生物质燃烧中气相KCl/HCl/NOx/SO2一体化协同脱除机理研究

Biomass direct combustion for power generation is one of the main technologies in large-scale use of biomass energy. However, gaseous potassium chloride can result in serious ash deposition and superheater corrosion in biomass fired boilers. In addition, with the implementation of new Emission Standard of Air Pollutants for Thermal Power Plants, emission of nitrogen oxides, sulfur dioxide and other pollutants will be controlled more strictly. The integrated synergic removal characteristics and mechanism of gaseous potassium chloride, hydrogen chloride, nitrogen oxides and sulfur dioxide from biomass combustion will be studied in the project, with the purpose of solving ash deposition and corrosion problems caused by potassium chloride as well as simultaneous control of pollutants. Ammonium phosphate will be used to convert potassium chloride to low corrosive phosphate and hydrogen chloride. At the same time, amidogen in ammonium phosphate can play a reduction role of nitrogen oxides. Effect and characteristic of gaseous alkali compounds, iron-based additives and ethanol on selective non-catalytic reduction of NOx below 850 ℃ will be explored. Removal characteristics and mechanism of carbide slag as well as other calcium-based waste on hydrogen chloride and sulfur dioxide will also be researched. The appropriate conditions will be determined based on reaction temperature, reaction atmosphere and reaction process. The research can promote the development of control theory of alkali metal chloride, heavy metal chloride, as well as sulfur and nitrogen containing pollutants. It can also provide a theoretical foundation and technical guidance for control of related pollutants in the combustion process of biomass, waste, sludge, etc.

生物质直燃发电是生物质能规模化利用的主要技术之一，生物质锅炉燃烧产生的气相KCl会导致过热器严重积灰腐蚀，另外，随着火电厂大气污染物排放新标准的实施，NOx、SO2等污染物将受到更严格的排放控制。基于解决KCl沉积腐蚀联合控制污染物排放的理念，本项目拟对生物质燃烧产生的气相KCl/HCl/NOx/SO2一体化协同脱除特性与机理进行研究，采用磷酸铵盐将KCl转化为低腐蚀性的磷酸盐和HCl，氨基兼顾还原NOx；探索气相碱金属化合物、铁基添加剂、乙醇等对三聚氰酸在低于850℃的选择性非催化脱硝的影响及特性；探索电石渣等钙基废弃物脱除HCl/SO2特性，揭示脱除反应规律与机理；基于反应温度、反应气氛和反应过程，确立协同脱除条件。本项目的研究可促进燃烧中碱金属氯盐、重金属氯盐以及硫氮污染物控制理论的发展，为生物质、垃圾、污泥等燃烧产生的类似污染物的控制提供理论基础和技术指导。

生物质富含碱金属，尤其秸秆类生物质，灰熔点低，燃烧产生的气相KCl等会导致过受热面严重积灰腐蚀，成为燃烧利用的技术瓶颈。本项目对生物质燃烧过程中KCl/HCl/NOx/SO2协同脱除特性与机理进行研究。主要内容：⑴磷酸铵盐控制生物质燃烧过程中钾排放的研究。①采用热力学化学平衡分析方法和沉降炉实验研究NH4H2PO4（ADP）和KCl反应特性。典型实验条件下未检出KCl、钾元素的磷酸盐化产物为磷酸氢二钾、偏磷酸钾等。ADP可以用于生物质烟气脱钾。②添加ADP对稻杆灰中固钾和气相钾析出的影响规律。1000℃燃烧时，添加磷酸铵盐可使稻草钾析出率从38%降低为12%，灰的固钾率显著提高。添加ADP可实现富钾生物质燃烧中固钾、显著减少气相钾的释放。③磷酸铵盐对生物质灰熔融性的影响。ADP可将生物质中部分钾转化为相对稳定的复盐K2CaP2O7，大幅提高秸秆灰特征熔融温度，能有效抑制灰熔融和烧结。④ADP对生物质炭化及其炭燃烧钾析出的影响规律。生物质炭燃烧钾析出率在34.6%~44.0%，而添加ADP的稻草炭化产物燃烧钾析出率3.2%~9.0%。添加ADP炭化能够明显减少其燃烧过程中钾析出。⑵三聚氰酸等还原剂选择性非催化脱硝特性及添加剂研究。得出三聚氰酸脱硝的适宜工况参数：温度窗口876~1150 ℃，最佳反应温度约为900~950℃，脱硝效率为83.1%。钠盐、铁盐和ADP等5种添加剂对三聚氰酸脱硝均有一定的抑制作用，不能向低温方向拓展温度窗口。另外，研究了O2/CO2气氛下NH3选择性非催化还原特性以及添加剂碳酸钠、乙醇和氯化铁对脱硝的影响和作用机理。⑶实验研究了赤泥、白泥和电石渣对玉米秆、棉秆和稻秆燃烧脱氯的影响，在400-800ºC的条件下脱氯效率随着温度的升高逐渐升高，其中白泥在800ºC时对稻秆和棉杆和的脱氯效率分别为42.5%和37.6%。但是超过800ºC，随着温度的继续升高，脱氯效率反而降低。⑷ADP和钙基添加剂对生物质炭化及其燃烧SO2、NO排放的影响。ADP可以显著的提富钾生物质及炭的灰软化温度。添加剂可以明显的抑制生物质及炭的SO2排放，可以不同程度的提高NO的排放浓度。生物质预添加磷酸铵盐热解或燃烧可以减少气相钾的释放，改善灰熔融性，采用磷酸铵盐、钙基吸收剂和选择性非催化还原耦合脱除烟气KCl/HCl/NOx/SO2，有助于形成协同控制排放的技术。