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工业燃烧装置中产生热量和电力的FTIR

1  简介

生物质燃烧发电已被广泛研究,并且在燃烧过程中形成的气体排放物已得到深入研究,特别是在流化床锅炉中。燃烧装置产生的污染物可分为不完全燃烧产生的污染物,如  CO  和Cx  Hy以及燃烧产生的污染物,包括灰分、氮、硫等。燃烧产生的污染物取决于所使用的燃料。不完全燃烧造成的污染物是由于燃烧温度过低、混合不良、在炉内停留时间过短。(Bain  et  al.  1998,  Demirbas  2005,  Grass  et  al.  1994,  Jenkins  et  al.  1996,  1998,  Khan  et  al.  2009,  Winter  et  al.  1999,  Yin  et  al.  2008)

2  研究目标  生物质燃烧产生的烟气排

放测量是芬兰科学院资助的“控制各种生物质燃烧的新方法”项目的一部分。该项目是与过程与环境工程系和化学系合作开展的,主要解决生物质燃烧过程中锅炉内表面结渣和结垢问题。

本文介绍了项目期间进行的前两次烟气排放测量的结果。

对形成的气体排放成分进行识别和量化,并特别关注硫、氮和总碳氢化合物排放。本研究中研究的燃烧设备是一个小型  2.5  MW  区域供热设备,带有一个使用泥炭作为燃料的炉排锅炉,以及一个带有循环流化床的  315  MW  发电厂,使用泥炭和木材混合物作为供热和发电的燃料。燃烧中形成的颗粒物  (PM)  也从烟道气中收集和测量。

3  实验  使用  Gasmet

Dx‑4000  FTIR(傅里叶变换红外光谱副本)进行测量。  FTIR  用于要求苛刻的发射测量,因为它是一种灵敏、快速和连续的测量技术。两个燃烧单元的测量是在连续两个测量日进行的,测量是在锅炉烟气净化系统之后进行的。使用  STL‑Medi  收集系统收集颗粒物,并根据  SFS  3866  标准进行分析。

4  个结果
炉排燃烧泥炭
图  2  a)  测量第  1  天,b)  测量第  2  天循环流化床锅炉中泥炭和木材混合物燃烧产生的  NOx、THC  和  SOx  排放。

在图  1  中,测量天数之间的差异是由于锅炉的运行问题造成的。从图  1b  可以清楚地看出,燃烧单元在  8  点钟之后有一个小关闭,这也可以从  THC  图中看出,其中  THC  浓度已经上升到  ~100  ppm。该  TCH  峰主要包含甲烷和仅少量  (<5  ppm)  的其他  TCH  化合物。

操作问题导致流化床锅炉(图  2)中的  THC  浓度在测量第  1  天也升高。NOx  和  SOx  浓度在两个测量日都保持在  100  ppm  以下,但  TCH  浓度(主要是甲烷)升高到更高的浓度。在第二个测量日,THC  浓度在测量期间保持在  70  ppm  以下。

床锅炉和炉排锅炉的颗粒物排放
床锅炉和炉排锅炉的颗粒物排放

流化床锅炉烟气中的平均颗粒物为  0.215  kg/h,炉排锅炉为  0.405  kg/h。这表明流化床锅炉的气体净化系统的运行效率显着提高,尽管锅炉的容量比炉排锅炉高得多。在炉排锅炉中,烟气在旋风分离器中进行处理,而在循环流化床中,烟气在包括烟气洗涤器和电过滤器的有效清洁系统中进行处理。

5  研究的相关性

燃料的性质和组成各不相同,因此灰分的性质也各不相同。

如果燃料混合物或工艺条件不是最佳的,则不同生物质燃料混合物的燃烧很容易导致灰烬在锅炉内表面上沉积的增加。此后,例如过热

器的传热能力由于绝缘效应而下降,并且还可能发生腐蚀。因此,需要合适的方法来防止结垢和结渣。应用新的测量方法和模型,并通过从

燃料、灰分、炉渣和烟道气中获取信息,可以更好地监测和控制结垢和结渣。据信,通过敏感测量获得的信息,可以更好地揭示结渣和结垢现象,并且可以观察到灰烬在开始影响锅炉性能之前的沉积并随后对其进行控制。