论文部分内容阅读
为配合“绿航星际—4人180天受控生态系统实验”,本课题进行了小麦秸秆高温氧化技术研究。采用高温氧化法对CELSS中的植物不可食部分(主要是小麦秸秆)进行高温氧化处理,使小麦秸秆中碳、氢、氧等元素重新进入系统物质循环,以提高密闭系统中物质流的闭合度。首先,进行了小麦秸秆理化性能测试:物料含水率79.98%,灰分产生量9.09%,3~5 mm粒度小麦秸秆堆密度190 g/L,0.5 mm粒度小麦秸秆堆密度320 g/L。在此基础上,进行了小麦秸秆高温氧化过程物质流和能量流衡算。结果表明,900 g鲜重的小麦秸秆经过烘干、粉碎、焚烧处理后理论上可以向植物舱提供二氧化碳278.4 g,氮气2.97 g、水818.8 g和可溶性灰分16.36 g。在焚烧过程中物料自身放出984 W的热量,尾气排出时带走814 W的热量。针对CELSS高温氧化系统的特殊性进行了焚烧炉体设计。该炉体采用助燃气体托举物料沿加热炉体内壁涡旋上升的方式,既保证助燃气体与物料的充分混合,又保证物料与炉壁的良好传热。该焚烧炉具有设备简单、易于维护、能耗低、控温稳定、燃烧充分、易于清灰、微重力适应性好等诸多优点。焚烧炉优化工艺参数为:炉体温度600℃±20℃;进料速度5 g/min时,空气流量30~50 L/min。小麦秸秆燃烧尾气中的有毒有害气体主要为CO、TVOCs和NOx。其中CO浓度9824.1 mg/m3、TVOCs浓度89.9 mg/m3,NOx浓度58.6 mg/m3,未检测到SO2。焚烧尾气先经过除水、除尘处理,然后在铂钯催化剂作用下在150±10℃发生催化氧化反应,去除其中CO、TVOCs和部分NOx,再经由活性炭基化学滤料去除尾气中残留NOx。经处理后,尾气中CO、TVOCs、NOx、SO2的浓度满足受控生态生命保障系统大气管理标准。该系统已稳定运行180 hr以上,达到CELSS集成实验要求。