CN107677763A - 一种模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统及方法，其包括通过烟气伴热管线相连接的热重分析仪和傅里叶红外烟气分析仪，煤粉于热重分析仪内然后生成的烟气经伴热管线进入傅里叶红外烟气分析仪进行实时测试；本发明中设计的模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统及方法，可以实现在实验室内对不同工况下煤粉燃烧实际烟气污染物生成规律进行模拟试验，能够模拟锅炉内煤粉在不同工况下燃烧时不同阶段实时生成的烟气污染物变化规律。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂锅炉燃烧和脱硫、脱硝等环保领域，具体涉及一种模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统及方法。
背景技术
随着人们对环境的关切不断加大，环保要求日益严格，火电厂在执行《火电厂大气污染物排放》（GB13223-2011）要求的前提下，进一步开始按超低排放标准要求运行。按照当前超低排放标准要求，SO2浓度为35mg/m3，NOx浓度为50mg/m3，要求电厂的脱硫、脱硝环保设施更加精细化运行。但另一方面还可以通过研究煤粉在炉内燃烧时不同工况下烟气污染物的产生规律，从污染物的产生阶段采取调整措施降低污染物生成。
研究不同工况下煤粉燃烧实际烟气污染物生成规律，在现场锅炉内测试很难完整的进行测试分析，需要在实验室内对其进行模拟试验。因此，本发明提出了一种在实验室内能模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统及方法，能够模拟锅炉内煤粉在不同工况下不同阶段的燃烧，并实时对生成的烟气污染物进行测试，分析其变化规律。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统及测试方法，在实验室内能简单、精确地模拟锅炉内煤粉的燃烧以及实时对生成的烟气污染物进行测试分析。
本发明所采用的技术方案是：一种模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统其包括通过烟气伴热管线相连接的热重分析仪和傅里叶红外烟气分析仪，煤粉于热重分析仪内然后生成的烟气经伴热管线进入傅里叶红外烟气分析仪进行实时测试。
所述热重分析仪的配气管路为并列设置的三路以上的气源。
所述热重分析仪的气源配气总量之和为50ml/min。
所述傅里叶红外烟气分析仪的气室体积不大于100ml。
一种测试方法，其包括如下步骤：
步骤一：取煤粉样品10-15mg置于热重分析仪的加热炉的坩埚内；
步骤二：根据煤粉样品特点预设燃烧工况设定热重分析仪的升温程序，包括但不限于如下参数：初始温度、升温速率、恒温温度区间及时间、最高温度等；
步骤三：在保证热重分析仪的气源配气总量为50ml/min，且总气量的主要成分为N2的前提下，调整热重分析仪各路气源的分配比例；
步骤四：对傅里叶红外烟气分析仪进行预热，烟气伴热管线和傅里叶红外烟气分析仪的气室升温至不低于180℃；
步骤五：对热重分析仪炉体进行抽真空处理，然后用氮气对炉体内的空气进行置换，使炉体内呈无氧状态；
步骤六：傅里叶红外烟气分析仪预热完毕，按步骤三的配气要求初始化气体状态，开始热重分析仪的升温程序，同时傅里叶红外烟气分析仪开始测试，对得出的热重曲线和生成气体变化曲线进行分析。
在所述步骤五中，对热重分析仪炉体进行两次抽真空和氮气置换，使得热重分析仪炉体内的氧气含量低于0.5%。
根据步骤五中的测试和分析结果对步骤二中的升温程序进行调整，重复步骤一~六重新测试。
本发明的积极效果为：本发明中设计的模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统及方法，可以实现在实验室内对不同工况下煤粉燃烧实际烟气污染物生成规律进行模拟试验，能够模拟锅炉内煤粉在不同工况下燃烧时不同阶段实时生成的烟气污染物变化规律。试验过程中能根据结果进一步调整升温程序，使结果更精确。
附图说明
图1本发明测试系统流程图；
图2为本发明实施例1中测得的尿素热重曲线图；
图3为本发明实施例1中测得的不同氧气含量煤粉燃烧烟气污染物生成曲线图。
具体实施方式
如附图1所示的流程图，本发明的测试系统基于热重分析仪和傅里叶红外烟气分析仪通过烟气伴热管线连接组成的热红联用平台，将煤粉放置于热重分析仪内模拟燃烧生成的烟气污染物经伴热管线直接进入傅里叶红外烟气分析仪进行实时测试，同时跟踪煤粉燃烧的热重曲线和烟气污染物生成曲线进行综合分析。
热重分析仪的升温程度可调，升温速率可调，最高升温不低于1400℃。伴热管线长度不超过1米，直径不超过3毫米，以最大可能的保证煤粉模拟燃烧和烟气污染物检测的同时性。
实施例
对某电厂的煤粉样品在实验室进行了模拟燃烧试验，测试系统是基于热重分析仪和傅里叶红外烟气分析仪通过烟气伴热管线连接组成的热红联用平台，煤粉于热重分析仪内模拟燃烧生成的烟气污染物经伴热管线直接进入傅里叶红外烟气分析仪进行实时测试，同时跟踪煤粉燃烧的热重曲线和烟气污染物生成曲线进行综合分析。
