煤粉气化合成气再燃降低NO—x排放的特性研究

李怀瑞　方军

摘 要：对煤粉气化合成气再燃脱硝能力进行模拟实验，对再燃区温度、停留时间、燃料比例等因素影响NO-x排放的规律进行探讨。结果显示，随着温度的升高、停留时间的增加、燃料比例的增加，在一定范围内，煤粉气化合成气的再燃脱销能力也相应的提升。

关键词：煤粉气化；合成气；NO-x；特性

本文通过数值模拟与实验研究，对两种煤粉气化合成气作为再燃燃料进行研究，煤粉气化合成气再燃对NO-x排放的影响规律进行探讨，为气体再燃技术的推广应用奠定基础。

1 煤粉气化合成气对NO-x的还原机理

煤粉气化合成气中的H2在900-1500K、缺氧条件下，对NO通过以下反应进行还原：H2+NO=HNO+H；HNO+NO=N2O+OH；N2O+H=N2+OH；在还原性及高温条件下，CO与NO可以直接发生反应，NO脱除率岁温度的增高而增大：CO+NO=CO2+N。

2 试验装置

在自建小型试验台上进行实验，系统流程如图1所示：

将配置的模拟煤粉气化合成气与模拟烟气分别进入模拟锅炉再燃区管式电加热炉内反应，采用烟气分析仪对尾气进行监测。选择的模拟煤粉气化合成气与烟气与计算过程成分相同，现场配置，用玻璃转子流量计对流量进行控制；经过减压阀对气体减压以后进入混合罐1和2，模拟烟气经混合罐1出来后再经预热器预热，达到与加热炉温度相同后，进入管式电加热炉，采用保温材料对反应器与预热器之间的管路进行保温。有温度与热电偶控制系统对管式电加热炉进行控制，用硅钼棒进行加热，保持1273-1773K恒温，加热功率8kW；炉膛为内径为20mm的刚玉管，恒温段长度500mm。经过水浴对尾部排除烟气降温后，利用烟气分析仪监测，烟气测量参数及量程分别为：CO（0-1.0%）、CO2（0-20.0%）、O2（0-20.9%）、NO（0-0.5%）、NO2（0-0.1%）、SO2（0-0.5%），煙气温度273-923K。

实验工况：再燃区温度1273-1673K，停留时间0.6-1.0s，再燃比10%-30%，过量空气系数0.3-0.8。各工况均进行三次实验，取平均值。

3 实验及结果分析

3.1 煤粉气化合成气再燃NO-x还原效果受再燃区温度的影响

两种合成气NO-x还原效果受再燃区反应温度的影响如图2所示，实验工况再燃气停留时间0.8s，再燃比20%。根据实验与计算结果可知，两种混合气NO-x还原效果随再燃区温度的升高而升高。在高温环境下，H2具有较好的还原能力，且NO与CO可直接反应，对NO进行还原，生成N2。实验结果显示，两种合成气在1273K温度下脱硝效果均在35%以上；在1573K温度下，均达到50%左右。在燃烧过程中，物理化学反应比较复杂，无法对每个过程定量研究。两种合成气对比，第一种合成气的脱硝效果要好于第二种。

3.2 煤粉气化合成气再燃NO-x还原效果受再燃区停留时间的影响

两种合成气NO-x还原效果受再燃区停留时间的影响如图3所示，实验工况再燃区反应温度1573K，再燃比20%。根据实验与计算结果显示，合成气对NO-x的还原能力岁再燃区停留时间的增加和增加，且第一种合成气的还原效果由于第二种，但二者差异不显著。实验结果显示，停留时间在0.8s时，两种合成气还原效果均达到50%左右，随停留时间的进一步增加，还原效果趋于缓和。再燃區内合成气停留时间越长，与NO-x反应越充分，能够尽可能多的将NO-x转换为N2。

实验工况再燃区停留时间0.8s，反应温度1573K。实验及计算结果表明，合成气对NO-x的还原效果随再燃比的增加而增加。实验结果显示，再燃比超过20%时，还原效果也区域稳定；再燃比相同时，第一种合成气脱硝效果由于第二种，但二者差异不显著。

4 结论

通过本文研究，再燃区反应温度的升高、停留时间的增加及再燃燃料比的增加以及过量空气系数的降低，都会促使煤粉气化合成气的再燃脱硝能力增加，提高NO-x的还原效率。

参考文献：

[1]张春玲，孙绍增，王正阳.复合分级低NO_x燃烧改造方案技术和经济性分析[J].东北电力技术，2014，05（16）：17-20.