生物质快速热解气相成分析出规律

利用恒温沉降炉对秸秆、稻壳、木屑及一种烟煤煤粉在900、1000、1100℃ 3个温度进行了快速热解试验,对4种燃料在快速热解过程中气相成分析出的规律进行了研究.生物质成分中高的挥发分、氧、H/C决定了其快速热解会取得比煤粉高的气相产率,木屑的气相产物产量最多,秸秆次之,稻壳最低.4种燃料热解气相产物中的主要成分是CO、H_2、CO_2、CH_4,少量的G_2H_4、C_2H_6、NO、HCN、COS,生物质和煤粉在快速热解及短的停留时间内,其析出的氮前驱物为HCN.快速热解析出的气相成分产量及组分分布与燃料种类、热解温度、热解停留时间相关.几种物料共同的规律是随停留时间的延长,气相产物的量不断地增加,当气相产物的产量趋于平稳时,相应的气相产物的各组分趋于恒定,这一停留时间标志着热解过程的结束,相同温度条件下煤粉的热解速率要慢于3种生物质.     

玉米秆和烘焙玉米秆层燃过程中氮的释放

燃烧固体燃料产生的酸性气体,如HCl、SO_2、NO_x等造成了严重的环境污染,因此国家规定了严格的排放标准。在燃烧替代燃料时,必须研究氮氧化物等的排放,以加强对其生成的控制。本实验利用便携式傅里叶红外光谱仪(FTIR)测量了玉米秆在固定床层燃过程中氮的释放情况,比较了原生物质和烘焙生物质层燃过程中NO、HCN、NH_3等气体的释放,发现原玉米秆层燃时HCN是最主要的含氮气态产物,而烘焙生物质层燃时NO是氮的最主要释放产物,此外原生物质层燃时HCN的释放量大于NH_3,而烘焙生物质NH_3的释放量大于HCN。     

废橡胶和废纸热解过程NOx前驱体的生成

在固定床反应器中热解废橡胶和废纸,考察在不同热解终温和加热方式下NOx前驱体(HCN和NH3)的生成特性.研究结果表明,随着热解终温的升高,原料中的N转化为HCN和NH3的比例不断增加.以废橡胶为例,HCN和NH3的产率从400℃的0.5%分别增加到1000℃的7%和9%;加热方式对HCN和NH3的产率有明显的影响.实验条件下,非等温热解时,废橡胶在所有热解温度下HCN和NH3的产率均高于等温热解时的产率.     

CO_2气氛中超细煤粉热解含氮气体释放规律

在固定床反应器上进行了CO2气氛中内蒙古褐煤的热解/气化试验,对含氮气体和CO析出特性进行了连续在线测量,考察了温度、粒径和气氛等因素的影响.结果表明,气氛对于气化反应特性和含氮气体的析出特性有较大影响且在高温区更为明显;煤样与CO2的气化反应在550,℃之后显著加快.CO2气氛下煤中氮主要以NH3、HCN和N2O形式析出,而N2气氛下主要是以NH3、HCN和NO形式析出;不同粒径的煤粉热解时HCN和NH3析出曲线相似且差距不大,N2O析出量随粒径增大稍有增加.     

污泥和脱灰污泥的热解特性及NOx前驱物的转化研究

利用热重-质谱联用技术(TG-MS)研究污泥及脱灰污泥热解特性及NH_3等含NOx前驱物释放规律,结果表明:污泥脱灰后,样品热解起始温度、NH_3、HCN、HNCO、CH_3CN等NOx前驱物析出温度均升高。同时,在750～900℃均并未出现明显失重,热解过程总失重率远远高于原污泥。由于脱灰污泥所含矿物质已被大部分脱除,不再留存于污泥及焦炭中,N_2在610℃后的高温段并未见析出。除此之外,HCN、HNCO、CH_3CN、H_2等气体均在高温段升高。     

生物质挥发分燃烧NO生成规律研究

生物质燃料在燃烧过程中燃料氮会转化为NO释放,而生物质中绝大部分的燃料氮在热解过程中以挥发分氮的形式释放,因此挥发分氮对于NO的生成极为重要。为探究生物质挥发分燃烧生成NO的规律,在水平管式炉反应器及Chemkin仿真模拟上研究了不同生物质、不同温度、不同氧浓度对挥发分NO生成的影响。试验结果表明:生物质含氮量越高,挥发分NO的转化率越低;挥发分NO的转化率随温度上升先增加,在800℃达到峰值后略微减小;氧浓度越高,挥发分NO的转化率越高。该结论有助于理解生物质挥发分燃烧生成NO的规律,对采取合理措施降低NO排放有积极意义。     

不同煤种挥发氮析出过程的数值模拟与试验研究

采用数值模型研究了烟煤、贫煤和无烟煤等不同煤种热解、燃烧过程中挥发分氮的析出、中间含氮产物HCN的生成以及转变为NO的过程。利用有限体积方法对质量、化学组分、动量和热量守恒方程进行离散求解。计算获得了不同煤种的颗粒着火时间、热解过程、孔隙率、HCN和NO生成率等数据,并与沉降炉试验结果进行了比较,分析。     

