论文摘要
燃煤氮氧化物是大气环境污染的主要物质之一,对氮氧化物的控制势在必行。生物质再燃技术是适合国情的低成本、高效率的新技术,结合了节能和减排两大主题,具备良好的技术优势和发展前景。试验选取具有典型特性的麦秸、玉米秸、棉秆、梧桐木、松木、杨木等6种生物质作为再燃燃料。首先区分草本植物、木本植物,研究其基本性质、热解特性和燃烧特性,发现:生物质普遍S、N含量很低,自身燃烧生成的大气污染物较少。生物质中C元素含量较低,而H元素含量较高,热值较低。6种生物质挥发分含量较高,均在62%以上,易于燃烧。生物质灰中含有多种活性碱金属盐类,对脱硝具有促进作用。生物质的热解和燃烧过程中失重速率较大,热解温度、着火温度、燃烧温度均低于燃煤,是理想的再燃燃料。虽然木本植物的挥发分、发热量均高于草本植物,但木本植物的热解温度及燃烧温度均高于草本植物约30℃,燃烧相对困难。对生物质基本再燃还原NO进行了试验研究,结果表明:6种生物质均是理想的再燃燃料,可以达到65%～70%左右的脱硝效果。不同燃料的脱硝效率存在差别,麦秆、棉秆、松木、梧桐木的脱硝效率较高,可达到67%以上的脱除效率。多种影响脱硝效率的因素均存在最佳的取值范围。反应温度越高,脱硝效率越高,但温度高于1300℃后,热力型NOx大量生成,最佳温度选取在1000℃～1200℃;过量空气系数越小则还原性气氛越强,但容易形成不完全燃烧,而过大则会造成CH基团的氧化,过量空气系数推荐选取在0.7～0.8;再燃比较小时,达不到还原NO所需的CH根浓度,再燃比过大则会造成燃烧效率降低,推荐再燃比为20%;停留时间的延长会使还原反应完全,但受实际反应空间限制,停留时间选取在0.7s～0.8s。研究发现,燃料的粒径对脱硝效果基本上无影响。木本植物和草本植物的脱硝能力不相上下,脱硝能力是生物质挥发分含量和热解特性、燃烧特性等因素的综合作用结果,生物质热解特性对脱硝温度特性影响较大。混合生物质同样是较好的再燃燃料,其脱硝效率略低于多种生物质脱硝效率的理论平均值,适合工业应用。先进再燃脱硝中,考察的6种生物质均可以达到81%～90%左右的效果。不同燃料的脱硝效率存在差别,麦秆、棉秆、松木、梧桐木的脱硝效率较高,可达到86%以上的脱除效率。多种影响先进再燃脱硝效率的因素均存在最佳的取值范围。反应温度过低,氨剂参与的还原反应速率过低,但高于950℃后,NH3开始氧化生成NO,最佳温度选取在1000℃左右。过低的过量空气系数不利于氨剂的还原反应,过高也会造成氨剂的氧化,过量空气系数选取在0.7～0.8。氨氮比过低则达不到理想的脱硝效率,而过高时氨逃逸造成二次污染,推荐选取1.5～2之间。先进再燃试验中,再燃和氨剂脱硝表现出一定的协同特性。即在基本再燃效率较低时,氨剂脱硝表现出较高的脱硝效率;在基本再燃效率较高时,氨剂脱硝效率相对较低。两者协同脱硝的最终效果表现为不同生物质先进再燃的脱硝效率基本相同。添加剂的加入可以有效增加先进再燃的效果,拓展适合还原反应的温度窗口,合适的温度可在950℃～1100℃之间选择。试验中,Na2CO3、K2CO3、（CH3COO）2Ca、FeCl3的增效能力依次降低,前3者都可以达到91.4%以上的脱硝效率;Na、K、Ca、Fe盐类家族的脱硝能力表现不同,Na盐、K盐增效促进能力较高,其内部MCl、MNO3、M2CO3和MOH（M=Na/K）增效能力依次增高。Na盐、K盐、Ca盐、Fe盐家族的增效能力依次降低。