還原性物質(zhì)將主燃燒區(qū)形成的nox還原，同時(shí)還可抑制新的nox生成；最后燃燒產(chǎn)物進(jìn)入燃盡區(qū)，由送人的燃盡風(fēng)(ofa)燃盡未燃盡的燃料(主要為一氧化碳及未燃盡的碳?xì)浠衔?。燃盡過程中會(huì)重新生成少量的nox，但總的來看，采用再燃燒技術(shù)后，nox的排放量可在主燃燒區(qū)采用低nox燃燒器降低nox生成量的基礎(chǔ)上，再減

18、少5070的nox排放量。再燃燒這一概念最早由wendt等人于1973年提出，直到1983年日本三菱公司將再燃技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的鍋爐并降低了大于50的nox排放量，這一方法才得以確立并實(shí)際應(yīng)用7。再燃技術(shù)中再燃燃料可以是各類燃料，包括氣態(tài)碳?xì)浠衔?天然氣)、煤粉、油、生物質(zhì)、水煤漿甚至瀝青。氣態(tài)碳?xì)浠衔镌谌紵龝r(shí)由于能產(chǎn)生大量的烴類而又不含有氮類物質(zhì)，同時(shí)又易與煙氣充分混合和反應(yīng)，是普遍認(rèn)為較理想的再燃燃料。采用再燃技術(shù)不但可以降低煤粉鍋爐的nox排放量，而且也不存在爐內(nèi)結(jié)渣、高溫腐蝕等其它低nox燃燒技術(shù)帶來的不良現(xiàn)象，已成為最有效的低nox燃燒技術(shù)之一。再燃技術(shù)在美國(guó)的電站煤粉鍋爐中已有成

19、功的工業(yè)示范，該技術(shù)是美國(guó)能源部(doe)潔凈煤技術(shù)計(jì)劃的一項(xiàng)重要成果，已在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行大面積的工業(yè)推廣應(yīng)用，但是，其技術(shù)關(guān)鍵處如再燃?xì)怏w的噴口位置、幾何尺寸、氣流參數(shù)等均保密。目前，在國(guó)內(nèi)利用氣體燃料再燃技術(shù)降低煤粉鍋爐nox排放的系統(tǒng)研究報(bào)道極少。因此，進(jìn)行這方面的研究工作對(duì)開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的高效低nox再燃技術(shù)具有重要意義。1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與研究趨勢(shì)采用再燃技術(shù)不但可以降低煤粉鍋爐的nox排放量，而且也不存在爐內(nèi)結(jié)渣、高溫腐蝕等其它低nox燃燒技術(shù)帶來的不良現(xiàn)象，已成為最有效的低nox燃燒技術(shù)之一。再燃技術(shù)在美國(guó)的電站煤粉鍋爐中已有成功的工業(yè)示范，該技術(shù)是美國(guó)能源部(doe)潔凈

20、煤技術(shù)計(jì)劃的一項(xiàng)重要成果，已在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行大面積的工業(yè)推廣應(yīng)用，但是，其技術(shù)關(guān)鍵處如再燃?xì)怏w的噴口位置、幾何尺寸、氣流參數(shù)等均保密。國(guó)外自20 世紀(jì)70 年代開始研究生物質(zhì)氣化利用技術(shù) 目前已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，歐盟、日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立了多個(gè)生物質(zhì)氣化發(fā)電示范工程：如瑞典的varnamo電站，美國(guó)的夏威夷電站等 采用100 % 的生物質(zhì)氣化發(fā)電，氣化效率已經(jīng)超過80 % 熱值可以到20 .0mj m3。利用生物質(zhì)氣化再燃可以有效降低燃煤鍋爐的no排放，是一種經(jīng)濟(jì)可行，對(duì)環(huán)境有益的技術(shù)。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了研究與探討8。德國(guó)斯圖加特大學(xué)hein等人以生物質(zhì)氣化所

21、得到的氣體作為再燃燃料在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示生物質(zhì)氣非常適合作為再燃燃料，有很好的no減排效果，對(duì)于不同的生物質(zhì)類型，包括草、木屑和淤泥等。進(jìn)行氣化后作為再燃燃料都有明顯效果，no減排可以達(dá)到200 mg /m3。丹麥科技術(shù)大學(xué)p . glarborg等人對(duì)混合模擬氣作為再燃燃料對(duì)no減排的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)9。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示這些非碳?xì)浠衔镒鳛樵偃既剂峡梢詼p排20 % 30 % 的no減排幅度隨著反應(yīng)溫度的升高而升高。再燃燃料的熱量輸比例越大 減排幅度也就越大。最終，接近于碳?xì)浠衔锶剂献鳛樵偃既剂系男ЧＨ绻紤]到再燃燃料對(duì)于主燃燃料的部分替代作用，no的生成量也會(huì)同比例下降。目前，

