黑液煤浆燃烧特性研究

2022-08-06赵忠霞兰州石化职业技术大学机械工程学院

节能与环保 2022年6期

关键词：水煤浆烟气特性

文_赵忠霞兰州石化职业技术大学机械工程学院

1 试验炉内燃烧试验及分析

对黑液煤浆、普通水煤浆两种燃料分别进行实验炉内燃烧特性试验，该试验均在流化床试验炉内进行，目的是研究分析在750℃下黑液煤浆、普通水煤浆烧结特性以及NOx、SO2的排放特性。

1.1 试验方法

黑液煤浆、普通水煤浆烧结特性以及污染物排放特性均在流化床试验炉内进行，实验步骤如下：

①在实验炉反应器底部加入粒度均在200μm 以下的石英砂，打开实验台主体左侧的空气压缩机，调节风量为2m3/h，在温度调节面板上将实验炉内温度初步调节至750℃，开始持续加热，大概需要2h。

②将壁厚为1.5mm 的软管装卡在恒流泵上，软管一端放入500ml 的烧杯中，烧杯中装有黑液煤浆、普通水煤浆，另外一端接有水煤浆专用喷枪，并将恒流泵流速调整到适当速率，水煤浆通过喷枪滴入炉膛内燃烧。

③开始滴入水煤浆之前，用热电偶测得炉内实际温度，大概为800℃时开始试验。

④观察黑液煤浆、普通水煤浆在实验炉内的燃烧状况，以及不断观察床料是否出现烧结状况，一旦出现烧结状况或者流化状态不佳时，立即停止加热，同时加大流化风量，若实验过程并未出现烧结，则继续实验。

⑤黑夜水煤浆、普通水煤浆在试验温度下稳定燃烧1 个小时后，用烟气分析仪测定流化床试验台炉膛出口处烟气内的NOx、SO2的浓度，并记录实验数据。

⑥所有试验做完后，停止加热，撤掉恒流泵及燃料，切断试验台一切电源，加大流化风量，等待炉内温度降至200℃左右时，关闭空气压缩机，待炉膛完全冷却时，放出床料，观察床料实验前后的颜色差异。

⑦清洗恒流泵以及水煤浆专用喷枪，收拾试验台，试验结束。

2012年山东省水利厅印发了《关于开展水资源管理规范化建设的通知》，明确了以“三条红线”管理为基础，以水资源管理的制度、管理、保障“三大体系”建设为手段，以体制机制、依法监管、组织建设为保障，全面推进水资源日常监督管理规范化建设的目标要求。山东省坚持示范带动、以点促面，以县（市、区）为单元开展了水资源日常监督管理规范化建设示范创建活动。在各市推荐的基础上，由各县（市、区）自愿申报，将通过省、市联合考核验收的县（市、区）命名为“全省水资源管理规范化建设示范县（市、区）”，从省级水资源管理专项经费中安排奖补。力争到2015年全省80%以上的县（市、区）都达到规范化要求。

1.2 试验炉内的烧结特性及分析

黑液煤浆依靠恒流泵以1.3r/min 的速度通过喷枪滴入试验炉内，黑液煤浆滴受热膨胀迅速爆炸分散成细小的颗粒，黑液煤浆随重力作用落在床料上燃烧，与床料一起翻滚，床料流化较好。燃烧1h 左右，床料出现流化欠佳现象，开始出现石英砂结焦现象，增大流化风量，改善不大，切断电源，试验终止。

按照试验方法严格操作，普通水煤浆依靠恒流泵以1.3r/min 的速度通过喷枪滴入流化床锅炉内，流化风量为2m3/h，水煤浆滴受热膨胀迅速爆炸分散成细小的颗粒，数秒后开始着火，普通水煤浆随重力作用落在床料上燃烧，与床料一起翻滚，床料流化较好，燃烧2h 左右，床料未出现流化欠佳现象，也未出现石英砂结焦现象。

由图1 可以看出，普通水煤浆在流化床锅炉中燃烧后床料石英砂未出现任何烧结现象，颜色较实验之前偏淡黄色。

对比图1 可以看出黑液煤浆燃烧后的床料明显出现烧结现象，而且其燃烧后的床料呈现暗黄色，普通水煤浆燃烧后的床料并未出现结焦而且颜色仅现淡黄色。试验炉燃烧试验说明造纸黑液对黑液煤浆的烧结现象具有影响，其主要原因是造纸黑液中含有大量的碱，在高温下极易与石英砂中的SiO2反应生成玻璃，玻璃在高温下极易呈现熔融状态，所以我们会看到燃烧后的石英砂呈现烧结现象。

图1 普通水煤浆、黑液煤浆燃烧后的石英砂对比

2 污染物排放特性分析

将黑液煤浆、普通水煤浆两种燃料分别滴入试验炉内进行燃烧试验，在试验温度750℃下稳定燃烧2h，在炉膛烟气出口处连接烟气分析仪，用来测得NOx、SO2、CO 等排放物的20 组数据，并将NOx、SO2、CO 折算到6%标准含氧量下的数值，然后对每个参数求平均值，得到NOx、SO2、CO在标准含氧量下的数值，如表1 所示。

表1 标准含氧量下的污染物排放特性

表1 为黑液煤浆、普通水煤浆试验炉燃烧时烟气成分排放数据，从表1 中可以看出黑液煤浆烟气中NOx、SO2以及CO 含量远低于普通水煤浆。

原因分析：黑液煤浆燃烧过程中烟气中的SO2含量比普通水煤浆要低得多，这主要是因为黑液中含有Na-基化合物，尤其是NaOH、Na2CO3等碱性物质存在于造纸黑液中。在高温状态下，碱金属化合物会和高速运行的烟气充分混合，其与烟气中的SO2发生复杂的化学反应，生成结构稳定极耐高温的Na2SO4或者是其他硫酸盐化合物，从而将S 固定在灰渣中，这样就会大大减少SO2的排放，达到净化空气的目的。此外，碱金属化合物如NaCl 可以改善CaCO3吸收烟气中的SO2的能力，作为催化剂提高氧化钙的固硫能力，加强对SO2的吸收。

黑液煤浆烟气中NOx含量较低的原因主要是由两方面的因素决定的。一方面因为造纸黑液含有大量的NaOH、Na2CO3等碱性化合物，这些碱性化合物易与烟气中的酸性氧化物NO2以及NO 反应，生成不易分解的化合物固定在灰渣中；另一方面，造纸黑液中存在大量的水，黑液煤浆中的水会在燃烧过程当中摄取热量，致使其燃烧过程中炉膛内的火焰温度要比燃煤时低200 ～300℃，因此所生成的NOx要远低于原煤的燃烧产物。