生物质热解气还原NO的特性研究

贺东伟　程显峰　裴昭颖

【摘要】依据秸秆热解气的来源，针对所要研究的内容，介绍了计算的工况安排。根据模拟的工况安排，分别研究还原区温度、还原区的化学计量系数、还原剂的燃料量对NO还原效果的影响，并在相应的计算工况下与煤粉热解气还原NO的效果进行对比研究。

【关键词】生物质热解气 还原NO 特性研究

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0151-02

引言

生物质作为一种可再生能源，今年来受到广泛的关注。与煤等化石燃料相比较，生物质燃料具有C、N、S含量低，O含量高，挥发分含量高，热值低，易着火，燃烧生成SOX、燃料型NOX低，可实现CO2的零排放等特性，因而特别适合燃烧转化利用。本文着重于研究生物质在恒温沉降炉中快速热解产生的热解气还原NO的特性，并与煤粉热解气还原NO的特性进行比较。

一、初始条件

本文所使用的某煤粉热解气是生物质秸秆在恒温沉降炉中快速热解得的。热解条件：恒温900℃，煤粉在炉内的停留时间约为1.5s，选取在不同停留时间内测得的热解气浓度平均值进行研究，表1为秸秆热解气组分及其浓度。考虑到GRI_mech 3.0机理中不包含有含硫的组分，因此表中去掉了热解气中的SO2。

二、不同影响因素对NO还原效果的影响

本文主要研究各不同影响因素如温度和燃料量对NO还原效果的影响，所研究的温度范围是：1173K、1273K、1373K和1473K；还原区的化学计量系数为0.7、0.8、0.9和1.0；还原燃料量为10%、15%、20%和25%。

1.温度的变化对NO还原的影响

温度对NO还原影响的研究是在固定还原区的化学计量系数、固定燃料量的情况下进行的，针对的是表2的S20-08工况，研究的温度值是1173K、1273K、1373K和1473K，并将计算结果与C20-08工况的结果作对比。

图1为煤粉和秸秆热解气还原NO的效率随时间的变化关系。从图中可以看出：1）在所研究的温度范围内，即1173K到1473K，无论是煤粉热解气还是生物质秸秆热解气，它们还原NO的效率随着温度的升高而降低。2）秸秆热解气还原NO的效率比煤粉高很多，温度为1173K时秸秆热解气还原NO的效率接近85%，而煤粉热解气还原NO的效率仅为63%，主要原因是生物质挥发分含量高，热解时生物质产生的热解气多，在相同的NO还原条件下，有更多的生物质秸秆热解气组分参与NO的还原过程，因此NO的还原效率提高。而不是由煤粉和秸秆热解气组分的差异造成的。3）从图中还可以看出，温度在1173K到1373K范围内时，秸秆热解气还原NO效率的衰减速度不及煤粉热解气还原NO大，也就是说在这个温度范围内，NO被秸秆热解气还原对温度的敏感性系数不及被煤粉热解气还原的敏感性系数。

2.燃料量的变化对NO还原的影响

研究燃料量的变化对NO还原的影响是在固定还原区的温度为1373K，固定化学计量系数为0.8的情况下进行的，燃料量变化范围为10%、15%、20%和25%。图2表示的是煤粉热解气和秸秆热解气还原NO的效率随还原区所加入的燃料量变化的关系图。从图中可以看出，随着燃料量的增加，煤粉热解气和秸秆热解气还原NO的效率是增加的，且秸秆热解气的还原效率远高于煤粉热解气，温度为1373K，化学计量系数为0.8，燃料量为25%时，秸秆热解气还原NO的效率约为73%，而煤粉热解气的还原效率仅为28%，两者差值达到45%。

三、结论

1. 在所研究的温度范围内，即1173K到1473K，秸秆热解气还原NO的效率是随着温度的升高而降低的，温度为1173K时能取得接近85%的NO还原效率。

2. 随着化学计量系数的增加，秸秆热解气还原NO的效率是降低的。

3. 随着燃料量的增加，NO的还原效率是增加的。温度为1373K，化学计量系数为0.8，燃料量为25%时，秸秆热解气还原NO的效率约为73%。

4. 从煤粉热解气和秸秆热解气还原NO的效率对比图来看，秸秆热解气还原NO的效率远高于煤粉热解气，其主要原因是秸秆富含挥发分，相同质量的煤粉和秸秆，秸秆热解时能产生更多的挥发分热解气。

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