22、在國(guó)內(nèi)利用氣體燃料再燃技術(shù)降低煤粉鍋爐nox排放的系統(tǒng)研究報(bào)道極少。因此，進(jìn)行這方面的研究工作對(duì)開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的高效低nox再燃技術(shù)具有重要意義。目前國(guó)內(nèi)開展生物質(zhì)直接再燃技術(shù)研究的報(bào)道不多，還沒有開展生物質(zhì)氣化氣直接用于鍋爐再燃和高級(jí)再燃技術(shù)的研究。國(guó)內(nèi)外研究查明，生物質(zhì)直接再燃可以實(shí)現(xiàn)60 % 以上的no減排，氣化再燃可以實(shí)現(xiàn)50 %左右的no減排，而生物質(zhì)高級(jí)再燃則可以達(dá)到80 % 以上的no減排。因此，通過開展對(duì)這些技術(shù)的研究可以提高可再生生物質(zhì)能源的利用效率，緩解目前的能源緊缺，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有著更重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.4本論文的研究方法與內(nèi)容目前，降低燃燒過程中的nox

23、排放有兩類方法：一類是燃燒控制技術(shù)，即采用各種措施抑制或者還原爐內(nèi)燃燒過程中產(chǎn)生的nox，如燃燒優(yōu)化、低nox燃燒器、空氣分級(jí)等；另一類是煙氣后處理技術(shù)，即在燃燒后將已形成的nox還原成n2，如選擇性催化還原、非選擇性催化還原等。目前我國(guó)對(duì)低no。排放多依靠包括低nox燃燒器在內(nèi)的燃燒組織，但此方法的nox減排效果多低于50，不能滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求10。本課題論文中將采用氣體再燃還原氮氧化物的方法，來研究氣體再燃對(duì)降低氮氧化物的影響。通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬工業(yè)鍋爐燃煤過程，在再燃區(qū)通入再燃?xì)怏w，控制再燃區(qū)的溫度，以及再燃?xì)怏w在爐膛內(nèi)部的停留時(shí)間，使用煙氣分析儀對(duì)所排放的煙氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)

24、進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，使用天然氣和生物質(zhì)氣化氣進(jìn)行比較，對(duì)其效率作出初步評(píng)估。第二章 氣體再燃降低氮氧化物的實(shí)驗(yàn)研究2.1前言先進(jìn)的發(fā)達(dá)國(guó)家很早就對(duì)nox會(huì)給人類造成的危害開展了相當(dāng)深入的研究，認(rèn)識(shí)到了大氣中的nox不只是停留在排放地影響當(dāng)?shù)氐囊环N污染源，它會(huì)大范圍的擴(kuò)散是一種全球性的污染。因此，在控制nox的排放上化費(fèi)了巨大的資金，同時(shí)也取得了相當(dāng)大的成績(jī)，他們的研究成果對(duì)是我們今天的工作有極其重要的參考意義。nox是一氧化氮no 二氧化氮no2 等氮氧化物的統(tǒng)稱其中對(duì)人體健康危害最大的是no2它會(huì)影響呼吸系統(tǒng)的正常工作引發(fā)支氣管炎和肺氣腫等。11盡管大氣中nox的含量很少，但由于堆積的污染

25、物通常在近地面人們會(huì)處于高濃度區(qū)域，直接吸入有毒物質(zhì)而受到傷害，特別是 no 和no2它們可能是高度有毒的。目前，降低燃燒過程中的nox排放有兩類方法：一類是燃燒控制技術(shù)，即采用各種措施抑制或者還原爐內(nèi)燃燒過程中產(chǎn)生的nox，如燃燒優(yōu)化、低nox燃燒器、空氣分級(jí)等；另一類是煙氣后處理技術(shù)，即在燃燒后將已形成的nox還原成n2，如選擇性催化還原、非選擇性催化還原等12。2.2氣體再燃降低氮氧化物的實(shí)驗(yàn)方法2.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康奈覈?guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主, 其中約二分之一用于電站鍋爐燃料, 大氣中約60% 的氮氧化物排放來自燃煤, 燃煤對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。氮氧化物(nox) 是常見的大氣污染物, 對(duì)

26、人們的身體健康、生產(chǎn)、生活有很大影響。降低燃煤鍋爐nox排放技術(shù)的研究是當(dāng)前防止大氣污染的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前, 發(fā)達(dá)國(guó)家已推廣使用選擇性催化還原法(scr) 作為燃煤電廠脫硝的主要方法, scr 技術(shù)的脫硝率高達(dá)90% , 但是scr 的設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用十分昂貴, 而且容易發(fā)生堵塞和腐蝕13。按照國(guó)內(nèi)目前的實(shí)際情況要求燃煤電廠使用scr 來脫硝, 其建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用還難以承受。與煤相比, 天然氣是一種較為清潔的能源, 但是如果把燃煤電廠全部改燒天然氣, 一方面會(huì)造成原有設(shè)備的巨大浪費(fèi)且重新建設(shè)成本太高; 另一方面天然氣成本比煤要高得多, 所以也不現(xiàn)實(shí)。研究氣體再燃降低氮氧化物排放的可行性，能夠如今