生物质气化过程中燃料氮迁移影响因素实验研究

针对玉米秸秆和锯末两种生物质,进行了生物质气化过程实验,分析了气化参数对燃料氮迁移过程的影响。结果表明,在测试条件下,生物质气化产物中含氮组分浓度主要取决于气化温度,而当量比的影响相对较弱一些。NH_3和N_2是气化产物中氮的主要表现形式,其随气化温度的变化趋势相反。NH_3与N_2之间的转换反应是决定生物质燃料氮迁移演化过程中的一个主要热化学反应。     

煤的模型化合物热解过程中HCN_NH_3的逸出规律

为了解煤燃烧过程中NOx的生成机理,在600～1400℃温度范围内,选取吡啶、吡咯为煤的含氮模型化合物,采取傅立叶红外光谱仪(Ft-Ir)和分光光度计连用方式,在等温连续式流动反应器中实验研究了模型化合物热解过程中HCN、NH3的逸出规律。结果表明：HCN是模型化合物的热解产物中的主要含氮产物;吡啶、吡咯的HCN的转换率都随着温度的升高而增大;同温度下,吡咯的HCN生成率高于吡啶的HCN生成率,吡咯的NH3生成率高于吡啶的NH3生成率。     

煤质特性对快速热解中HCN释放的影响

在管式半携带半固定床反应器中，在600—1000℃范围内对6种煤质各异的原煤进行了快速热解HCN释放的研究．结果表明，热解温度、煤的灰分和氢含量对HCN的释放具有很大的影响，而煤氮向HCN的转化并不依赖于煤的含氮量．随着热解温度的升高，煤氮向HCN的转化率显著提高．原煤中氢含量越高，煤氮向HCN的转化率越高，说明热解过程中煤的供氢能力是决定HCN释放的重要因素．原煤中灰分越多，则煤氮向HCN的转化率越低，说明煤灰能够抑制HCN的生成或者能够促进HCN的分解．对原煤添加NaCl、CaCO3和二茂铁Fe(C5H5)2的热解研究表明，Na和Ca对于HCN释放的影响不明显，而Fe则显著降低了HCN的释放．     

深度空气分级条件下炉内氮氧化物生成的数值模拟

借助计算流体力学软件FLUENT,对一台600 MW超超临界墙式布置切圆燃烧锅炉进行数值模拟.详细分析了深度分级条件下,燃料型NO、热力型NO和总NO生成速率在炉内的分布特性,以及燃烧初期NO和HCN生成特性.结果表明,挥发分析出阶段会产生大量的燃料型NO,焦炭在缺氧的气氛下燃烧,促进了焦炭燃烧时释放产生HCN与已经产...     

生物质热解制炭与制气一体化研究

在自行设计的管式炉上进行生物质热解制炭与制气一体化研究,对生物质种类和热解终温两个因素进行了实验和分析,得到了生物质热解过程中气体析出的规律和固体炭的产率。当以制炭和制气一体化为目的,在4种生物质原料中选用麦秆,热解终温选择500℃时,可以得到较大的固体炭产率和气体析出浓度。     

基于三组分的生物质快速热解实验研究

在管式炉内对纤维素、半纤维素和木质素进行热解实验研究,考察热解温度对于热解产物(焦炭、焦油和不凝性气体)分布的影响。实验结果表明:随温度的升高,三组分热解产生的焦炭产量不断降低,气体产量不断增加,焦油产量先升后降,存在一最佳反应温度。不凝气体组分随温度变化有不同的变化趋势,焦油的组分也不同。选取稻秸和玉米秸秆为原料,按照这两种生物质中三组分含量的不同将纤维素、半纤维素和木质素的产物进行叠加,并与稻秸和玉米秆的热解实验结果作对比,分析三组分含量对于热解产物的影响。结果表明:按照三组分叠加的方法来考察生物质的热解在一定程度上是可行的,产物产量的总体趋势一致,在产量上稍有差异。     

水煤浆热解过程中HCN和NH_3释放特性的分析

采用固定床反应器对水煤浆及其制浆原煤在惰性气氛下,制浆原煤在水蒸气气氛进行热解试验,研究HCN、NH3的释放特性。结果发现,制浆原煤和水煤浆HCN的释放量,随温度增加变化缓慢,趋于稳定;而制浆原煤在水蒸气气氛下,HCN的量随温度变化增加迅速,析出量远远超出制浆原煤及水煤浆的释放量。制浆原煤NH3释放量随温度升高先增加后有下降,在l000℃左右出现一个峰值,温度继续升高,NH3的量不再增加反而开始降低;水煤浆中NH3析出的量随温度增加,虽变化缓慢．但是仍比制浆原煤释放出的N心量要多;制浆原煤在水蒸气气氛下,随温度的升高,NH3的量一直呈增加趋势,温度到达1000℃后,增加更加迅速,释放量大于制浆煤和水煤浆的NH3释放量。综合考虑HCN和NH3的释放量以及燃料的着火、燃烧．显然水煤浆燃烧要优于煤粉的单独燃烧和煤粉喷水蒸气燃烧。     

