生物質燃燒及其還原氮氧化物的機理研究及應用.pdf

1、隨著溫室效應的加劇,被認為是“CO2零排放”的生物質燃料越來越受到關注,但由于生物質中堿金屬和氯含量過高,嚴重的結焦問題使得大多數(shù)生物質直燃設備無法正常運行,而將生物質與煤混燃則能顯著緩解結焦問題;同時由于生物質中揮發(fā)份超過70％,將其作為再燃燃料還能對NOx起到顯著的還原效果。本文圍繞生物質燃燒技術,分別在熱重、沉降爐及300MW煤粉爐內,對生物質直燃和混燃的基礎燃燒特性及在工程示范應用中涉及到的關鍵問題進行了研究;并對生物質混燃過程

2、中生物質焦碳和生物質氣對NOx的還原機理進行了深入研究。
　　首先,利用熱重全面系統(tǒng)的研究了生物質的燃燒特性及其與煤混燃的協(xié)同效應。研究發(fā)現(xiàn):生物質在富氧條件下的著火相對于空氣條件發(fā)生了延遲,該延遲在焦碳燃燒階段尤為顯著;氧氣濃度的提高顯著改善了煤的著火,但對生物質著火的影響較小;秸稈類生物質焦的著火溫度顯著低于于木質類生物質焦,而木質類焦的著火溫度甚至高于煤焦?；烊荚囼灡砻?生物質與煤混燃總是存在對總體著火有利的協(xié)同效應,秸稈類

3、生物質混燃對著火特性的改善幅度大于木質類生物質,而自身著火特性越惡劣的煤種與同一生物質混燃產生的協(xié)同效應則越顯著;并且O2/CO2氣氛下混燃協(xié)同效應的顯著性小于O2/N2環(huán)境。
　　其次,利用沉降爐試驗模擬了實際生物質直燃設備受熱面上結焦核心層的形成,并將試驗結果與某生物質直燃電廠的焦樣數(shù)據(jù)進行了對比。研究發(fā)現(xiàn):最初在受熱面上沉積的是納米級的含硫堿金屬鹽的氣溶膠顆粒,主要的元素組成為K、S、O和Na,據(jù)此提出了以含硫的堿金屬鹽為核

4、心的生物質結焦形成機理;混燃測試則證明當混燃比例低于0.2時,混燃對結焦特性無顯著影響。
　　最后,在某300MW燃煤機組上進行了生物質的混燃試驗,不需電廠增加設備投資,利用現(xiàn)有的磨煤機對壓型生物質進行單獨磨制并送入爐內燃燒,使得規(guī)?；蒙镔|從工程應用的角度實現(xiàn)了生產組織和設備選取的簡化;由于該試驗的成功實施,該技術已經在某電廠得到連續(xù)應用。研究得到了該型機組混燃生物質的上限熱量輸入比例16.1%,并證明了在本試驗范圍內混燃生

5、物質不會影響飛灰在建筑行業(yè)的應用,同時獲得了大型燃煤機組混燃生物質對爐內溫度、污染物排放、燃燒效率的影響規(guī)律。
　　作為研究生物質焦和生物質氣對NOx還原的基礎,首先對生物質熱解過程中氣相組份的析出及殘余焦碳的特性進行了全面分析,獲得了含N、S或Cl組份的析出規(guī)律,以及制焦溫度對焦碳特性的影響。研究發(fā)現(xiàn):隨著熱解溫度升高至800℃,Cl和K含量已顯著降低,當溫度進一步升高至1000℃,生物質焦樣中的Cl已完全析出;對于秸稈類焦存在

6、一優(yōu)化的制焦溫度800℃,該溫度下制得焦碳的比表面積最為發(fā)達,著火和燃燒特性最佳。生物質焦對NOx異相還原機理的研究在固定床上進行,研究發(fā)現(xiàn):焦與NO反應從動力學控制到擴散控制的普遍轉折區(qū)域為800~900℃;制焦溫度對焦-NO反應活化能的影響不大,麥稈焦與 NO反應的活化能(89.78-95.41kJ.mol-1)低于木屑焦(115.22-122.79kJ.mol-1)和煙煤焦(108.59-117.63kJ.mol-1),三種燃料焦

7、與NO的反應級數(shù)約為0.85;麥稈焦、木屑焦和煙煤焦與N2O反應的活化能則分別為74.64 kJ.mol-1、122.06 kJ.mol-1和127.01 kJ.mol-1,三種焦與N2O的反應級數(shù)均約等于1。生物質氣均相還原NOx的研究主要通過動力學計算進行,首先建立了能準確預測NO和N2O還原及SNCR過程的GRI-Miller詳細反應機理模型(55組份-382步);然后利用該機理系統(tǒng)的分析了不同生物質氣組份再燃還原 NO的最佳空氣