27、能源緊缺的狀態(tài)下，提供一個(gè)更好更有效的能源，并且符合我國(guó)的國(guó)情，節(jié)能減排，減少大氣污染的排放，達(dá)到控制的目的。2.2.2 實(shí)驗(yàn)原理2.2.2.1 nox的生成機(jī)理1）nox 生成機(jī)理在煤燃燒的過程中，nox的生成機(jī)理主要有三個(gè)方面：（1）熱力型nox（thermal nox），它是空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸傻膎ox。（2）燃料型nox（fuel nox），他是燃料中含有的氮氧化物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化而生成nox。（3）快速型nox（prompt nox），他是涌過燃料產(chǎn)生的ch原子撞擊空氣中的n2分子，生成hcn類化合物，再進(jìn)一步被氧化而生成的nox。2）熱力型nox其生成規(guī)理由

28、前蘇聯(lián)科學(xué)家捷里多維奇（zeldvich）于1964年提出，因此稱為稱為捷里多維奇機(jī)理，其機(jī)理可由一系列不分支鏈鎖反應(yīng)式來表達(dá)14。在高溫下生成no和no2的總反應(yīng)式為：（2.1） （2.2）其中，式（2-1）起主導(dǎo)作用，所以nox的生成與氧原子的存在成正比，隨溫度的上升，氧原子濃度增大，總的反應(yīng)速度增大。隨著反應(yīng)溫度的升高，熱力型nox生成速度呈指數(shù)規(guī)律迅速增加。當(dāng)燃燒溫度低于1300時(shí)，幾乎觀察不到熱力型nox的生成，只有當(dāng)溫度高于1300時(shí)，熱力型nox的生成才明顯起來。燃煤產(chǎn)生的nox中，熱力型nox占20左右。影響熱力型nox生成量的主要因素是溫度、氧濃度及高溫區(qū)停留時(shí)間。因此控制熱

29、力nox生成量的方法概括為：降低燃燒溫度水平，避免局部高溫；降低氧氣濃度；燃燒在偏離理論空氣量的條件下進(jìn)行；縮短在高溫區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間。3）燃料型nox燃料中的氮含量一般在0.5%2.5%左右，它們通常以原子狀態(tài)與各種碳?xì)浠衔锵嘟Y(jié)合，形成環(huán)狀化合物或鏈狀化合物，如喹啉(c5h5n)x，芳香胺（c6h5nh2）等，與空氣中的氮相比，其結(jié)合鍵內(nèi)能量較小，在燃燒時(shí)很容易分解出來15。因此，從氮氧化物生成的角度看，氧更容易首先破壞c-n鍵而與氮原子生成nox即燃料型nox。煤燃燒時(shí)約75一90的nox是燃料型nox。燃料型nox的生成機(jī)理非常復(fù)雜，其生成和破壞機(jī)理至今仍不是完全清楚。這是因?yàn)槿剂闲蚽o

30、x的生成和破壞過程不僅和煤種特性、煤的結(jié)構(gòu)、燃料中的氮受熱分解后在揮發(fā)分和焦炭中的比例、成分和分布有關(guān)，而且大量的反應(yīng)過程還和燃燒條件如溫度和氧及各種成分的濃度等密切相關(guān)。在一般的燃燒條件下，燃料中的氮有機(jī)化合物首先熱分解成氰化氫(hcn)、氨(nh3)和cn等中間產(chǎn)物，它們隨揮發(fā)分一起從燃料中析出，稱之為揮發(fā)分n。揮發(fā)分n析出后殘留在焦炭中的氮化合物，稱之為焦炭n。在通常的煤燃燒溫度下，燃料型nox主要來自揮發(fā)分n，約占燃料型nox的60一8016。揮發(fā)分n中最主要的氮化合物是hcn和nh3。揮發(fā)分n中的hcn被氧化的主要反應(yīng)途徑如圖所示。hcn被氧化成nco后，根據(jù)所遇到的反應(yīng)條件，可能有

31、兩條主要的反應(yīng)途徑。在氧化性氣氛中，nco會(huì)進(jìn)一步氧化成no，如遇還原性氣氛，則nco會(huì)反應(yīng)生成nhf。nhf在氧化性氣氛中會(huì)進(jìn)一步氧化成no，成為no的生成源；在還原性氣氛中能把已生成的no還原成n2，成為no的還原劑。揮發(fā)分n中的nh3被氧化的主要反應(yīng)途徑如圖所示。根據(jù)這一反應(yīng)途徑，nh3可能作為no的生成源，也可能成為no的還原劑。4）快速型nox快速型n仉是由費(fèi)尼莫爾(fenimore)于1971年通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，即在碳?xì)浠衔锶剂先紵谌剂线^濃時(shí)，在反應(yīng)區(qū)附近會(huì)快速生成nox。費(fèi)尼莫爾根據(jù)碳?xì)淙剂项A(yù)混火焰的軸向no分布的試驗(yàn)結(jié)果，得到費(fèi)尼莫爾反應(yīng)機(jī)理，由此得出快速型nox的生成途徑如

