生物質熱解氣還原NO的特性研究

賀東偉　程顯峰　裴昭穎

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

【關鍵詞】生物質熱解氣 還原NO 特性研究

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

引言

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

一、初始條件

本文所使用的某煤粉熱解氣是生物質秸稈在恒溫沉降爐中快速熱解得的。熱解條件：恒溫900℃，煤粉在爐內的停留時間約為1.5s，選取在不同停留時間內測得的熱解氣濃度平均值進行研究，表1為秸稈熱解氣組分及其濃度。考慮到GRI_mech 3.0機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；還原區的化學計量系數為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的化學計量系數、固定燃料量的情況下進行的，針對的是表2的S20-08工況，研究的溫度值是1173K、1273K、1373K和1473K，并將計算結果與C20-08工況的結果作對比。

圖1為煤粉和秸稈熱解氣還原NO的效率隨時間的變化關系。從圖中可以看出：1）在所研究的溫度范圍內，即1173K到1473K，無論是煤粉熱解氣還是生物質秸稈熱解氣，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%，主要原因是生物質揮發分含量高，熱解時生物質產生的熱解氣多，在相同的NO還原條件下，有更多的生物質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，NO被秸稈熱解氣還原對溫度的敏感性系數不及被煤粉熱解氣還原的敏感性系數。

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的溫度為1373K，固定化學計量系數為0.8的情況下進行的，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的效率隨還原區所加入的燃料量變化的關系圖。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高于煤粉熱解氣，溫度為1373K，化學計量系數為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%，兩者差值達到45%。

三、結論

1. 在所研究的溫度范圍內，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. 隨著化學計量系數的增加，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，化學計量系數為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的效率遠高于煤粉熱解氣，其主要原因是秸稈富含揮發分，相同質量的煤粉和秸稈，秸稈熱解時能產生更多的揮發分熱解氣。

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