生物質(zhì)燃燒及其還原氮氧化物的機(jī)理研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著溫室效應(yīng)的加劇,被認(rèn)為是“CO2零排放”的生物質(zhì)燃料越來越受到關(guān)注,但由于生物質(zhì)中堿金屬和氯含量過高,嚴(yán)重的結(jié)焦問題使得大多數(shù)生物質(zhì)直燃設(shè)備無法正常運(yùn)行,而將生物質(zhì)與煤混燃則能顯著緩解結(jié)焦問題;同時由于生物質(zhì)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(zhì)燃燒技術(shù),分別在熱重、沉降爐及300MW煤粉爐內(nèi),對生物質(zhì)直燃和混燃的基礎(chǔ)燃燒特性及在工程示范應(yīng)用中涉及到的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究;并對生物質(zhì)混燃過程

2、中生物質(zhì)焦碳和生物質(zhì)氣對NOx的還原機(jī)理進(jìn)行了深入研究。
　　首先,利用熱重全面系統(tǒng)的研究了生物質(zhì)的燃燒特性及其與煤混燃的協(xié)同效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn):生物質(zhì)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(zhì)著火的影響較小;秸稈類生物質(zhì)焦的著火溫度顯著低于于木質(zhì)類生物質(zhì)焦,而木質(zhì)類焦的著火溫度甚至高于煤焦。混燃試驗(yàn)表明,生物質(zhì)與煤混燃總是存在對總體著火有利的協(xié)同效應(yīng),秸稈類

3、生物質(zhì)混燃對著火特性的改善幅度大于木質(zhì)類生物質(zhì),而自身著火特性越惡劣的煤種與同一生物質(zhì)混燃產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)則越顯著;并且O2/CO2氣氛下混燃協(xié)同效應(yīng)的顯著性小于O2/N2環(huán)境。
　　其次,利用沉降爐試驗(yàn)?zāi)M了實(shí)際生物質(zhì)直燃設(shè)備受熱面上結(jié)焦核心層的形成,并將試驗(yàn)結(jié)果與某生物質(zhì)直燃電廠的焦樣數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhì)結(jié)焦形成機(jī)理;混燃測試則證明當(dāng)混燃比例低于0.2時,混燃對結(jié)焦特性無顯著影響。
　　最后,在某300MW燃煤機(jī)組上進(jìn)行了生物質(zhì)的混燃試驗(yàn),不需電廠增加設(shè)備投資,利用現(xiàn)有的磨煤機(jī)對壓型生物質(zhì)進(jìn)行單獨(dú)磨制并送入爐內(nèi)燃燒,使得規(guī)模化利用生物質(zhì)從工程應(yīng)用的角度實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)組織和設(shè)備選取的簡化;由于該試驗(yàn)的成功實(shí)施,該技術(shù)已經(jīng)在某電廠得到連續(xù)應(yīng)用。研究得到了該型機(jī)組混燃生物質(zhì)的上限熱量輸入比例16.1%,并證明了在本試驗(yàn)范圍內(nèi)混燃生

5、物質(zhì)不會影響飛灰在建筑行業(yè)的應(yīng)用,同時獲得了大型燃煤機(jī)組混燃生物質(zhì)對爐內(nèi)溫度、污染物排放、燃燒效率的影響規(guī)律。
　　作為研究生物質(zhì)焦和生物質(zhì)氣對NOx還原的基礎(chǔ),首先對生物質(zhì)熱解過程中氣相組份的析出及殘余焦碳的特性進(jìn)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(dāng)溫度進(jìn)一步升高至1000℃,生物質(zhì)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(dá),著火和燃燒特性最佳。生物質(zhì)焦對NOx異相還原機(jī)理的研究在固定床上進(jìn)行,研究發(fā)現(xiàn):焦與NO反應(yīng)從動力學(xué)控制到擴(kuò)散控制的普遍轉(zhuǎn)折區(qū)域?yàn)?00~900℃;制焦溫度對焦-NO反應(yīng)活化能的影響不大,麥稈焦與 NO反應(yīng)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(yīng)級數(shù)約為0.85;麥稈焦、木屑焦和煙煤焦與N2O反應(yīng)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(yīng)級數(shù)均約等于1。生物質(zhì)氣均相還原NOx的研究主要通過動力學(xué)計(jì)算進(jìn)行,首先建立了能準(zhǔn)確預(yù)測NO和N2O還原及SNCR過程的GRI-Miller詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理模型(55組份-382步);然后利用該機(jī)理系統(tǒng)的分析了不同生物質(zhì)氣組份再燃還原 NO的最佳空氣