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燃煤锅炉排放出的SO2和NOx严重危害生态平衡,脱硫脱硝成为污染物治理的必然趋势。本文通过大量机理试验和半工业试验,系统研究有机钙的脱硫脱硝特性。 有机钙煅烧析出大量有机气体,热力平衡计算显示,有机气体高温下热解生成以CH4、CO、H2为主的强还原性物质。氮吸附试验表明,有机钙高温煅烧后,其孔隙丰富,具有较大的比表面积,高温烧结程度轻。有机钙析出有机气体快于煤样析出挥发份。添加有机钙后,煤粉燃烧过程中挥发份析出时间提前,煤粉易于着火,燃烧稳定,整体燃烧性能优于原煤。其中,醋酸钙镁的助燃效果最好。 燃烧初期,煤中部分硫与煤中钙、铁等结合,以FeS和CaS等金属硫化物的形式存在。而在添加钙基后,燃烧初期,煤中硫主要以CaS的形式存在。CaS的生成以及随后的氧化,造成燃烧过程硫析出曲线变化。热力平衡计算预测了燃烧过程中含硫物相的分布,气氛决定了FeS、CaS、H2S等含硫物相的分布规律。CaS按两个平行反应进行氧化,生成CaO和CaSO4,温度、氧气浓度、产物层扩散阻力决定了氧化反应的进程。煤焦燃烧过程CaS向CaSO4的转化率远远高于热天平实验上的转化率。 定碳炉试验表明,普通CaO对NO的生成和分解都有微弱的催化还原效果,而有机钙析出的有机气体在燃烧初期可以直接还原NO。贫氧环境有利于获得较高的脱硝率,随温度升高醋酸钙镁的脱硝率增大,而醋酸钙在1150℃下表现出最好的脱硝效果。 一维沉降炉有机钙脱硫脱硝试验表明,温度是影响有机钙同时脱硫脱硝效果的重要因素。1200℃,过量空气系数为1.0工况下醋酸钙镁获得最大脱硝率57.78%;在1100℃,过量空气系数为1.6的工况下醋酸钙镁获得最大脱硫率73.1%。有机钙中醋酸钙镁表现出最佳的脱硫脱硝效果。低过量空气系数可以提高有机钙的脱硝效果,而高过量空气系数可以提高有机钙的脱硫效果。 同时考虑碳氢化合物、含氮气体、含硫气体的相互反应,采用Chemkin模拟燃料型NO的生成、SO2与NO的相互反应机理、丙酮还原NO机理。模型计算结果表明:自由基在燃料型NO生成过程中起决定性作用;贫氧条件下SO2的加入,抑制了燃料型NO的生成;在一维炉沿程,SN和SH等含硫物相促进了NO的分解,明显降低NO的浓度;丙酮快速分解生成大量的CH2CO,CH2CO继续分解为H、HO2、HCCO等物质,这些物质直接和NO反应,降低NO浓度。