32、圖。生成過程由(a)、(b)、(c)和(d)四組反應(yīng)構(gòu)成。在碳?xì)浠衔锶紵龝r(shí)，特別是富燃料燃燒時(shí)，會(huì)分解出大量的ch、ch2、ch3和c2等離子團(tuán)，它們會(huì)通過反應(yīng)(a)破壞燃燒空氣中n2分子的鍵而生成hcn、cn等。然后，hcn和cn通過反應(yīng)(b)與在火焰中所產(chǎn)生的大量o、oh等原子團(tuán)反應(yīng)生成nco。接著按照反應(yīng)(c)，nco被進(jìn)一步氧化成no。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在火焰中hcn濃度達(dá)到最高點(diǎn)轉(zhuǎn)入下降階段時(shí)。存在著大量的氨化物(nhf)，這些氨化物會(huì)通過反應(yīng)(d)和氧原子等快速反應(yīng)而被氧化成no。快速型nox的生成途徑快速型nox只有在比較富燃的情況下，即在碳?xì)浠衔颿h較多，氧濃度相對(duì)較低時(shí)才

33、發(fā)生，其生成量很小，一般在總nox排放量的5以下。因它的生成速度快，就在火焰面上形成，欲降低快速型nox生成量，只要保持足夠的氧量供應(yīng)便可以。研究表明，快速型nox對(duì)溫度的依賴性很弱。一般情況下，對(duì)不含氮的碳?xì)淙剂显谳^低溫度燃燒時(shí)，才重點(diǎn)考慮快速型nox。2.2.2.2 生物質(zhì)熱解生物質(zhì)的熱解是生物質(zhì)再燃的第一步反應(yīng)。熱解有兩種加熱方式：緩慢加熱和快速加熱。緩慢加熱可制取大量焦炭；而快速加熱可用于制各液體和氣體。對(duì)于再燃過程，生物質(zhì)的熱解可以理解為快速熱解。影響生物質(zhì)熱解產(chǎn)物的因素是多方面的，如生物質(zhì)原料的特征(組分、粒徑等)和熱解反應(yīng)條件(熱解終溫、壓力、停留時(shí)間)，熱解反應(yīng)器形式和材料也會(huì)

34、影響生物質(zhì)熱解產(chǎn)物的成分和相對(duì)含量。實(shí)驗(yàn)研究表明，除生物質(zhì)本身的特性外，影響氣體產(chǎn)率的因素大小依次是加熱方式、熱解終溫、填實(shí)率和粒徑17。生物質(zhì)在受熱時(shí)先進(jìn)行一級(jí)分解，產(chǎn)生焦炭、一次焦油和一次氣體；在高溫時(shí)，一次焦油發(fā)生二次分解，產(chǎn)生二次焦油和二次氣體，液體產(chǎn)量下降，氣體產(chǎn)量迅速增加。焦油產(chǎn)率在550600時(shí)達(dá)到最大值，隨著溫度升高，焦油的產(chǎn)率迅速下降，而co、ch4和h2的產(chǎn)率迅速上升。由此可判斷出當(dāng)溫度超過550600時(shí)，一次反應(yīng)已經(jīng)完成，二次反應(yīng)產(chǎn)生大量的co、ch4和h2等，其中co產(chǎn)量增加很快，因?yàn)榇藭r(shí)隨著溫度的升高，發(fā)生了氣化反應(yīng)。只有溫度超過500時(shí)，h2才會(huì)析出。隨著溫度進(jìn)一步

35、升高，h2的含量繼續(xù)升高，這一方面與高溫階段的脫氫反應(yīng)有關(guān)，伴隨著大分子斷裂成小分子都有一定的h2析出：另一方面由初期反應(yīng)生成的焦炭脫氫生成，而ch4、c2h4、c2h6的含量會(huì)逐漸降低。在一定的溫度范圍內(nèi)，ch4、c2h4、c2h6的含量會(huì)達(dá)到最大值，這個(gè)溫度范圍受到其他因素的影響，并且與生物質(zhì)的種類密切相關(guān)。對(duì)于木材，在750時(shí)，ch4達(dá)到析出高峰；當(dāng)爐膛溫度超過750后，ch4、c2h4、c2h6的含量會(huì)逐漸降低，h2含量升高的速度加快；對(duì)于橄欖油殘?jiān)?，?50600時(shí)，c2h4、c2h6的含量達(dá)到最大值18。co2的變化要復(fù)雜一些，由于生物質(zhì)種類不同，變化規(guī)律也不同，但是當(dāng)溫度超過80

36、0以后，co2的含量將隨著溫度的升高而降低。2.2.2.3 再燃脫硝技術(shù)簡(jiǎn)介再燃降低nox 排放的方法是將燃料分級(jí)送入爐膛, 在燃燒區(qū)火焰的上方噴入另外的碳?xì)淙剂? 以建立一個(gè)富燃料區(qū)使生成的nox還原。比較典型的就是, 將80% 85% 的燃料( 稱為一次燃料) 送入第一級(jí)燃燒區(qū)( 主燃燒區(qū)) , 在a略大于1 的條件下燃燒并生成nox。其余15% 20% 的燃料( 稱為二次燃料、再燃燃料) 則在主燃燒器的上部送入二級(jí)燃燒區(qū)( 再燃區(qū)) , 在a l 的條件下形成很強(qiáng)的還原性氣氛, 在主燃燒區(qū)生成的nox就會(huì)通過后面所列的反應(yīng)式( 1) 式( 5) 被還原成氮分子( n2 ) 19。再燃區(qū)中

