再燃条件下生物质还原氮氮化物特性研究

发布时间：2020-07-04 09:57

【摘要】：氮氧化物(NO_x)是主要大气污染物之一,对人体健康和生态环境都具有严重危害。我国NO_x排放现状十分严峻,控制燃煤过程NO_x排放已刻不容缓。在众多NO_x排放控制技术中,再燃(Reburning)以其经济有效性成为控制燃煤NO_x排放最具前景的技术之一。将生物质作为再燃燃料应用到再燃技术中,既能减少煤的利用,又能显著降低燃煤NO_x排放,对于解决我国能源危机与环境污染问题都具有重要意义。为充分了解再燃条件下生物质还原NO_x过程,本文选取棉杆、稻杆和污泥三种生物质作为研究对象,以固定床反应器来模拟再燃区,开展了系统的研究。首先通过实验研究了再燃条件下三种生物质及其焦还原NO过程,考察了生物质种类及再燃区氧浓度、温度和初始NO浓度对NO还原率的影响。结果表明:再燃条件下,三种生物质均能显著降低NO排放浓度,相同条件下棉杆还原NO效率最高,稻杆其次,污泥相对较低;减小再燃区氧浓度、提高再燃区温度和初始NO浓度,NO还原率提高;三种生物质焦中,相同条件下棉杆焦还原NO效率最高,稻杆焦其次,污泥焦相对较低;再燃区存在一定低浓度氧、提高再燃区温度,有利于焦对NO的还原;棉杆和稻杆还原NO过程中异相还原反应贡献较小,而污泥还原NO过程中异相还原反应占主要地位。然后,通过实验研究了再燃条件下生物质热解气还原NO过程,考察了再燃工况条件对NO还原率的影响,并利用化学反应动力学模拟软件对反应过程进行了数值模拟,结果表明:再燃区氧浓度是影响热解气还原NO效果的重要因素,再燃区存在最佳的氧浓度,使NO还原率达到最高;一定范围内提高再燃区温度,生物质热解气还原NO效率显著提高;模拟结果显示生物质热解气中CH4、CO和H2都促进了NO的还原,其中CH4对NO的还原起主要作用。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK6
【图文】：

曲线,生物质热解,曲线,生物质

生物质热解实验的条件为：生物质样品 10mg；载气为高纯 N2（99.9%），载气流量为 100ml/min；升温速率为 10℃/min，从室温升至 900℃。棉杆、稻杆和污泥三种生物质在实验条件下热解的 TG 和 DTG 曲线分别如图 2.1 所示。从图 2.1 中可以看出，三种生物质的热解过程大致相同，可分为三个阶段：第一个阶段发生在热解温度低于 200℃区间内，主要是生物质中水分的析出过程，该阶段内生物质热解 TG 曲线变化缓慢，DTG 曲线起伏也较小；第二个阶段发生在热解温度处于约 200~500℃区间内，该阶段内生物质中挥发分大量分解析出，从图中可以看出，该阶段内生物质失重明显，DTG 曲线急剧变化，出现了明显的峰；第三个阶段发生在热解温度高于 500℃区间内，主要是生物质中残留物的缓慢释放过程，该阶段内生物质失重趋于平缓，对于棉杆和稻杆，由于主要挥发分已析出完全，DTG 曲线几乎呈一条直线，对于污泥，由于还存在有机物和矿物质的分解[54]，DTG 曲线出现了一个较小的峰值。

曲线,生物质燃烧,棉杆,曲线

发分析出的终止温度相对较高，这可能与其中糖类等有机物的析出温度较高有关[56]。三种生物质中，棉杆最大热解速率为-6.065%/min，而污泥最大热解速率仅有-1.218%/min。不同生物质由于挥发分含量不同，其热解特性也存在差异。实验采用的三种生物质中，棉杆挥发分含量为 68.12%，而污泥挥发分含量仅有 28.06%，因此棉杆的最大热解速率明显大于污泥。棉杆和稻杆的挥发分含量比较接近，因此二者的最大热解速率也基本相同，但棉杆挥发分析出的起始和终止温度、最大热解速率对应温度都高于稻杆，这主要是由于棉杆中木质素含量相对较高，而木质素分解需要的温度较高[57]。2.2.2.2 生物质燃烧特性分析生物质燃烧实验的条件为：生物质样品 10mg；燃烧气氛为高纯 N2（99.9%）和O2（99.9%），流量分别为 80 和 20ml/min；升温速率为 20℃/min，从室温升至 1100℃。图 2.2 所示为实验条件下三种生物质燃烧的 TG 和 DTG 曲线。

【参考文献】