煤粉氣化合成氣再燃降低NO—x排放的特性研究

李懷瑞　方軍

摘 要：對煤粉氣化合成氣再燃脫硝能力進行模擬實驗，對再燃區(qū)溫度、停留時間、燃料比例等因素影響NO-x排放的規(guī)律進行探討。結(jié)果顯示，隨著溫度的升高、停留時間的增加、燃料比例的增加，在一定范圍內(nèi)，煤粉氣化合成氣的再燃脫銷能力也相應(yīng)的提升。

關(guān)鍵詞：煤粉氣化；合成氣；NO-x；特性

本文通過數(shù)值模擬與實驗研究，對兩種煤粉氣化合成氣作為再燃燃料進行研究，煤粉氣化合成氣再燃對NO-x排放的影響規(guī)律進行探討，為氣體再燃技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 煤粉氣化合成氣對NO-x的還原機理

煤粉氣化合成氣中的H2在900-1500K、缺氧條件下，對NO通過以下反應(yīng)進行還原：H2+NO=HNO+H；HNO+NO=N2O+OH；N2O+H=N2+OH；在還原性及高溫條件下，CO與NO可以直接發(fā)生反應(yīng)，NO脫除率歲溫度的增高而增大：CO+NO=CO2+N。

2 試驗裝置

在自建小型試驗臺上進行實驗，系統(tǒng)流程如圖1所示：

將配置的模擬煤粉氣化合成氣與模擬煙氣分別進入模擬鍋爐再燃區(qū)管式電加熱爐內(nèi)反應(yīng)，采用煙氣分析儀對尾氣進行監(jiān)測。選擇的模擬煤粉氣化合成氣與煙氣與計算過程成分相同，現(xiàn)場配置，用玻璃轉(zhuǎn)子流量計對流量進行控制；經(jīng)過減壓閥對氣體減壓以后進入混合罐1和2，模擬煙氣經(jīng)混合罐1出來后再經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱，達到與加熱爐溫度相同后，進入管式電加熱爐，采用保溫材料對反應(yīng)器與預(yù)熱器之間的管路進行保溫。有溫度與熱電偶控制系統(tǒng)對管式電加熱爐進行控制，用硅鉬棒進行加熱，保持1273-1773K恒溫，加熱功率8kW；爐膛為內(nèi)徑為20mm的剛玉管，恒溫段長度500mm。經(jīng)過水浴對尾部排除煙氣降溫后，利用煙氣分析儀監(jiān)測，煙氣測量參數(shù)及量程分別為：CO（0-1.0%）、CO2（0-20.0%）、O2（0-20.9%）、NO（0-0.5%）、NO2（0-0.1%）、SO2（0-0.5%），煙氣溫度273-923K。

實驗工況：再燃區(qū)溫度1273-1673K，停留時間0.6-1.0s，再燃比10%-30%，過量空氣系數(shù)0.3-0.8。各工況均進行三次實驗，取平均值。

3 實驗及結(jié)果分析

3.1 煤粉氣化合成氣再燃NO-x還原效果受再燃區(qū)溫度的影響

兩種合成氣NO-x還原效果受再燃區(qū)反應(yīng)溫度的影響如圖2所示，實驗工況再燃氣停留時間0.8s，再燃比20%。根據(jù)實驗與計算結(jié)果可知，兩種混合氣NO-x還原效果隨再燃區(qū)溫度的升高而升高。在高溫環(huán)境下，H2具有較好的還原能力，且NO與CO可直接反應(yīng)，對NO進行還原，生成N2。實驗結(jié)果顯示，兩種合成氣在1273K溫度下脫硝效果均在35%以上；在1573K溫度下，均達到50%左右。在燃燒過程中，物理化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，無法對每個過程定量研究。兩種合成氣對比，第一種合成氣的脫硝效果要好于第二種。

3.2 煤粉氣化合成氣再燃NO-x還原效果受再燃區(qū)停留時間的影響

兩種合成氣NO-x還原效果受再燃區(qū)停留時間的影響如圖3所示，實驗工況再燃區(qū)反應(yīng)溫度1573K，再燃比20%。根據(jù)實驗與計算結(jié)果顯示，合成氣對NO-x的還原能力歲再燃區(qū)停留時間的增加和增加，且第一種合成氣的還原效果由于第二種，但二者差異不顯著。實驗結(jié)果顯示，停留時間在0.8s時，兩種合成氣還原效果均達到50%左右，隨停留時間的進一步增加，還原效果趨于緩和。再燃區(qū)內(nèi)合成氣停留時間越長，與NO-x反應(yīng)越充分，能夠盡可能多的將NO-x轉(zhuǎn)換為N2。

實驗工況再燃區(qū)停留時間0.8s，反應(yīng)溫度1573K。實驗及計算結(jié)果表明，合成氣對NO-x的還原效果隨再燃比的增加而增加。實驗結(jié)果顯示，再燃比超過20%時，還原效果也區(qū)域穩(wěn)定；再燃比相同時，第一種合成氣脫硝效果由于第二種，但二者差異不顯著。

4 結(jié)論

通過本文研究，再燃區(qū)反應(yīng)溫度的升高、停留時間的增加及再燃燃料比的增加以及過量空氣系數(shù)的降低，都會促使煤粉氣化合成氣的再燃脫硝能力增加，提高NO-x的還原效率。

參考文獻：

[1]張春玲，孫紹增，王正陽.復(fù)合分級低NO_x燃燒改造方案技術(shù)和經(jīng)濟性分析[J].東北電力技術(shù)，2014，05（16）：17-20.