热重分析仪的升温程序可调，升温速率最高为20K/min，最高温度可升至1400℃。热重分析仪的配气管路分3路气源，其中2路为氮气，1为路氧气,3路气源为并联关系。热重分析仪和红外分析仪的伴热管线长1m，直径为2mm。根据预设工况，配5%O2的烟气，结果为两路N2流量为47.5ml/min，1路O2流量为2.5ml/min。所用傅里叶红外分析仪为GASMET烟气分析仪，气室体积为100ml。
采用如下步骤进行测试：
（1）取煤粉样品12mg置于热重分析仪加热炉的坩埚内；
（2）设定初始温度25℃，升温速率20k/min，升至300℃之后，恒温保持10min，再最终升至1000℃；
（3）在保证总配气量总量为50ml/min，总气量的主要成分为N2的前提下，根据预设燃烧工况设定各路气源的分配比例；配5%O2的烟气，结果为两路N2流量为47.5ml/min，1路O2流量为2.5ml/min。
（4）傅里叶红外分析仪进行预热，烟气伴热管线和傅里叶红外烟气分析仪的气室升温至180℃。
（5）对所述热重分析仪炉体进行抽真空，然后用氮气对炉体内的空气进行置换，使炉体内在开始升温前为无氧状态，进行两次抽真空和氮气置换，使得热重分析仪炉的炉体内O2含量低于0.5%；
（6）傅里叶红外分析仪预热完毕，按配气设定要求初始化气体状态，开始升温程序，同时烟气分析仪开始测试。
根据测试和分析结果对步骤（3）中的配气量进行调整，分别为N245ml、O25ml和N240ml、O210ml。即分别为10% O2和20%O2的配气，重复步骤（1）~（6），重新测试。
测试结构如图2、图3所示，在附图中横轴代表温度T，单位为℃，纵轴表示浓度（ppm）。
如附图2可以看出，SO2的生成起始温度受氧量影响不大，峰值浓度20%O2时越高比低氧时略高，可以理解为在高氧气含量时，SO2生成的更快，煤粉中的硫转化成SO2的时间更短，随着氧量的不断降低，硫转化成SO2的过程越长，但总生成量不同氧气含量时基本一致。
由图3可以看出，NO开始生成的起始温度5%O2时为最低约为520℃，10%O2时生成起始温度最高约为600℃，20%O2时约为560℃。随着O2的增加NO的快速生成温度不断降低，浓度达到峰值的温度也不断降低，可以看出氧量越高NO越容易生成，氧量越高浓度峰值也是越高。
本发明中设计的模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统及方法，在实验室内对不同工况下煤粉燃烧实际烟气污染物生成规律进行模拟试验，能够模拟锅炉内煤粉在不同工况下燃烧时不同阶段实时生成的烟气污染物变化规律。试验过程中能根据结果进一步调整升温程序，使结果更精确。结果直接作为锅炉燃烧调整，脱硫、脱硝系统优化和研究的参考和依据，具有良好的推广前景。
Claims (7)
1.一种模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统，其特征在于其包括通过烟气伴热管线相连接的热重分析仪和傅里叶红外烟气分析仪，煤粉于热重分析仪内加热燃烧后生成的烟气经伴热管线进入傅里叶红外烟气分析仪进行实时测试。
2.根据权利要求1所述的一种模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统，其特征在于所述热重分析仪的配气管路为并列设置的三路以上的气源。
3.根据权利要求2所述的一种模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统，其特征在于所述热重分析仪的气源配气总量之和为50ml/min。
4.根据权利要求1所述的一种模拟煤粉燃烧及烟气污染物生成测试系统，其特征在于所述傅里叶红外烟气分析仪的气室体积不大于100ml。
5.一种使用如权利要求1-4任一项所述的测试系统的测试方法，其特征在于其包括如下步骤：
步骤一：取煤粉样品10-15mg置于热重分析仪的加热炉的坩埚内；
步骤二：根据煤粉样品特点预设燃烧工况设定热重分析仪的升温程序，包括但不限于如下参数：初始温度、升温速率、恒温温度区间及时间、最高温度等；
步骤三：在保证热重分析仪的气源配气总量为50ml/min，且总气量的主要成分为N2的前提下，调整热重分析仪各路气源的分配比例；
步骤四：对傅里叶红外烟气分析仪进行预热，烟气伴热管线和傅里叶红外烟气分析仪的气室升温至不低于180℃；
步骤五：关闭热重分析仪的配气管路，对热重分析仪炉体进行抽真空处理，然后用氮气对炉体内的空气进行置换，使炉体内呈无氧状态；
步骤六：傅里叶红外烟气分析仪预热完毕，按步骤三的配气要求初始化气体状态，对每路气源的气量按照分配比例重新设定，开始热重分析仪的升温程序，同时傅里叶红外烟气分析仪开始测试，对得出的热重曲线和生成气体变化曲线进行分析。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于在所述步骤五中，对热重分析仪炉体进行两次抽真空和氮气置换，使得热重分析仪炉体内的氧气含量低于0.5%。
7.根据权利要求5或6所述的测试方法，其特征在于根据步骤五中的测试和分析结果对步骤二中的升温程序进行调整，重复步骤一~六重新测试。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180209 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |