稻壳混煤燃烧对NOx排放的影响

黄定寅，张赵青，王 智，赵瑞娥 (.湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 40040；.湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 40040；.中南电力设计院，湖北 武汉 4007)

0 引言

燃煤电厂排放的NOx是造成大气污染的主要污染源之一[1]，安装烟气脱硝装置可以降低燃煤电厂NOx的排放。近年来，西方国家研究在煤中掺入生物质混合燃烧,可获得与传统脱硝方法相同甚至更好的脱硝效果[2]。我国生物质资源丰富[3]，研究生物质混煤燃烧技术，既可充分利用能源，又可控制污染排放，具有重要意义。本文选取南方常见的稻壳作为生物质燃料的试验样本，按不同质量比混合山西产贫煤制成试验燃料，利用循环流化床试验平台进行燃烧试验。通过测定烟气中的NOx浓度，分析稻壳混煤燃烧对NOx排放的影响。

1 试验设备及试验燃料的制备

1.1 循环流化床试验平台

循环流化床燃煤试验平台组成：控制柜、送风机气、气体分配装置、流量计、一次风、回料风、二次风、螺旋给煤机、炉体、操作平台、电加热段、风室、排渣阀、回料装置、水冷管、旋风分离器、尾部烟道、水浴、取样器或热电偶、H2S、NOx、SO2分析仪、MSI Compact烟气分析仪。试验台设5个烟气浓度值测孔，8个热电偶插管和2个压力测孔。

燃烧试验台参数如下：炉膛内径100mm；炉膛高度4.0m；电加热段额定输出功率4kW；电加热段最高温度1000℃；电加热段长度500mm；燃煤量≥3kg/h。试验中采用MSI Compact烟气分析仪，该分析仪器可直接测量O2、CO、NOx、SO2等气体的浓度。烟气经取样器泵入到MSI Compact烟气分析仪，流经传感器由烟气分析仪内部的微处理机进行处理，最终由测量计算机显示。

1.2 试验燃料的制备

对比多种生物质，确定以南方最常见的稻壳作为此次混煤燃烧的研究对象。将稻壳粉碎，筛选后与烟煤按不同的质量比例混合，制成此次试验的燃料。一共配制了6种混合燃料备用，其中稻壳所占混合燃料的质量比分别为：5%、10%、20%、40%、80%和100%。稻壳和贫煤的工业分析见表1。

表1 燃料工业、元素分析

项目工业分析/%元素分析/%MadVadAadFCadHadCadSadNadOad贫煤7．9117．4438．5636．091．9233．414．761．820．59稻壳7．8162．7417．4312．025．5037．360．030．2939．39

2 试验数据及分析

2.1 NOx排放量与混合燃料中稻壳所占比重关系

通过试验测得的数据，烟气中NOx的排放量与混合燃料中稻壳所占比重的关系见图1。

图1 850℃时NOx排放量与稻壳所占比重关系

从图1可以看出，当燃烧温度恒定在850℃时，NOx的排放量随着燃料中稻壳所占比重增加而降低。其中，在稻壳的掺混比例在0%到20%之间NOx的体积浓度下降最为显著。可见，稻壳的加入可明显降低贫煤燃烧时的NOx排放量，但燃料中稻壳所占比重超过40%后，对于控制NOx的排放意义不大。分析其原因如下：

(1)生物质的挥发分含量较大，在燃烧初期，生物质在流化床底部快速燃烧和热解，析出大量含有还原性基元的挥发分。这些挥发分消耗流化床底部的氧，制造还原性气氛，抑制了NOx的生成[4-5]。

(2)生物质中的氮氧化物含量比煤低，生物质燃烧排放的NOx也较低，生物质和煤混烧比单独燃煤时的NOx排放低。生物质的快速燃烧形成高比表面积的多孔性焦碳，这种焦碳的比表面积大，有助于NOx的分解[6]。

2.2 NOx的排放量与燃烧温度的关系

由于稻壳的掺混比例在0%到20%之间NOx的体积浓度下降的最为明显，因此选择稻壳质量比为10%、20%的两种混合燃料作为试验对象，以纯煤燃料作为参照进行试验，结果见图2。

从图2可知，在相同温度下，NOx的体积浓度随着稻壳掺混比例的升高而降低。其次，NOx的体积浓度随着燃烧温度的升高而提高。出现这样结果除上述原因外，还因为生物质本身具有一定的木质素和腐植酸[6]，它们具有巨大的比表面积，对NOx有较强的吸附能力，延缓了NOx的析出速度。

图2 NOx排放量与燃烧温度关系曲线

3 结语

(1)贫煤掺烧稻壳后，烟气中的NOx排放量显著降低。随着稻壳所占比重的增加，燃烧生成的NOx体积浓度逐渐下降。特别是稻壳的掺混比例在0%到20%之间NOx的体积浓度下降的最为明显。

(2)NOx的排放量随着燃烧温度的升高而增加，在650℃到850℃之间NOx的体积浓度增加的较为平缓，在850℃之后增加较快。可见，控制NOx排放的关键在于控制燃烧温度。

(3)混合燃料中稻壳所占比重越高，NOx的排放量越低，但是生物质燃料热值较低，掺烧过多不利于锅炉的稳定运行。因此，建议实际运行中，生物质燃料所占比重应控制在10%～20%之间，循环流化床锅炉燃烧温度应控制在800℃～850℃之间。

[1]张肖肖,杨 冬,张林华.生物质与煤混燃燃烧特性研究进展[J].节能技术,2011,(6):5-7.

[2]唐秀能,卢啸风,鲁佳易.循环流化床中木屑与煤混烧特性的试验研究[J].热力发电,2012,(4):50-53.

[3]王大中.21世纪中国能源科技发展展望[M].北京:清华大学出版社,2007.

[4]王金星,李 超,刘慧敏,等.烟煤/生物质混燃特性试验研究[J].电力科学与工程,2012,(2):17-19.

[5]孙宏伟,吕 薇,李瑞扬.质燃烧过程中的碱金属问题研究[J].节能技术,2009,(1):26-28.

[6]贺业光,杨天华,孙 洋,等.碱性矿物成分对秸杆和煤混燃过程中氮转化的影响[J].热力发电,2012,(6):33-36.