灰渣对村镇生活垃圾热解过程中氮迁移转化的影响研究

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热解技术在固废减量化及资源化利用方面具有明显优势,已成为生活垃圾处理的热门技术。村镇生活垃圾往往含氮量较高,热解过程产生的可燃气体中伴随着的NH3和HCN等污染物,同时也是燃料型NOX的重要前驱体。垃圾灰渣作为循环热载体添加到生活垃圾热解过程中以提高系统的热效率,其所含矿物质对热解过程中氮的迁移转化产生影响。因此,本文基于灰渣循环的热解过程中的氮转化规律的研究,为NH3和HCN释放及NOX排放控制机制提供理论支撑具有较为重要的科学意义和应用价值。本研究首先利用热重红外联用系统(TG-FTIR)探究气态含氮污染物的析出规律,明确灰渣对气态含氮污染物的影响;然后开展水平管式炉热解实验探究温度及灰渣添加剂(Ash A和Ash B)对村镇生活垃圾热解产物中氮元素分布及NH3和HCN的影响;最后借助XPS分析热解半焦固相氮的官能团转化规律,并对灰渣中矿物质(CaO和Al2O3)的作用效果进行深入探索分析,探讨村镇生活垃圾热解氮的转化途径以及灰渣对其影响机制。主要研究结果如下:(1)村镇生活垃圾热解过程可分为水分的析出阶段(<140℃)、挥发分的热解阶段(140-500℃)和含炭物质的分解与转化(>500℃)。添加灰渣后,热解最终残余量提高,灰渣挥发分少导致其总体失重率降低。(2)村镇生活垃圾热解过程中气态含氮化合物以NH3为主,随温度的升高半焦氮(Char-N)产率降低。灰渣有利于促进Char-N的析出,应该为灰渣中矿物质催化了NH3和HCN发生氧化反应从转化为N2,抑制NH3和HCN的释放;其中在600℃下抑制效果显著。Ash A对NH3抑制率为13.14%,Ash B为14.21%。(3)灰渣中的CaO和Al2O3有利于N在热解半焦中的固定。CaO能与Char-N反应生成氮化钙从而降低NH3和HCN的生成。这与真实灰渣的作用效果不同,原因可能是灰渣中的重金属可以催化Char-N中的氮化钙发生反应将部分N转移至灰渣中,促进Char-N的析出。CaO和Al2O3能够抑制P-N向N-5的转化,减少HCN的释放。CaO对NH3释放的抑制作用明显,而Al2O3对NH3的释放无明显作用。灰渣中矿物质对HCN释放的抑制作用:CaO>Al2O3
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