取样分析工业污泥高温燃烧产生SO2和NO的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种取样分析工业污泥高温燃烧产生SO2和NO气体成分的系统，包括燃料输送器，燃料输送器顶部连接有送料管，送料管连接有反应炉，反应炉的顶部连通有烟气管，烟气管连接有三通管一，三通管一连接烟气分析仪，烟气分析仪通过数据线连接计算机。本发明专利技术实验过程中保持送风总量不变，通过改变氮气和氧气比例来配置助燃气，可调节氧气过量系数和燃料的流量，还通过改变电加热器温升速率来配置热解和燃烧的时间和强度，并计算机分析SO2和NO在不同温度范围内的产生和释放，能够取得精度较高的结果，且不需要特殊的气体分析和燃烧设备。备。备。

【技术实现步骤摘要】
取样分析工业污泥高温燃烧产生SO2和NO的系统及方法


[0001]本专利技术涉及电力能源实验分析
，尤其涉及取样分析工业污泥高温热解和燃烧产生SO2和NO的系统及方法。

技术介绍

[0002]随着中国经济的快速发展，也随之带来一定的环境污染问题及相应的处理措施。化工和能源行业产生的工业污泥通常被视为一项危废物，主要成分是有机物，其颗粒细小，含水率高，不易脱水。工业污泥硫、氮含量非常高，几乎是燃烧发电使用的低品质煤的三倍。燃料中的硫、氮污染物成分一般分为有机物和无机物，有机物不稳定，在低温时就分解，无机物结构更稳定，到高温才能分解。高温促使燃料中硫、氮污染物以气体形式快速析出并氧化，或者被直接氧化或者被分解为中间产物后再和氧气反应。
[0003]目前，污泥焚烧作为一种有效的处理方法，可以使工业污泥减量、去除有毒有机物、并回收能量，在稳定、减量、无害、资源利用方面具有明显优势。据估算，若是采用20MW额定功率的污泥焚烧锅炉，单台固定床锅炉每年能焚烧处理大约6万吨。若是采用旋风炉燃烧技术还可以对飞灰进行高温熔融处理，并实现余热回收发电，具有较高应用价值。
[0004]一般在实验室就能完成对污泥燃烧生成的SO2和NO进行详细分解分析的测量，但现有的测量装置或是燃烧原理与燃烧设备较为复杂，往往需要使用价格高昂的热重分析仪进行分析。如果设计一套能精确区分污泥在不同温度下分段燃烧时的挥发成分硫和固定成分硫含量，可以快速确定各种成分硫污染物的释放特性，将为工业生产比如废料预处理和脱硫脱销提供参考。
专利
技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种取样分析工业污泥高温热解和燃烧产生SO2和NO的系统，以克服现有技术中存在的不足。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种取样分析工业污泥高温热解和燃烧产生SO2和NO的系统，包括助燃气装置和燃料输送器，助燃气装置为氮气和氧气气罐以及流量计，燃料输送器顶部连接有送料管，送料管连接反应炉，反应炉的顶部连通有烟气管，烟气管连接有稀释三通管，稀释三通管连接烟气分析仪，烟气分析仪通过数据线连接计算机。
[0007]本专利技术所述助燃气装置包括氧气气罐和氮气气罐，其中，氧气气罐和氮气气罐出口设置有流量计一、流量计二以及流量计三，氧气气罐通过流量计一管道与反应炉连接，反应炉出口连接三通管一的烟气进口，氮气气罐通过流量计二与反应炉连接，氮气气罐通过流量计三与三通管二连接，三通管二的两个出口分别连接燃料输送器的进气口和三通管一的稀释气进口，三通管一的出口与烟气分析仪的烟枪连接。
[0008]本专利技术所述燃料输送器底部设置有鼓风风扇，燃料输送器顶部设置有动力气源入口，进入动力气源入口的氮气来自于三通管一的多余的带压氮气；燃料流量由燃料输送器
的体积、燃料量和鼓风风扇的功率决定。
[0009]本专利技术所述的反应炉所属装置为石英管，内径为30mm，长度为500mm，进、出气孔用橡胶塞封口，可以连接10mm内径的软管，石英管中段设置有一个多孔玻璃隔板，隔板上放置石英棉，起到防止燃料未完全燃烧就随烟气排出的作用。
[0010]本专利技术取样分析工业污泥高温热解和燃烧产生SO2和NO的方法包括以下步骤，
[0011]步骤1，通过氧气气罐将氧气送入反应炉炉膛下部，并通过氮气气罐同时将氮气送入反应炉内，氮气气罐还将氮气通过三通管一送入燃料输送器内，送入燃料输送器的氮气配合鼓风风扇将燃料从燃料输送器输送至反应炉炉膛下部；过量氧气系数为1.4时燃料的理论氧气量为0.861L/g为配比将氧气送入炉膛，通入的氮气气体在30℃稳定150秒后电加热器再开始升温加热并切换氧气。
[0012]步骤2，氮气气罐在三通管一的多余氮气进入三通管二作为稀释气体，该气体稀释两段式反应炉排出的烟气，稀释后的烟气进入烟气分析仪的烟枪；
[0013]步骤3，燃烧器的电加热以20℃/min的升温速率从室温升温到设定的1200℃；对于热解实验，持续向反应炉内稳定输入100％氮气，对于燃烧实验，开始升温的同时将氮气切换为预设流量的80％，并且通入20％流量的氧气，形成同样流量下20％氧气和80％氮气的富氧助燃气体
