[发明专利]一种研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统及方法

权利要求书

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)；

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)；

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；

采样器(11)与分析主机(13)通过泵(12)相连通；

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；

分析主机(13)的输出端连接有上位机(14)。

2.一种研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验方法，其特征在于，基于权利要求1所述的研究煤粉和电解铝废料混烧特性的实验系统，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(9)实验、冲刷前后催化剂(9)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(5)中，关闭第二阀门(32)及第四阀门(35)，打开第一阀门(31)、第三阀门(33)及第五阀门(34)，打开第一减压阀(38)及第二减压阀(39)，通过加热装置(4)将第一石英管(3)加热到设定温度，按预设比例向气体混合器(25)中通入N₂和O₂的混合物，气体混合器(25)输出的混合气体依次经第一石英管(3)及第二石英管(42)进入到分析主机(13)中，通过分析主机(13)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(5)，对石英吊篮(5)内的灰分成分进行测试；

模拟混烧产物冲刷催化剂(9)实验的具体过程为，将催化剂(9)放入第二石英管(42)中，打开第一减压阀(38)，通过加热装置(4)将第二石英管(42)加热至预设温度，通过注射器(1)向进料器(2)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(42)内的催化剂(9)进行冲刷，冲刷后的混合气体通过第一NaOH溶液洗气瓶(16)中的NaOH溶液进行吸收；

冲刷前后催化剂(9)脱硝活性测试实验的具体过程为：将催化剂(9)放入第二石英管(42)中，打开第一减压阀(38)、第二减压阀(39)及第四减压阀(41)，使得NO气体、氧气及氮气以预设体积配比在气体混合器(25)中混合，以模拟锅炉混烧时产生的烟气，关闭第一阀门(31)，打开第二阀门(32)，将气体混合器(25)输出的混合气体送入分析主机(13)中，通过分析主机(13)测定NO的浓度，待NO的浓度稳定后，则关闭第二阀门(32)，打开第一阀门(31)及第三减压阀(40)，将模拟的烟气和NH₃气体送入第二石英管(42 )中，使得烟气与NH₃在催化剂(9)的催化作用下发生反应，同时通过加热装置(4)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(13)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(9)的脱硝效率，再根据催化剂(9)的脱硝效率评估催化剂(9)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(32)及第三阀门(33)，打开第一阀门(31)及第二减压阀(39)，先通过氮气瓶(18)输出的氮气排尽整个气路中的空气，同时通过加热装置(4)将第一石英管(3)及第二石英管(42)加热到设定温度，通过注射器(1)向进料器(2)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(27)、第二石灰石浆液洗气瓶(28)、第二NaOH溶液洗气瓶(29)及第三石灰石浆液洗气瓶(30)，当第三石灰石浆液洗气瓶(30)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(27)、第二石灰石浆液洗气瓶(28)及第二NaOH溶液洗气瓶(29)中的溶液完全吸收，收集第一石灰石浆液洗气瓶(27)、第二石灰石浆液洗气瓶(28)及第三石灰石浆液洗气瓶(30)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。