【摘 要】
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生物质/市政污泥混燃是一项废弃物能源化利用优势技术。但两种燃料混燃过程NOx释放特性及机理尚未明晰。我国NOx排放标准日益严苛(重点地区排放标准为30 mg/m~3),为在NOx排放标准日益严苛的现实中推进该混燃技术的实际应用,实现生物质/市政污泥的无害化与资源化利用,亟需研究生物质/市政污泥混燃NOx释放特性及机理。本文深入研究了生物质/市政污泥混燃燃烧特性、NOx形成与释放、混燃工况优化及模拟
【基金项目】
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国家自然科学基金,污泥与生物质混燃过程NOx前驱体形成释放机理研究项目(项目编号:51406134);
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生物质/市政污泥混燃是一项废弃物能源化利用优势技术。但两种燃料混燃过程NOx释放特性及机理尚未明晰。我国NOx排放标准日益严苛(重点地区排放标准为30 mg/m~3),为在NOx排放标准日益严苛的现实中推进该混燃技术的实际应用,实现生物质/市政污泥的无害化与资源化利用,亟需研究生物质/市政污泥混燃NOx释放特性及机理。本文深入研究了生物质/市政污泥混燃燃烧特性、NOx形成与释放、混燃工况优化及模拟预测等。主要内容及结论如下:(1)利用热重-红外联用平台,对生物质/市政污泥混燃燃烧特性,NOx及前驱物的释放特性进行研究。结果表明,混燃综合燃烧指数较生物质单独燃烧可提高32.67%。混燃可通过提高燃料-N向NH3的选择性、延缓反应速率等机制实现NOx减排。(2)利用固定床实验平台,探索生物质/市政污泥混燃最优工况。结果显示,60 wt.%污泥含水率最适宜混燃NOx减排。NOx排放对升温速率依赖性高于市政污泥含水量。针对生物质/市政污泥混合燃料NOx及前驱物释放建立了CFD模型。结果显示模型对生物质及低污泥比例混合燃料NOx预测误差低于8%,但当污泥比例高于40 wt.%时,模拟与实验结果偏差可达到20%。(3)分别考察挥发分析出、挥发分燃烧、焦炭燃烧三个阶段燃料-N的迁移转化及生物质/污泥对NOx释放的相互作用。具体研究内容和结论如下:(1)借助热重-红外联用实验平台、XPS等表征手段,对混燃挥发分析出阶段燃料-N转化进行系统探究。结果表明生物质/市政污泥二者混合燃料-N析出路径相对于燃料单独燃烧发生改变,混燃燃料-N向HCN选择性较生物质与污泥二者单独燃烧过程的理论加权值高11.61%,且CO促进了NH3向HCN的转化。同时,混合燃料挥发分析出过程NO释放较二者单独挥发分析出后的加权值减少22.5%。(2)利用Chemkin模拟软件研究挥发分燃烧阶段燃料-N迁移路径。结果表明,生物质/市政污泥混合促进了挥发分-N向NOx的转化。在挥发分燃烧阶段早期,HCN主要通过加氢反应生成NH3,而在后期HCN主要向NOx转化。同时,生物质/市政污泥混燃挥发分燃烧阶段NH3向NOx的氧化强度高于NH3对NOx的还原强度。(3)采用立式管式炉深入研究混合焦炭-N的析出与还原。结果表明混合焦炭热稳定性高于单独燃料焦炭,故混合焦炭燃烧初期NO释放强度更低。但在燃烧后期,混合焦炭的NOx释放较单独燃料焦炭更为剧烈。木质素既可加强市政污泥焦炭燃烧NOx的形成,同时也可促进市政污泥焦炭对NOx的异相还原。本文明晰了生物质/市政污泥混燃的可行性及燃料-N迁移、释放特性,可为开发清洁、高效的混燃技术提供理论支撑提供理论支撑。
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