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针对目前城市生活垃圾与生物质混合燃烧处理中因生物质原料未经预处理而存在的能量密度低、含水率高,直接燃烧会降低焚烧炉内燃烧温度、湿烟气排放量增大等问题,本文采用生物质成型燃料替代未经预处理的生物质,与城市生活垃圾进行混合燃烧并对其燃烧过程中的关键科学问题进行了深入研究:探究了城市生活垃圾与棉秆成型燃料在N2/02与CO2/O2两种气氛下的混合燃烧特性与反应动力学;阐析了棉秆成型燃料中碱金属/碱土金属(AAEMs)在城市生活垃圾与棉秆成型燃料共热解过程中的作用机制;揭示了混合物燃烧过程中污染物CO、NO的释放规律和重金属的迁移特性,主要研究工作和结论如下:(1)采用热重分析法,对比分析了不同掺混比的城市生活垃圾(MSW)和棉秆成型燃料(CSB)在N2/02和CO2/02两种气氛下的燃烧特性和反应动力学。结果表明:掺混后两者混合物的着火和燃尽特性得到改善;C02替代N2可提高混合物燃尽温度、增加燃烧后残余质量,混合物高温阶段的反应受气氛影响较大。证实了 MSW和CSB混燃过程中存在协同作用,并且均在CSB掺混比为40%和50%时表现显著。n阶反应模型能较好地模拟MSW、CSB及两者混合物的燃烧过程,其燃烧过程可划分为三个反应阶段:第一反应阶段活化能随CSB掺混比增加逐渐降低,这与混合物着火温度变化趋势相吻合;第二和第三反应阶段的活化能因MSW和CSB组分多样性及共燃过程中协同作用而无明显规律。(2)考察了不同粒径混合物(MSW和CSB)的燃烧特性和反应动力学,及其受升温速率和气氛(N2/02和C02/02)的影响变化。研究发现:混合物粒径在270μm范围内时,其失重量随粒径增大逐渐增加,在粒径为150～180μm时表现出最活跃燃烧特性。不同粒径混合物的热重曲线均随升温速率增加向高温区转移。CO2替代N2会降低混合物燃烧最大失重速率及峰值温度、总失重量和综合燃烧特性指数;当粒径小于106μm时,气氛对混合物燃烧影响更显著。不同影响因素下反应动力学模型表明:三种升温速率下,不同粒径混合物的活化能均在转化率为0.6时达到最大值,并随粒径增加呈递增趋势,在粒径为150～180μm时达到最大值,随后降低;两种气氛下,不同粒径混合物在第一和第二反应阶段的活化能值相接近,但第三反应阶段差值最大为114.79 kJ/mol。(3)采用热重-红外联用(TG-FTIR)分析方法,研究棉秆成型燃料中的AAEMs及外加AAEMs(KCl、NaCl、CaCl2、MgCl2)分别对混合物共热解特性和产物分布的影响,并探索了 AAEMs在协同效应中的作用。结果表明:棉秆成型燃料中的AAEMs与添加的AAEMs盐均有助于降低混合物热解起始温度和促进焦炭生成。CO2替代N2抑制了混合物低温区挥发分释放,促进了高温区(700℃以上)气体的生成,AAEMs盐的添加分别增强了该抑制和促进作用,C02气氛下所有样品的焦炭生成量均低于N2气氛下生成量。FTIR分析结果表明:N2气氛下,棉秆成型燃料中AAEMs促进了混合物热解过程中C02、CO和羰基化合物的释放,添加的AAEMs盐均可提高混合物热解过程C02释放量,碱金属和碱土金属盐分别强化了混合物在低温区和高温区CO析出;C02气氛下,混合物热解过程中700℃以上CO释放峰均远高于N2气氛下释放峰。两种气氛下AAEMs盐的存在均抑制了混合物热解过程中烷基化合物的生成。(4)利用管式炉实验平台研究掺混比、燃烧温度、燃料粒径、生物质种类等因素对城市生活垃圾与棉秆成型燃料混烧过程中CO、NO排放特性的影响。研究发现:CO排放量随棉秆成型燃料掺混量增加而降低,当城市生活垃圾与棉秆成型燃料掺混比为5:5时NO生成量最低。燃烧温度为850℃时混合物CO生成量最低,NO排放量随温度升高呈先增大后减小趋势。随着混合物粒径减小,CO峰值浓度降低,存在一个粒径临界值(60～80目),当粒径小于临界值时,NO生成量随粒径减小而减小,大于临界值时,NO生成量随粒径增大而减小。城市生活垃圾混烧生物质成型燃料其CO峰值浓度显著降低,混烧玉米秆或棉花秆成型燃料NO生成量高于垃圾单独燃烧,而混烧同质量稻秆或玉米芯可降低NO排放量,混合燃料中生物质成型燃料含氮量越高,NO生成量越大。(5)探讨了掺混比、燃烧温度、C02/02气氛、棉秆成型燃料中AAEMs及外加的AAEMs对城市生活垃圾与棉秆成型燃料混烧过程中重金属迁移特性的影响。结果表明:城市生活垃圾中掺混不同比例的棉秆成型燃料,能使重金属元素镍、铬、铜、锌、镉和铅固化在灰渣中。燃烧温度升高能够促进重金属镍、铬、锌、镉和铅的挥发,抑制铜的挥发。在C02/02气氛下,增加02含量,可提高铜、铬、锌和镍的挥发率,抑制了镉和铅的挥发;对比N2和80N2/2002气氛下的重金属迁移特性,发现镉和铅的挥发率略有降低,镍、铬、铜、锌的挥发率均显著增加。棉秆成型燃料中的AAEMs促进重金属镉、镍和锌向烟气和飞灰中转移,但抑制了铬、铜、铅的挥发;添加的AAEMs盐均能提高混合物燃烧过程中重金属镉、镍、锌和铜的挥发,而降低了铬的挥发率。本文的研究成果可为了解城市生活垃圾与棉秆成型燃料的混合燃烧特性、燃烧炉的设计改进及燃烧过程中CO、NO和重金属排放的控制技术提供参考。