生物质混煤协同优化燃烧机制研究

发布时间：2020-05-20 09:58

【摘要】：随着能源结构不断调整,节能减排需求不断提高,我国许多燃煤电厂进行了环保改造以适应国家发展计划。生物质混煤燃烧利用不仅能有效降低氮硫污染物和CO2排放,又能很好适应燃煤电厂原生设备简单改造后的运行要求,节省了投资改造成本。然而氮硫氧化物的排放总量仍然很大,生物质的添加更易造成混燃过程中锅炉内的积灰结渣,影响热效率与系统安全,近年来生物质混煤燃烧技术受到了广泛关注。生物质挥发分含量较高,与煤混燃过程中生物质挥发分率先迅速释放,发生均相着火放热有助于煤焦的着火。同时挥发分中含有大量CHi、NHi、H等自由基促进了 NOx的同相还原反应。煤中挥发分含量较少,快速析出后形成煤焦,对燃烧后期焦炭与NO的异相还原反应起重要作用,并且煤改善了混合燃料的燃尽特性。而不同煤的结渣倾向差异较大,根据其组分含量进行结渣强弱判别能够有效预测生物质混煤燃烧过程的结渣情况。本文对生物质混煤协同燃烧过程进行了添加剂实验、动态沿程混燃特性实验和混灰结渣特性实验三方面的研究。首先,在管式炉实验系统上进行了生物质混煤添加高岭土、硝酸铝和硫酸铵的燃烧实验,分析了不同种类和比例添加剂对秸秆混煤燃烧NO和SO2释放的影响。研究发现,添加2%-5%高岭土能够改善燃料透气性而促进燃烧,使NO释放量增加。而添加10%高岭土影响传热,阻碍燃料燃尽。高岭土通过吸附作用和与硫酸盐的共熔反应能有效减少SO2的释放,并减轻结渣。硫酸铵和硝酸铝都能促进混合燃料燃烧,少量硫酸铵分解出NH3能够促进NO的同相还原,而过量硫酸铵分解出的NH3氧化则会使NO释放量增加,同时硫酸铵促进了燃料中矿物质的共熔反应。而硝酸铝分解出的O2使局部氧浓度升高,促进了挥发分N和焦炭N的氧化。其次,本文在沉降炉实验系统中进行了不同比例的0-70、70-100μm粒径神木煤掺混100-200μm粒径秸秆的混合燃烧实验。研究发现,随着秸秆掺混比的提高,混合燃料着火和燃尽提前,NO释放量随之降低。秸秆挥发分析出产生大量CHi、H和NHi自由基,同时燃烧形成高浓度CO气氛,抑制了挥发分N和焦炭N的氧化,并促进了 NO同相还原反应,使NO释放量降低。小粒径神木煤混燃过程中其挥发分释放增加,同时使挥发分在烟气中的停留时间增加,煤焦着火被推迟,煤焦孔隙更加丰富,有利于焦炭与NO的异相还原反应进行,但是小粒径煤更容易被熔融秸秆灰粘连而阻碍其燃尽。最后,本文还分别进行了秸秆灰与煤灰以10%/90%、30%/70%和50%/50%比例混合后在空气、N2和CO2气氛下的高温结渣实验。研究发现,秸秆灰掺混比的提高使助熔物CaO、Fe2O3含量增加,促进了低温共熔反应进行而增强结渣。N2气氛下弱氧传递反应使铁以Fe2O3形式存在,Fe3+极性强,难与其他矿物共熔,因此N2气氛下结渣较轻。CO2气氛下Fe2O3被还原为FeO,Fe2+极性较弱,易与CaO、SiO2反应生成低温共熔体,并且CO2的气化侵蚀作用使灰渣表面形成沟壑状结构,促进了气相矿物质的冷凝而增加灰渣粘度,因此CO2气氛下结渣较严重。
【图文】：

低氧燃烧,还原反应,途径

７逡逑化剂将烟气中的Ｎ０．Ｔ还原，从而实现氮氧化物的减排，其效率可高达９５％。低ＮＯＡ．燃烧技逡逑术的原理见图１－３，其关键是在燃料型Ｎ０．Ｔ生成过程中形成还原性气氛，一方面控制其生逡逑成，另一方面促使其还原，从而实现较低ＮＯ．Ｔ的排放［２２１。逡逑空气中的氮逦燃料氮的转换逦ＮＯ再燃烧逡逑杂环氮化物逡逑烃生成物中￣逦Ｖ逦￣径生成物逡逑结合的氮逦Ｖ逦ＣＨ，逦ＣＨ２逡逑逦逡逑ｈｃＪｃｎ逦Ｉ逡逑＼逡逑？氧化物ｔ逦Ｉ逡逑ＯＣＮ．ＩｉＮＣＯ逡逑ＮＵ＞逦—逦？邋ＮＨ３，ＮＨ２，ＮＨ逡逑￣￣逦逦ｙ￣￣逦Ｉ—ａ逡逑—？n切逦￣Ｉ逡逑图１－３抑制ＮＯ，生成及促进其还原反应的途径逡逑（１）

管式炉,高温水,分析仪器,实验系统

逡逑２．２．２实验装置及方法逡逑本文采用的高温水平管式炉实验系统如图２－１所示，由气瓶、质量流量计、温控仪、逡逑卧式管式炉、过滤装置及烟气分析仪组成。将管式炉升温到实验温度（ｌ000°Ｃ）后，持续逡逑通入空气。将制备的生物质混煤燃料置于刚玉舟中迅速推入石英管反应区，进行高温燃烧逡逑实验。同时使用Ｔｅｓｔｏ３５０烟气分析仪测定燃烧烟气中的Ｓ0ｄＰＮＯ．Ｙ等含量，至Ｓ０２、ＮＯ．ｖ逡逑浓度降到５ｐｐｍ以下认为燃烧结束，实验结束后收集燃烧残留物进行分析。逡逑计逦电加热丝逦卧式管式炉逦秸秆与煤混合燃料逡逑Ａ逦一逡逑Ｉ邋？？？0！0＞邋Ｉ逦ｙｆ，，逡逑温邋￥数尥逦ｒ逦逦逡逑隔犋泵（￥逦硅胶干燥剂逦过滤逡逑气逦［３逦ｉｉｊｇｗ＇［逡逑？邋３８①①逦８０（Ｄ？ｅ逡逑温控仪逦烟气分析仪逦吸收瓶逡逑图２－１高温水平管式炉实验系统逡逑２．２．３分析仪器逡逑本章研宄中通过Ｔｅｓｔｏ３５０烟气分析仪实时监测燃烧过程中烟气的ＣＯ、0２、ＮＯ，和Ｓ0２逡逑浓度，对燃烧后的固体残留物分别使用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和Ｘ射线荧光光谱仪（ＸＲＦ）逡逑进行分析
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621;TK6

【参考文献】