神华煤液化残渣热解过程中氮析出的规律

在氩气氛围下,利用固定床反应器,对神华煤液化残渣从600°C到1200°C进行热解试验,研究了燃料中Tar-N、HCH-N、NH3-N、Char-N的析出规律,以及燃料中氮的分布特性。发现NH3的析出量在1000°C左右达到最大值而后略有降低,HCN-N的析出量随热解温度的升高而增加,Char-N的含量呈现反趋势下降。Tar-N的析出量在整个温度范围内都比较少,基本不随温度而变化。同时,通过对3种不同粒径燃料氮析出结果的对比,发现粒径对含氮物质析出影响不大;通过对4个不同热解时间的研究,发现HCN-N的析出比NH3的析出快。图6表1参9     

煤焦水蒸气气化过程中含N气体产物的析出特性

在实验室规模的固定床反应器中研究煤焦水蒸气气化过程中含N产物的形成规律。利用FTIR测量气化过程中所释放的NH3、HCN和HNCO,GC测量N2。煤焦水蒸气气化过程中形成的含N产物主要是NH3、HCN和N2。同时,还研究了HCN在气化过程中的反应,这些实验分别采用HCN、HCN/蒸汽和HCN/蒸汽/煤焦进行。结果表明:HCN都是焦与水蒸气反应中的最初的含N产物,而其他含N产物则是由HCN在气相中或者煤在反应器壁以及焦表面进一步反应生成。     

挥发分停留时间、温度和水洗对生物质热解生成碳烟的影响

在管式炉固定床上进行生物质高温热解试验,分析研究挥发分高温区停留时间、热解温度和水洗处理对碳烟生成及其理化特性的影响.结果表明:生物质碳烟由挥发分二次转化生成,在停留时间极短时(约0.2 s),生物质在900～1 200℃热解观察不到碳烟生成;延长停留时间至约2 s,生物质在≥1 000℃下热解生成大量碳烟,碳烟产率随热解温度升高而提高,且水洗麦秆碳烟产率略高于原样麦秆.在1 000℃下,生物质碳烟主要由无定形碳烟组成,热解温度升高至≥1 100℃时,可以观察到洋葱状石墨片层结构碳烟,且随着热解温度升高,洋葱状石墨片层结构更加清晰.热解温度升高,碳烟的石墨化程度提高,氧化活性降低;原样麦秆碳烟中含有丰富的KCl,其氧化特性显著优于水洗麦秆碳烟.     

增压富氧鼓泡床的NO生成特性

搭建小型增压富氧燃烧鼓泡床试验台,以试验结果为基础结合偏最小二乘法对增压富氧燃煤NO生成特性进行了研究和分析.试验结果表明,压力对NO排放规律的影响与反应气氛中的氧体积分数有关.在增压空气燃烧时,随着系统总压的升高,燃烧过程中NO的生成量有明显降低,但在增压富氧燃烧时,系统总压升高后,燃煤NO生成量反而逐渐增加.分析显示,在加压燃烧过程中,挥发分燃烧速率增加对煤粉热解的促进作用与CO和焦炭对NO的还原作用共同决定了燃煤NO的生成特性.在低氧气体积分数时,系统总压升高后CO和焦炭对NO的还原作用强于燃料氮的氧化作用,导致燃料氮的NO转化率逐渐下降,但是在高氧体积分数时,系统总压升高后,快速燃烧的挥发分使得挥发分氮的释放和转化强于CO和焦炭的还原作用,导致燃料氮的NO转化率逐渐增加.     

再燃中超细煤粉热解机理及挥发份释放的数值模拟

在煤粉再燃还原NO的过程中,挥发份的释放过程对其再燃还原NO有重要影响。对立式管式携带炉内再燃还原NO过程中超细煤粉热解化学机理及挥发份的释放进行了分析和数值模拟研究。再燃煤粉为100目筛下和320目筛下两种粒度的混煤煤粉。计算结果表明:在相同的条件下,粒度较细的煤粉升温速率较高;挥发份释放总量大;各挥发份组成物质释放早,在50ms内都已经基本释放完毕,其中CO2 释放速率最快,其次是CH4,再其次是C2H4、CO、HCN、H、NH,C2H6 释放速率最慢。使用超细煤粉作为再燃燃料,较常规煤粉更有利。图4表4参13     

燃料型NO在对冲扩散火焰中的生成和还原特性

在CH4/空气对冲扩散火焰的燃料侧人为地掺混一定体积分数的NH3或HCN,数值模拟燃料型NO的生成和还原.模拟使用CHEMKIN和GRI3.0反应机理.结果表明,NO的生成和还原集中在火焰锋面,在火焰中心附近体积分数值最大.在燃料侧,NO的体积分数分布与燃料N的含量及NO初始体积分数值相关,而在空气侧主要受燃料N的影响.不加燃料N时,火焰中NO主要为热力型NO,受拉伸的影响大于燃料的影响;加入燃料N时,火焰中的NO主要为燃料型NO,受燃料体积分数的影响大于拉伸的影响,含量相同时NH3比HCN有更明显的促进NO生成的作用.