[发明专利]纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质燃烧烟气污染物控制方法，特别是涉及一种纳米铁基添加剂控制生物质燃烧过程NO排放的方法。

背景技术

生物质是一种可再生资源，具有资源量丰富，净CO₂排放为零等优点。在能源危机和环境恶化双重压力下，生物质利用技术得到了长足发展。其主要利用方式有热化学利用包括燃烧、气化、液化及生物化学利用包括制备生物乙醇、柴油和沼气等技术。其中，生物质燃烧是目前最为常见的利用形式。生物质虽然具有较低的氮含量，但是燃烧过程中产生的NO_x却不容忽视，其中最主要为NO。排放到空气中的NO_x会形成酸雨或光化学烟雾，对人体健康、生态系统和建筑设施造会成了巨大危害。目前，我国生物质每年燃烧产生的NO_x总量达951.3千吨，而且随着生物质燃烧设备的逐步推广应用，其燃烧产生的NO_x逐年增加。因此，研究生物质燃烧NO_x的控制技术具有现实的必要性和紧迫性。

目前对于生物质燃烧过程中NO_x的控制方法主要有空气分级和燃料分级等，然而这两种技术方法的脱硝效率的影响因素较多且工艺较为复杂。由于生物质燃料种类不同，其成分含量有所差别，导致应用上述两种方法时，脱硝效率有所不同；不同的一次风量、二次风量和通入一、二风和燃料的位置均会影响其脱硝效率。而且，应用上述两种方法时，需要精准地控制燃烧过程，致使其工艺较为复杂。另外，加装分级装置会增加初始投资和运行成本。

近年来,研究人员对Fe离子在燃烧过程中对NO的生成影响开展了深入的研究。研究人员针对燃料N的转化以及燃料型NO_x前驱物的生成与控制的研究表明，Fe离子能够有效地降低燃料N转化过程中生成的主要的NO_x前驱物，如HCN/NH₃的生成，从而有效地减少燃烧过程中NO的生成。如Guan等发现Fe的化合物可以抑制含N燃料（如煤，生物质等）热解时HCN/NH₃的生成。进一步的研究表明Fe₂O₃能够有效将HCN还原为N₂，在此机理的基础上，使用一定量的Fe₂O₃与再燃燃料混合，可大幅度提高再燃的脱硝效率。在燃烧过程中，燃料N被氧化生成NO的同时，还伴随着NO与HCN等的同相还原以及NO与焦炭的异相还原过程。不同的研究表明，铁及其化合物具有直接还原NO或催化还原NO的作用。Hayhurst等发现金属铁的粉末在一定程度上能够把NO还原为N₂；并且提出了Fe还原NO的反应机制。Gardon等及苏亚欣等的实验结果均表明，金属铁具有非常高效的直接催化还原NO的作用。苏亚欣等还对甲烷在氧化铁表面还原NO的特性与反应机理进行了研究，发现主要机理为：甲烷通过将氧化铁还原为铁，铁进而直接还原NO。Zhao等发现Fe离子能够催化NO在煤焦表面的还原。

综上所述，目前主流的生物质燃烧NO排放控制方法，例如基于分级燃烧的控制方法需要精准地控制燃烧过程，且其脱硝效率有限。利用Fe离子在燃烧过程中控制NO前驱物的生成，则可直接减少燃烧后生成的NO。有关以铁基物质作为添加剂与生物质简易物理混合后在燃烧过程中降低NO排放的方法和技术却甚少报道。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，该方法不同与常规的分级配风和燃料分级，亦不同于再燃脱硝和烟气脱硝等方法，该方法能够有效控制生物质燃烧过程中NO前驱物HCN的生成，可以在不加装任何辅助设备的情况下，简易有效地减少NO的排放。

本发明是通过以下具体技术方案实现的：

一种纳米铁基添加剂控制生物质燃烧NO的方法，具体步骤为： (1) 将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合，纳米铁基添加剂的加入量是生物质量的0.5-4%（w/w）， (2) 将纳米铁基添加剂与生物质燃料混合均匀；(3) 将混合好的生物质燃料和纳米铁基添加剂的混合物送入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的助燃气体由送风机送入燃烧器；(4) 燃烧后混有纳米铁基添加剂的烟气经过锅炉尾部排放至除尘器除去后排放。