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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。