[0014]步骤4，电加热器升温至预设的最高温度后，关闭烟气分析仪，关闭气罐流量计和燃料输送器的风扇
[0015]步骤5：以上步骤进行时烟气分析仪同步每隔1秒测一次数据，输出的烟气成分浓度数据传送到计算机绘制SO2和NO的生成与温度关系图线，将排放曲线在excel进行peak
‑
baseline高斯拟合分析。污染气体微粒服从天然的扩散效应，其生成气体的体积量分布服从一维高斯分布，公式如下：
[0016][0017]其中，是SO2气体浓度，μ是气体浓度峰值对应的温度，σ为高斯半径，高斯半径描述气体排放曲线的平缓或者陡峭程度，c0是气体浓度的基准值。
[0018]作为本专利技术的取样分析工业污泥高温热解和燃烧产生SO2和NO的方法，以上步骤对燃料的热解和燃烧分别进行两次实验，两次实验的区别在于步骤2中是否切换20％流量的氧气。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1、保障烟气在炉膛内流量稳定，实验过程中送风总量不变，通过改变氮气和氧气流量来配置助燃气，可调节氧气过量系数、燃料流量以及燃料停留时间；
[0021]2、利用简易的带压器官装置，本专利技术测量系统通过调节气罐和流量计压力的方式，使气瓶压力高于燃烧生成的烟气压力，多余稀释气体的压力高于粉料输送压力，从而助燃气和燃料能够进入两段反应炉和进入烟气分析仪；
[0022]3、通过改变电加热器温升速率来配置热解和燃烧的时间和强度，可调节SO2在不同温度范围内的产生和释放，将热解和燃烧分两步进行热分析，通过高斯分析对气体浓度分布的简化描述，能够取得工程上精度较好的结果；
[0023]4、在小型实验室内就可以对工业污泥取样分析其热处理污染物排放情况，使用传感器量程5000ppm的小型烟气分析仪就可以匹配送入烟气的流量和污染物浓度，不需要特殊的气体色谱分析设备或昂贵的燃烧设备；
[0024]5、本专利技术的热处理和热分析系统和方法可以适应各种不同的研究对象、不同的热解/燃烧温度、以及不同的氧气浓度和空气流量，分析得到的实验结论对工业污泥燃烧处理的工业级燃烧装置的设计能够起到指导作用。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术的系统的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术的燃料输送器的结构示意图；
[0028]图3为本专利技术的反应炉的结构示意图；
[0029]图4为工业污泥匀速升温燃烧的SO2排放高斯拟合；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种取样分析工业污泥高温热解和燃烧产生SO2和NO的系统，其特征在于，包括燃料输送器，燃料输送器顶部连接有送料管，送料管连接反应炉，反应炉的顶部连通有烟气管，烟气管连接有三通管一，三通管一连接烟气分析仪，烟气分析仪通过数据线连接计算机。2.根据权利要求1所述的取样分析工业污泥高温热解和燃烧产生SO2和NO的系统，其特征在于，包括氧气气罐和氮气气罐，其中，氧气气罐和氮气气罐出口设置有流量计一、流量计二以及流量计三，氧气气罐通过流量计一管道与反应炉连接，反应炉出口连接三通管一的烟气进口，氮气气罐通过流量计二与反应炉连接，氮气气罐通过流量计三与三通管二连接，三通管二的两个出口分别连接燃料输送器的进气口和三通管一的稀释气进口，三通管一的出口与烟气分析仪的烟枪连接。3.根据权利要求1所述的取样分析工业污泥高温热解和燃烧产生SO2和NO的系统及方法，其特征在于，所述燃料输送器底部设置有鼓风风扇，燃料输送器顶部设置有动力气源入口，进入动力气源入口的氮气来自于三通管一的多余的带压稀释氮气。4.根据权利要求1所述的取样分析工业污泥高温燃烧产生SO2和NO的系统，其特征在于，反应炉为石英管，内径为30mm，长度为500mm，进、出气孔用橡胶塞封口，可以连接10mm内径的软管，石英管中段设置有一个多孔玻璃隔板，隔板上放置石英棉，起到防止燃料未完全燃烧就随烟气排出的作用。5.根据权利要求1所述的取样分析工业污泥高温燃烧产生SO2和NO的系统，其特征在于，实验所用燃料为颗粒大小为0.05～0.1mm的粉料。6.一种取样分析工业污泥高温热解和燃烧产生SO2和NO的方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤1，通过氧气气罐将氧气送入反应炉炉膛下部，并通过氮气气罐同时将氮气送入反应炉内，氮气气罐还将氮气通过三通管一送入燃料输送器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一丰，肖俊峰，胡孟起，夏林，连小龙，高松，王玮，王峰，李晓丰，夏家兴，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：