37、不僅能使已生成的nox得到還原, 同時(shí)還抑制了新的nox生成, 可使nox的排放濃度進(jìn)一步降低。此外, 再燃區(qū)的上面還需布置燃盡風(fēng)噴口以形成第三級(jí)燃燒區(qū)( 燃盡區(qū)) , 以保證在再燃區(qū)中生成的未完全燃燒產(chǎn)物的燃盡。圖1 為燃料再燃布置示意圖。圖1 燃料再燃布置示意圖在再燃區(qū)內(nèi)，已生成的no在遇到烴根ch；和未完全燃燒產(chǎn)物co、h2、c和cnhm時(shí)，發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)：4no+ch42n2+co2+2h2o (2.3)2no+2cnhm+2n+m-1o2n2+2nco2+mh2o (2.4)2no+2con2+2co2 (2.5)2no+2h2n2+2h2o (2.6)2no+2cn2+2co

38、(2.7)燃料分級(jí)燃燒時(shí)所使用的二次燃料可以是和一次燃料相同的燃料, 例如煤粉爐可以利用煤粉作為二次燃料。但目前煤粉爐采用更多的是碳?xì)漕悮怏w或液體燃料作為二次燃料。這是因?yàn)槿剂戏旨?jí)燃燒時(shí), 燃料需要經(jīng)過燃盡區(qū)后才能完全燃盡, 燃料和煙氣在再燃區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間相對(duì)較短, 所以二次燃料宜選用容易著火和燃燒的氣體或液體燃料, 如天然氣、石油氣。國(guó)外示范工程的研究表明, 采用天然氣再燃燒技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)降低nox排放大約70%左右。2.2.2.4 再燃燃料種類再燃燃料的選擇范圍很廣，包括固體燃料(煤、生物質(zhì))、液體燃料(油)以及氣體燃料(天然氣和其它烴類氣體)從燃料分級(jí)燃燒原理可知，在再燃區(qū)內(nèi)的還原性氣氛中

39、最有利于nox還原的成分是烴根(chi)，因此，選擇二次燃料時(shí)應(yīng)采用能在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量烴根而不含氮類的物質(zhì)。天然氣、油和煤三者相比，天然氣中不含燃料氮，是最有效降低nox排放的再燃燃料。研究還表明，氣態(tài)烴還原nox的能力隨烴分子中碳原子數(shù)目的增加而增加與天然氣比較，油在欠氧燃燒時(shí)易析出炭，難于燃盡?？捎米髟偃既剂系拿悍N主要有褐煤和煙煤，而無煙煤用作再燃燃料，由于其揮發(fā)分含量較少。燃盡效果不佳，一般不被采用。煤作為再燃燃料，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于它的經(jīng)濟(jì)性和在燃煤電廠中使用的方便性；其缺點(diǎn)是再燃區(qū)中的未燃盡焦炭進(jìn)入燃盡區(qū)后會(huì)被氧化而重新生成nox，使nox的還原效果降低，同時(shí)煤作為再燃燃料由于焦炭的未

40、充分燃盡，其飛灰可燃物含量也較高，影響排放質(zhì)量20。對(duì)于一般再燃來說，利用生物質(zhì)作為再燃燃料，對(duì)氮氧化合物的還原作用相似或略好于天然氣生物質(zhì)的脫硝效果比天然氣好，其主要原因是由于生物質(zhì)的揮發(fā)分中含有含氮中間物質(zhì)，這些中間物質(zhì)能與no作用形成氮?dú)狻Ｍ瑫r(shí)生物質(zhì)的灰燼中含有較高的鈉和鉀，對(duì)再燃脫硝具有促進(jìn)作用。國(guó)外工業(yè)應(yīng)用中的再燃燃料主要是天然氣，但對(duì)我國(guó)來說，雖然天然氣易于著火、燃盡特性好，本身含氮量低，未完全燃燒損失小，但我國(guó)天然氣主要集中在中西部地區(qū)，大多數(shù)電廠都沒有穩(wěn)定的天然氣資源，即使有穩(wěn)定的氣源，也因其運(yùn)行成本較高很難推廣。而利用煤粉作為再燃燃料可大大降低再燃系統(tǒng)的運(yùn)行成本，但煤的著火和

41、燃盡特性較差，再燃燃料的煤粉在爐膛停留時(shí)間相對(duì)較短，燃燒初期燃燒溫度低，又處于欠氧條件，不完全燃燒損失較大。煤的反應(yīng)性較差，還使煤粉作為再燃燃料時(shí)不易形成還原區(qū)，nox還原率較低。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)品種繁多，產(chǎn)量極大。就山東省來說，可利用的生物質(zhì)有秸稈、稻殼、玉米芯、花生殼、鋸木屑等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年生物質(zhì)資源總量折合成標(biāo)準(zhǔn)煤約3億噸。我國(guó)直接利用生物質(zhì)能已有幾千年的歷史，但利用效率極低。近年來，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，農(nóng)民大量使用優(yōu)質(zhì)高效燃料，用于炊事、取暖，而將農(nóng)作物秸稈直接放在農(nóng)田焚燒，既浪費(fèi)了能源，又污染了環(huán)境21。如能將生物質(zhì)和煤炭燃燒結(jié)合起來，開發(fā)大規(guī)模高效合理利用，對(duì)于調(diào)整我國(guó)

