一种研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统及方法，包括气体混合器、氧气瓶、氮气瓶、NH

An experimental system and method for studying the CO combustion characteristics of pulverized coal and electrolytic aluminum waste

The invention discloses an experimental system and method for studying the CO combustion characteristics of pulverized coal and electrolytic aluminum waste, including a gas mixer, an oxygen cylinder, a nitrogen cylinder and an NH

【技术实现步骤摘要】
一种研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统及方法
本专利技术属于电解铝废料无害化处理领域，涉及一种研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统及方法。
技术介绍
目前，金属铝的生产依赖于电解铝工艺。电解铝行业属于高能耗、高污染行业。例如，电解铝槽内衬产生的废料(废槽衬)里含有氟化物、氰化物等有害成分，而多数氰化物和氟化物易溶于水，这些有毒物质会对人体和环境构成很大威胁，因此实现电解铝废料的无害化处理具有重要的意义。目前应用最为广泛的电解铝废料处理方法是火法处理和湿法处理。但是，火法处理过程中所产生的含氟废气会对设备造成比较严重的腐蚀，而湿法处理的工序过于复杂。这两种处理方式都需要单独搭建尾气处理系统，成本较高。将电解铝废料运至燃煤电厂，与煤粉送入锅炉中混烧是一种很有前景的电解铝废料处理方式。由于废料中碳含量较高，混烧可在一定程度上回收利用废料中的剩余能量。但电解铝废料和煤混烧产生的烟气对锅炉的脱硝反应系统和脱硫塔的影响尚不明确，尤其是气体产物(HF)、固体产物的生成特性影响尚不明确，例如，HF对燃煤电厂常用脱硝催化剂的影响以及脱硫塔的石灰石浆液对HF的吸收效果等都是需要研究的对象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统及方法，该系统及方法能够模拟完成煤粉和电解铝废料混烧产物生成特性的实验、HF对燃煤电厂常用脱硝催化剂的影响以及石灰石浆液对HF的吸收效果实验。为达到上述目的，本专利技术所述的研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统包括气体混合器、氧气瓶、氮气瓶、NH3瓶、NO瓶、第一阀门、第二阀门、进料器、注射器、第一石英管、第二石英管、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第一石灰石浆液洗气瓶、第二石灰石浆液洗气瓶、第二NaOH溶液洗气瓶、第三石灰石浆液洗气瓶、滤筒、采样器、分析主机及H3PO4溶液洗气瓶；气体混合器的入口与氧气瓶的出口、氮气瓶的出口、NH3瓶的出口及NO瓶的出口相连通，气体混合器的出口与第一阀门的入口及第二阀门的入口相连通，第一阀门的出口与进料器的入口相连通，注射器与进料器的入口相连通，进料器的出口经第一石英管及第二石英管后与第二阀门的出口通过管道并管后与第三阀门的入口及第四阀门的入口相连通，第四阀门的出口依次经第一石灰石浆液洗气瓶、第二石灰石浆液洗气瓶及第二NaOH溶液洗气瓶与第三石灰石浆液洗气瓶相连通；第三阀门的出口与滤筒的入口相连通，滤筒的出口分为两路，其中一路经第五阀门及采样器与分析主机的入口相连通，另一路与分析主机的出口通过管道并管后与第六阀门的入口及第七阀门的入口相连通，第六阀门的出口与第一NaOH溶液洗气瓶的入口相连通，第七阀门的出口与H3PO4溶液洗气瓶的入口相连通；第一石英管内设置有石英吊篮，第二石英管内设置有催化剂，第一石英管及第二石英管外均设置有加热装置。