生物質(zhì)熱解氣還原NO的特性研究

賀東偉　程顯峰　裴昭穎

【摘要】依據(jù)秸稈熱解氣的來源，針對所要研究的內(nèi)容，介紹了計算的工況安排。根據(jù)模擬的工況安排，分別研究還原區(qū)溫度、還原區(qū)的化學(xué)計量系數(shù)、還原劑的燃料量對NO還原效果的影響，并在相應(yīng)的計算工況下與煤粉熱解氣還原NO的效果進(jìn)行對比研究。

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)熱解氣 還原NO 特性研究

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0151-02

引言

生物質(zhì)作為一種可再生能源，今年來受到廣泛的關(guān)注。與煤等化石燃料相比較，生物質(zhì)燃料具有C、N、S含量低，O含量高，揮發(fā)分含量高，熱值低，易著火，燃燒生成SOX、燃料型NOX低，可實現(xiàn)CO2的零排放等特性，因而特別適合燃燒轉(zhuǎn)化利用。本文著重于研究生物質(zhì)在恒溫沉降爐中快速熱解產(chǎn)生的熱解氣還原NO的特性，并與煤粉熱解氣還原NO的特性進(jìn)行比較。

一、初始條件

本文所使用的某煤粉熱解氣是生物質(zhì)秸稈在恒溫沉降爐中快速熱解得的。熱解條件：恒溫900℃，煤粉在爐內(nèi)的停留時間約為1.5s，選取在不同停留時間內(nèi)測得的熱解氣濃度平均值進(jìn)行研究，表1為秸稈熱解氣組分及其濃度?？紤]到GRI_mech 3.0機(jī)理中不包含有含硫的組分，因此表中去掉了熱解氣中的SO2。

二、不同影響因素對NO還原效果的影響

本文主要研究各不同影響因素如溫度和燃料量對NO還原效果的影響，所研究的溫度范圍是：1173K、1273K、1373K和1473K；還原區(qū)的化學(xué)計量系數(shù)為0.7、0.8、0.9和1.0；還原燃料量為10%、15%、20%和25%。

1.溫度的變化對NO還原的影響

溫度對NO還原影響的研究是在固定還原區(qū)的化學(xué)計量系數(shù)、固定燃料量的情況下進(jìn)行的，針對的是表2的S20-08工況，研究的溫度值是1173K、1273K、1373K和1473K，并將計算結(jié)果與C20-08工況的結(jié)果作對比。

圖1為煤粉和秸稈熱解氣還原NO的效率隨時間的變化關(guān)系。從圖中可以看出：1）在所研究的溫度范圍內(nèi)，即1173K到1473K，無論是煤粉熱解氣還是生物質(zhì)秸稈熱解氣，它們還原NO的效率隨著溫度的升高而降低。2）秸稈熱解氣還原NO的效率比煤粉高很多，溫度為1173K時秸稈熱解氣還原NO的效率接近85%，而煤粉熱解氣還原NO的效率僅為63%，主要原因是生物質(zhì)揮發(fā)分含量高，熱解時生物質(zhì)產(chǎn)生的熱解氣多，在相同的NO還原條件下，有更多的生物質(zhì)秸稈熱解氣組分參與NO的還原過程，因此NO的還原效率提高。而不是由煤粉和秸稈熱解氣組分的差異造成的。3）從圖中還可以看出，溫度在1173K到1373K范圍內(nèi)時，秸稈熱解氣還原NO效率的衰減速度不及煤粉熱解氣還原NO大，也就是說在這個溫度范圍內(nèi)，NO被秸稈熱解氣還原對溫度的敏感性系數(shù)不及被煤粉熱解氣還原的敏感性系數(shù)。

2.燃料量的變化對NO還原的影響

研究燃料量的變化對NO還原的影響是在固定還原區(qū)的溫度為1373K，固定化學(xué)計量系數(shù)為0.8的情況下進(jìn)行的，燃料量變化范圍為10%、15%、20%和25%。圖2表示的是煤粉熱解氣和秸稈熱解氣還原NO的效率隨還原區(qū)所加入的燃料量變化的關(guān)系圖。從圖中可以看出，隨著燃料量的增加，煤粉熱解氣和秸稈熱解氣還原NO的效率是增加的，且秸稈熱解氣的還原效率遠(yuǎn)高于煤粉熱解氣，溫度為1373K，化學(xué)計量系數(shù)為0.8，燃料量為25%時，秸稈熱解氣還原NO的效率約為73%，而煤粉熱解氣的還原效率僅為28%，兩者差值達(dá)到45%。

三、結(jié)論

1. 在所研究的溫度范圍內(nèi)，即1173K到1473K，秸稈熱解氣還原NO的效率是隨著溫度的升高而降低的，溫度為1173K時能取得接近85%的NO還原效率。

2. 隨著化學(xué)計量系數(shù)的增加，秸稈熱解氣還原NO的效率是降低的。

3. 隨著燃料量的增加，NO的還原效率是增加的。溫度為1373K，化學(xué)計量系數(shù)為0.8，燃料量為25%時，秸稈熱解氣還原NO的效率約為73%。

4. 從煤粉熱解氣和秸稈熱解氣還原NO的效率對比圖來看，秸稈熱解氣還原NO的效率遠(yuǎn)高于煤粉熱解氣，其主要原因是秸稈富含揮發(fā)分，相同質(zhì)量的煤粉和秸稈，秸稈熱解時能產(chǎn)生更多的揮發(fā)分熱解氣。

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