42、能源結(jié)構(gòu)，開辟能源利用新領(lǐng)域，促進(jìn)環(huán)保效益和生態(tài)的良性循環(huán)，加快國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展有其重要的意義。2.2.3 實(shí)驗(yàn)裝置為了模擬工業(yè)鍋爐的燃燒情況，采用sk2-6-14型電阻爐（額定功率 6kw、額定電壓220v、額定溫度1400 爐膛尺寸 60x540 mm）來模擬工業(yè)鍋爐。能夠模擬工業(yè)鍋爐中的主燃區(qū)、再燃區(qū)、燃盡區(qū)的工作過程。如圖2所示圖2 固定床試驗(yàn)臺(tái)電阻爐剖面圖固定床實(shí)驗(yàn)臺(tái)整個(gè)固定床實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝置分為四大部分：電加熱反應(yīng)區(qū)段，可升降給煤系統(tǒng)、再燃?xì)怏w供給系統(tǒng)和煙氣收集分析裝置。圖3 電阻爐加熱裝置示意圖1）兩段式電加熱反應(yīng)區(qū)電加熱反應(yīng)區(qū)是固定床實(shí)驗(yàn)裝置的核心部位，中間是內(nèi)徑為45mm圓柱狀

43、石英管，長(zhǎng)度為540mm，其中溫度維持恒定的石英管長(zhǎng)度為300mm。石英管外面是垂直布置的碳硅棒，溫度變化范圍為室溫到1400。可移動(dòng)的固定床布置在石英管中，石英管下部連接進(jìn)氣裝置，上部連接熱解氣、再燃?xì)怏w和煙氣收集系統(tǒng)，如圖3所示。2)可升降給煤系統(tǒng)圓盤型固定床由耐火材料預(yù)制燒成，外徑為44mm，厚度為2mm，沿直徑邊緣處有高度為2mm的凸起邊框，目的是防止固定床上的煤樣掉落；在固定床面上布置直徑為2mm的圓孔，空氣等助燃?xì)怏w從小孔中通過。固定床連接在可升降的裝置上，通過裝置的升降可以確定固定床在石英管中的位置，再考慮到氣體進(jìn)入到石英管中的速度，就可以確定氣體在石英管中的停留時(shí)間。升降裝置與

44、爐體底部連接，密封較好，可升降給煤系統(tǒng)裝置如圖4所示。圖4可升降給煤系統(tǒng)圖5 煙氣收集分析裝置3）煙氣收集分析裝置從電阻爐中燃燒之后的氣體，進(jìn)入內(nèi)徑為300mm的不銹鋼管內(nèi)，在不銹鋼管的水平位置上設(shè)置了煙氣取樣裝置的小孔，能夠收集并分析氣體的成分與含量。管道尾部連接尾氣處理裝置，將燃燒以后的污染氣體處理之后進(jìn)行排放。如圖5所示。2.2.4實(shí)驗(yàn)材料2.2.4.1 煤樣成分介紹為了計(jì)算燃煤鍋爐中煤所需要的空氣量以及釋放的熱量，實(shí)驗(yàn)采用大同煤作為實(shí)驗(yàn)用煤，表6為大同煤的工業(yè)分析和元素分析。表6 大同煤的工業(yè)分析和元素分析table 6 ultimate and proximate analysis

45、of datong coal工業(yè)分析%,ar元素分析%,ar熱值mavfcchsno（mj/kg）8.4216.2824.9850.3261.673.990.721.287.6423.91干燥無灰基 (daf) 揮發(fā)分含量v():33.172.2.4.2 再燃?xì)怏w成分介紹本實(shí)驗(yàn)中將會(huì)用到玉米芯以及稻殼等作為實(shí)驗(yàn)原料。通過文獻(xiàn)查閱，得出其生物質(zhì)氣體的氣體百分含量。1）玉米芯生物質(zhì)氣氣體成分氣體成分氣體百分比氫氣12.3%一氧化碳22.5%甲烷2.3%其他（氮?dú)狻⒍趸迹?2.9%2）稻殼生物質(zhì)氣氣體成分氣體成分氣體百分比氫氣12.0%一氧化碳15.0%甲烷2.1%其他（氮?dú)?、二氧化碳?0.9

46、%在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程中，需按照生物質(zhì)氣體成分組成進(jìn)行配比，以模擬實(shí)驗(yàn)用的生物質(zhì)氣，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.2.5 實(shí)驗(yàn)方法1）溫度的確定在實(shí)驗(yàn)過程中，溫度對(duì)于再燃脫硝有著很大的影響，通過文獻(xiàn)查閱，發(fā)現(xiàn)1100實(shí)驗(yàn)溫度，效率最高。為此，本實(shí)驗(yàn)對(duì)溫度對(duì)再燃脫硝的效率進(jìn)行驗(yàn)證。確定實(shí)驗(yàn)溫度為11001300，每50做一次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行比較，確定脫硝效率最高的溫度區(qū)間并對(duì)文獻(xiàn)中的溫度進(jìn)行驗(yàn)證。2）氣體停留時(shí)間的確定根據(jù)石英管爐的高度、固定床的位置、進(jìn)氣流量和石英管的直徑，可以計(jì)算出爐內(nèi)熱解氣、煙氣的停留時(shí)間。結(jié)合工業(yè)鍋爐煙氣的停留時(shí)間，本實(shí)驗(yàn)取的停留時(shí)間為0.6s。進(jìn)氣量隨溫度的不同做適當(dāng)調(diào)整，停留時(shí)間由式（2.8