氧气瓶的出口处设置有第一减压阀及第一气体质量流量计；氮气瓶的出口处设置有第二减压阀及第二气体质量流量计；NH3瓶的出口处设置有第三减压阀及第三气体质量流量计；NO瓶的出口处设置有第四减压阀及第四气体质量流量计。加热装置包括温控仪、用于检测第一石英管及第二石英管内温度的热电偶以及用于对第一石英管及第二石英管进行加热的电阻丝，其中，热电偶及电阻丝与温控仪相连接。采样器与分析主机通过泵相连通。还包括水浴锅，其中，第一石灰石浆液洗气瓶、第二石灰石浆液洗气瓶、第三石灰石浆液洗气瓶及第二NaOH溶液洗气瓶均位于水浴锅内。分析主机的输出端连接有上位机。本专利技术所述的研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验方法包括煤粉和电解铝废料混烧产物生成特性的实验、模拟混烧产物冲刷催化剂实验、冲刷前后催化剂脱硝活性测试实验以及石灰石浆液对HF的吸收效果实验；煤粉和电解铝废料混烧产物生成特性的实验的具体操作过程为：将电解铝废料和煤粉按预定比例混合后装入石英吊篮中，关闭第二阀门及第四阀门，打开第一阀门、第三阀门及第五阀门，打开第一减压阀及第二减压阀，通过加热装置将第一石英管加热到设定温度，按预设比例向气体混合器中通入N2和O2的混合物，气体混合器输出的混合气体依次经第一石英管及第二石英管进入到分析主机中，通过分析主机在线测量CO、CO2、NO、N2O、NO2、H2S、SO2、HF及HCN的浓度，实验结束后，取出石英吊篮，对石英吊篮内的灰分成分进行测试；模拟混烧产物冲刷催化剂实验的具体过程为，将催化剂放入第二石英管中，打开第一减压阀，通过加热装置将第二石英管加热至预设温度，通过注射器向进料器中注入设定量的HF，通过HF与氮气的混合气体对第二石英管内的催化剂进行冲刷，冲刷后的混合气体通过第一NaOH溶液洗气瓶中的NaOH溶液进行吸收；冲刷前后催化剂脱硝活性测试实验的具体过程为：将催化剂放入第二石英管中，打开第一减压阀、第二减压阀及第四减压阀，使得NO气体、氧气及氮气以预设体积配比在气体混合器中混合，以模拟锅炉混烧时产生的烟气，关闭第一阀门，打开第二阀门，将气体混合器输出的混合气体送入分析主机中，通过分析主机测定NO的浓度，待NO的浓度稳定后，则关闭第二阀门，打开第一阀门及第三减压阀，将模拟的烟气和NH3气体送入第二石英管中，使得烟气与NH3在催化剂的催化作用下发生反应，同时通过加热装置控制反应温度，以模拟锅炉SCR脱硝系统的运行工况，然后通过分析主机在线监测反应产物的NO浓度及NH3浓度，待NO浓度稳定后，将此时NO浓度作为热电炉出口的NO浓度，同时根据此时NO浓度计算催化剂的脱硝效率，再根据催化剂的脱硝效率评估催化剂的脱硝活性；石灰石浆液对HF的吸收效果实验的具体过程为：关闭第二阀门及第三阀门，打开第一阀门及第二减压阀，先通过氮气瓶输出的氮气排尽整个气路中的空气，同时通过加热装置将第一石英管及第二石英管加热到设定温度，通过注射器向进料器中注入预设量的HF，将含有HF的氮气依次经过第一石灰石浆液洗气瓶、第二石灰石浆液洗气瓶、第二NaOH溶液洗气瓶及第三石灰石浆液洗气瓶，当第三石灰石浆液洗气瓶中石灰石浆液无白色絮状物生成时，则认为HF被第一石灰石浆液洗气瓶、第二石灰石浆液洗气瓶及第二NaOH溶液洗气瓶中的溶液完全吸收，收集第一石灰石浆液洗气瓶、第二石灰石浆液洗气瓶及第三石灰石浆液洗气瓶中的石灰石浆液，采用离子色谱测量石灰石浆液中的F-含量，以判断石灰石浆液对HF的吸收效果。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统及方法在具体操作时，将电解铝废料和煤粉按预定比例混合后装入石英吊篮中，通过向第一石英管内通入N2和O2的混合物，并通过分析主机在线测量CO、CO2、NO、N2O、NO2、H2S、SO2、HF及HCN的浓度，然后实验结束后，测量石英吊篮中的灰分成分，以模拟煤粉和电解铝废料混烧产物生成特性的实验；将催化剂放入第二石英管中，并通过HF与氮气的混合气体对第二石英管内的催化剂进行冲刷，以模拟混烧产物冲刷催化剂的实验；通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统，其特征在于，包括气体混合器(25)、氧气瓶(17)、氮气瓶(18)、NH

