论文部分内容阅读
中小型燃煤工业锅炉在我国的总量约为5060万台,主要利用散煤作为原料,其烟气中的有害物质如NOx可造成酸雨、光化学烟雾等环境问题。最新国家标准要求在用锅炉NOx排放浓度限值为400 mg/m3,重点地区为200 mg/m3。煤粉工业锅炉排烟温度为140℃左右,经过高倍率灰钙循环一体化脱硫后烟气温度降至70℃左右,这与传统脱硝方法的温度窗口并不吻合。因此,针对低温条件(5090℃),探究活性焦脱除NO的性能是十分必要的。本文从研究活性焦的基础理化性质入手,通过现代化分析手段研究市场中常见的活性焦,搭建固定床反应器台架,对比不同焦样的NO脱除性能,并在中试规模试验,优选出一种吸附性能良好的活性焦;通过长周期试验,在没有氨气和氨气存在两种不同气氛下分析工艺参数(温度、氧浓度、空速、SO2浓度、水分、氨氮比)对活性焦脱除NO效率的影响;采用红外光谱分析(FT-IR)、热重试验(TG-DTA)、光电子能谱分析(XPS)、程序升温脱附分析(TPD),原位红外分析等手段,结合试验数据,综合分析无氨气和有氨气两种不同气氛下活性焦低温脱除烟气中NO的机理。得到的结论如下:(1)当空速为500 h-1,入口NO为500×10-6,氧浓度为5%时,温度由50℃升到90℃,NO有效脱除时间由81 h下降到2.3 h,NO单位脱除量由3.66%降到0.10%,即温度升高不利于NO的脱除。低温范围内(5090℃)氨气存在时温度升高同样不利于NO的脱除。当空速为500 h-1,入口NO为500×10-6,温度为70℃时,氧浓度由0提高到10%时,有效脱除时间由0.6 h升到35 h;氨气存在的条件下,氧浓度为1%时,NO脱除率稳定在51.6%,随着氧浓度增高,平衡时的NO脱除率也显著增加,但当氧气浓度由3%上升至7%时候,NO脱除率稳定在64%左右。当入口NO为500×10-6,温度为70℃,氧浓度为5%时,空速由500h-1升到2500 h-1时,有效脱除时间由15 h降到0.26 h,NO单位脱除量由0.59%降至0.01%;不论氨气是否存在,SO2和水分的存在均不利于活性焦对NO的脱除。工业上氨氮比选择11.2较为适宜。(2)活性焦低温(5090℃)脱除NO是一个综合物理吸附和化学反应的复杂过程。没有氨气的条件下,NO的脱除以物理吸附为主,存在少量的化学催化氧化反应,即在氧气或活性焦含氧官能团作用下,NO被催化氧化生成NO2。以本论文中70℃为例,物理吸附脱除的NO所占比重为97%,化学催化氧化作用脱除的NO仅占3%。在外加氨源的条件下,活性焦低温(5090℃)脱除NO存在三种作用机制。第一,NO被活性焦物理吸附,NO的分子形态没有发生改变,受热后会从活性焦上脱附。第二,活性焦作为催化剂,氨作为还原剂将NO选择性催化还原为N2。第三,即使在氨气存在的强还原气氛下,仍有极少量的NO被催化氧化为NO2。此时NO的脱除以前两种作用为主。(3)对失活活性焦进行程序升温脱附后发现:没有氨气存在的条件下,当温度升至150℃,NO开始从活性焦上脱附,225℃时NO脱附浓度最高,600℃全部脱附。温度升至175℃时NO2开始脱附,225℃时NO2脱附浓度最高,500℃时NO2全部脱附。脱附的NO2量远小于NO量。外加氨源的情况下,当温度升至75℃,NO开始从活性焦上脱附,250℃时NO脱附浓度最高,直到450℃全部脱附。温度升到250℃时NO2开始脱附,275℃时NO2脱附浓度达到最高,350℃时NO2全部脱附。