47、）計(jì)算得出。（2.8）式中：t-氣體停留時(shí)間h-固定床到石英管爐頂部的距離v-進(jìn)入石英管爐的氣體流量s-石英管爐的面積3）計(jì)算空氣量與熱量在實(shí)驗(yàn)中，需要了解一千克標(biāo)準(zhǔn)煤所需要的理論空氣量以及釋放的熱量。假定1kg煤完全燃燒，空氣中的氧和煤中能參加燃燒的氧(固有氧)全部被耗盡，此時(shí)所需要的空氣量稱理論空氣量。c +o2 = co2(2.9)12 kg 22.4m3 22.4m3此式表明，12kgc完全燃燒時(shí)，需消耗22.4m3o2 ，并生成22.4m3co2 ，所以1kg碳完全燃燒消耗的o2為22.4/12=1.8667(m3 )。2h2 + o2= 2h2o(2.10)4.032kg 22.4

48、m3 22.4m3由式(2)可知,1kgh2燃燒后要消耗o222.4/4.032=5.5556(m3)。s+o2= so2(2.11)32kg 22.4m3 22.4m3由式(3)可知,1kgs燃燒時(shí),需消耗o222.4/32=0.7(m3)。但這些氧并非完全來源于空氣，因?yàn)? kg煤中還含有oat100kg的氧，這部分氧可與碳、氫、硫化合，因此，在計(jì)算空氣需要量時(shí)，應(yīng)將這部分氧量扣除。氧的分子量為32，故oat100kg的氧在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為：22.432oat100=0.7oat100（m3） (2.12)這樣，1kg煤燃燒所需的o2為 （1.8667cat100+5.5556hat10

49、0+0.7sat100-0.7oat100）m3 (2.13)由于空氣中o2的容積含量為21% ，所以，1kg煤燃燒所需的理論空氣量為：(2.14)voi=10.211.8667cat100+5.5556hat100+0.7sat100-0.7oat100=0.0889cat+0.375sat+0.265hat-0.033oat這是理想狀態(tài)下燃燒所需的空氣量，在實(shí)際燃燒工程中，因?yàn)橐紤]到完全燃燒的問題以及之后實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在文獻(xiàn)中得出結(jié)論，實(shí)際空氣量為理論空氣量的1.25倍。4）煤的熱值計(jì)算通過資料分析和實(shí)際驗(yàn)證，高特公式只考慮到揮發(fā)份數(shù)量對(duì)發(fā)熱量的影響，而沒有注意到煤揮發(fā)份的質(zhì)量對(duì)發(fā)熱量也

50、有很大的影響。此外，高特公式幾乎沒有考慮到煤的礦物雜質(zhì)在煤燃燒時(shí)需要吸熱分解的這一重要因素。同時(shí)，計(jì)算分析基高位發(fā)熱量時(shí)所用的分析基固定碳的計(jì)算系數(shù)“82”取得偏高，因而計(jì)算結(jié)果亦高22。計(jì)算煙煤分析基地位發(fā)熱量的經(jīng)驗(yàn)公式：qfdw =100k1-（k1+6）（wf+af）-3vf（-40wf） * (2.15)*只有計(jì)算當(dāng)vr35%，同時(shí)wf又大于3%的極少數(shù)煙煤的qfdw時(shí)才減去括號(hào) 內(nèi)的水分?jǐn)?shù)值。式中：qfdw燃料的分析基低位熱值，千卡/公斤； wf 、af、vf、燃料中分析基水份、灰份、揮發(fā)份重量百分含量；k1系數(shù)，可按vr 和其焦渣特征查表。在k1值之前先將分析基揮發(fā)份（vf），按下

51、式換算成可燃基揮發(fā)份，（vr ）再從下表中查出k1值。在氣體再燃過程中，氣體通入量對(duì)熱值有要求。故實(shí)驗(yàn)中設(shè)定氣體通入量為，煤熱值的15%。5）燃料顆粒的確定相同量的再燃燃料，其粒徑越小，總的比表面積越大，在相同的加熱溫度下，揮發(fā)分析出速度越快，越容易析出，并且揮發(fā)分的析出量也增大在進(jìn)入再燃區(qū)之后，由于比表面積的增大，再燃燃料與爐內(nèi)的煙氣接觸面積越大，因此與no的還原反應(yīng)進(jìn)行得越充分雖然燃料粒徑越小再燃效果越好，但是粒徑變小給燃料的制備和給料增加了難度。因此，利用再燃燃料進(jìn)行再燃脫硝既要考慮脫硝效率又要考慮到經(jīng)濟(jì)性問題，粒徑的選取要有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶１緦?shí)驗(yàn)中的大同煤使用80目的分樣篩過篩。6）再