【技术特征摘要】
1.一种研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统，其特征在于，包括气体混合器(25)、氧气瓶(17)、氮气瓶(18)、NH3瓶(19)、NO瓶(20)、第一阀门(31)、第二阀门(32)、进料器(2)、注射器(1)、第一石英管(3)、第二石英管(42)、第三阀门(33)、第四阀门(35)、第五阀门(34)、第六阀门(36)、第七阀门(37)、第一石灰石浆液洗气瓶(27)、第二石灰石浆液洗气瓶(28)、第二NaOH溶液洗气瓶(29)、第三石灰石浆液洗气瓶(30)、滤筒(10)、采样器(11)、分析主机(13)及H3PO4溶液洗气瓶(15)；
气体混合器(25)的入口与氧气瓶(17)的出口、氮气瓶(18)的出口、NH3瓶(19)的出口及NO瓶(20)的出口相连通，气体混合器(25)的出口与第一阀门(31)的入口及第二阀门(32)的入口相连通，第一阀门(31)的出口与进料器(2)的入口相连通，注射器(1)与进料器(2)的入口相连通，进料器(2)的出口经第一石英管(3)及第二石英管(42)后与第二阀门(32)的出口通过管道并管后与第三阀门(33)的入口及第四阀门(35)的入口相连通，第四阀门(35)的出口依次经第一石灰石浆液洗气瓶(27)、第二石灰石浆液洗气瓶(28)及第二NaOH溶液洗气瓶(29)与第三石灰石浆液洗气瓶(30)相连通；
第三阀门(33)的出口与滤筒(10)的入口相连通，滤筒(10)的出口分为两路，其中一路经第五阀门(34)及采样器(11)与分析主机(13)的入口相连通，另一路与分析主机(13)的出口通过管道并管后与第六阀门(36)的入口及第七阀门(37)的入口相连通，第六阀门(36)的出口与第一NaOH溶液洗气瓶(16)的入口相连通，第七阀门(37)的出口与H3PO4溶液洗气瓶(15)的入口相连通；
第一石英管(3)内设置有石英吊篮(5)，第二石英管(42)内设置有催化剂(9)，第一石英管(3)及第二石英管(42)外均设置有加热装置(4)。


2.根据权利要求1所述的研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统，其特征在于，氧气瓶(17)的出口处设置有第一减压阀(38)及第一气体质量流量计(21)；
氮气瓶(18)的出口处设置有第二减压阀(39)及第二气体质量流量计(22)；
NH3瓶(19)的出口处设置有第三减压阀(40)及第三气体质量流量计(23)；
NO瓶(20)的出口处设置有第四减压阀(41)及第四气体质量流量计(24)。


3.根据权利要求1所述的研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统，其特征在于，加热装置(4)包括温控仪(7)、用于检测第一石英管(3)及第二石英管(42)内温度的热电偶(8)以及用于对第一石英管(3)及第二石英管(42)进行加热的电阻丝(6)，其中，热电偶(8)及电阻丝(6)与温控仪(7)相连接。


4.根据权利要求1所述的研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统，其特征在于，采样器(11)与分析主机(13)通过泵(12)相连通。


5.根据权利要求1所述的研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统，其特征在于，还包括水浴锅(26)，其中，第一石灰石浆液洗气瓶(27)、第二石灰石浆液洗气瓶(28)、第三石灰石浆液洗气瓶(30)及第二NaOH溶液洗气瓶(29)均位于水浴锅(26)内。


6.根据权利要求1所述的研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统，其特征在于，分析主机(13)的输出端连接有上位机(14...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓磊，朱正荣，白冰，马诗豪，龙纪淼，张妍，仇钰啸，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61