52、燃比的確定再燃比是再燃燃料的發(fā)熱量占入爐總熱量的百分比。為保證再燃燃料對(duì)no的還原效果，再燃區(qū)必須加入足夠的再燃燃料，以保證再燃區(qū)內(nèi)的還原no所必需烴根濃度。再燃比的增加使得再燃燃料析出的揮發(fā)分增多，隨揮發(fā)分釋放的ch基團(tuán)的濃度增大，在再燃區(qū)還原性氣氛下，將會(huì)提高這些基團(tuán)與no的還原反應(yīng)速率，因此no的排放量降低，脫硝率增大。在實(shí)際應(yīng)用中，由于再燃區(qū)是在主燃區(qū)和燃盡區(qū)之間，因此，再燃區(qū)的空間和燃料再燃時(shí)間都受到限制，如果投入過多的再燃燃料，在燃盡區(qū)內(nèi)可能就會(huì)燃燒不完全，造成了最終的飛灰量增加，熱損失增大，降低了鍋爐效率對(duì)于每種具體的再燃燃料都存在一個(gè)最佳的再燃比，小于這個(gè)再燃比，no的還原率不

53、好；大于這個(gè)再燃比，no還原率增加已不明顯，而且還會(huì)帶來燃料未燃盡等問題。為了方便實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中的再燃比將采用15%。7）再燃區(qū)停留時(shí)間的確定在再燃區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間越長(zhǎng)，no還原率將會(huì)越高。這是因?yàn)樯镔|(zhì)在再燃區(qū)內(nèi)加熱、熱解及釋放揮發(fā)分需要一定的時(shí)間，若時(shí)間過短，釋放的揮發(fā)分較少，chi基團(tuán)的含量就減少，從而使得no還原率降低。提高再燃區(qū)的停留時(shí)間有利于提高no的還原率，但是隨著時(shí)間的增加，其還原效率也趨向于緩和。因此，提高再燃區(qū)的停留時(shí)間在短時(shí)間內(nèi)效果明顯，但是隨著再燃區(qū)停留時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)，其作用就不再明顯。通過文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本實(shí)驗(yàn)將取用0.60.8s的停留時(shí)間。2.3再燃脫硝實(shí)驗(yàn)操作1

54、）稱取煤樣使用電子天平，將事先準(zhǔn)備好的大同煤樣，使用鑷子放置在電子天平上。由于電阻爐的容量比較小，故實(shí)驗(yàn)中，稱取5克大同煤作為實(shí)驗(yàn)材料。2）實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作在稱取煤樣之后，要對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行預(yù)熱。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)是由兩個(gè)電加熱器所構(gòu)成的模擬工業(yè)鍋爐的裝置。在電子顯示屏中設(shè)置兩段溫度。將上面連接煙氣分析收集系統(tǒng)。設(shè)置完成之后，等待鍋爐內(nèi)部達(dá)到預(yù)定溫度。3）再燃實(shí)驗(yàn)操作到達(dá)制定溫度之后，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部的固定爐排取下，將事先稱取好的大同煤樣放置在固定爐排上，小心將其送入實(shí)驗(yàn)臺(tái)底部，并進(jìn)行固定。使用凌晨牌czr單相交流鼓風(fēng)機(jī)（功率250w，轉(zhuǎn)速2800轉(zhuǎn)/分）對(duì)固定爐排上的大同煤燃燒施加空氣。流量控制在120l/分左右。

55、在電阻爐上部連接尾氣收集分析裝置，在固定爐排上的煤開始通入空氣之后，觀察管道中的煙氣，當(dāng)煙氣開始穩(wěn)定排放時(shí)，使用sg700煙氣分析儀對(duì)煙氣進(jìn)行收集分析，將實(shí)驗(yàn)中的原始煙氣濃度作好記錄，連續(xù)測(cè)試5次，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并取平均值為原始煙氣濃度。使用天然氣作為再燃?xì)怏w，同樣使用5g的大同煤作為實(shí)驗(yàn)燃料，由于溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)有很大的影響。所以在實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置1100、1150、1200、1250、1300為實(shí)驗(yàn)溫度。將煤樣放入爐排后，加熱至指定實(shí)驗(yàn)溫度，等溫度穩(wěn)定之后開始使用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。等煙氣開始穩(wěn)定之后，在再燃區(qū)的插口上接入再燃?xì)怏w。通過流量計(jì)來控制流量。等當(dāng)爐膛內(nèi)部和出口處煙氣各組分的含量穩(wěn)定后，使用煙氣分析儀，測(cè)量當(dāng)前的氮氧化物含量并記錄下來，取3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并取平均值。再燃脫硝效率按下式進(jìn)行計(jì)算：n=（1-再燃/原）100% (2.16)n為脫硝效率，再燃為再燃脫硝實(shí)驗(yàn)中的氮氧化物濃度，原為初始氮氧化物濃度。第三章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理3.1原始工況實(shí)驗(yàn)表7 原始工況下的nox濃度如圖表7所示， 對(duì)大同煤樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在1100攝氏度開始，每50攝氏度為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)原始工況下煙氣中所含的氮氧化物含量進(jìn)行測(cè)量并記錄。每組數(shù)據(jù)記錄五次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。記錄完成之后，