生物質再燃過程中灰分遷移對脫硝的影響研究

《生物質再燃過程中灰分遷移對脫硝的影響研究》是依託清華大學，由宋薔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：生物質再燃過程中灰分遷移對脫硝的影響研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：宋薔
• 項目類別：面上項目

項目摘要

生物質燃料性質是決定其再燃脫硝性能的關鍵因素，灰分在再燃過程中的遷移對脫硝有重要影響。本項目將生物質快速熱解過程中灰分的遷移與金屬在氣相和氣固脫硝反應中的作用相結合，研究生物質灰分影響其再燃脫硝的規律和機制。基於生物質快速熱解的單顆粒線上測試、產物分析、有灰分作用的氣相及氣－固脫硝反應實驗，結合熱力學平衡計算和反應動力學分析，揭示Na、K、Fe灰分與揮發份在生物質快速熱解條件下的動態析出過程特徵，析出Na、K、Fe氣相賦存形態的轉變規律，Na、K、Fe元素在氣、固相快速熱解產物中的分布和賦存形態，以及不同賦存形態Na、K、Fe對氣相及氣－固脫硝反應的作用，獲得熱解參數對上述過程的影響規律；在此基礎上，建立考慮灰分影響的生物質再燃脫硝模型。. 本項目研究成果既可為生物質燃料選擇和再燃技術最佳化提供重要指導，也可為生物質利用過程中的積灰、結渣問題研究提供支持。

結題摘要

生物質作為再燃燃料具有較高脫硝活性、可再生、近零排放的優勢。本項目針對生物質再燃過程中灰分遷移對其脫硝性能的影響開展研究，為生物質再燃燃料的選擇和再燃技術的開發提供指導。在生物質灰分遷移的研究中，分別建立了生物質熱處理固定床實驗系統和單顆粒生物質燃燒線上測試實驗系統，開發了LIBS測量氣態金屬濃度的標定和線上測量的方法；通過對不同熱處理條件下不同轉化程度的生物質樣品進行表征，獲得了不同熱處理過程中灰分的遷移規律；基於單顆粒松木燃燒過程中金屬氣態釋放的線上觀測數據以及松木燃燒的數值模擬，建立了松木灰分中鹼金屬遷移與樣品粒徑、溫度和轉化率的定量關係；在此基礎上發展了生物質熱處理過程中鹼金屬的遷移機理，並對松木燃燒過程中的鹼金屬遷移建立了動力學模型，給出了生物質中有機鹼金屬和無機鹼金屬的賦存比例。在灰分遷移對生物質脫硝性能的影響研究中，分別建立了研究生物質焦炭異相脫硝的固定床實驗系統和研究鹼金屬催化下生物質揮發分脫硝的氣相催化實驗系統；首先通過對異相脫硝過程中焦炭活性變化與其比表面積、表面官能團、灰分變化規律的研究，發現焦炭活性的變化主要源自比表面積和灰分中活性K濃度的變化，K的遷移對焦炭脫硝活性具有重要影響；通過研究再燃脫硝過程中灰分的遷移規律，建立了描述稻桿再燃過程中鹼金屬遷移的動力學模型；考慮到焦炭孔隙結構的變化和K的遷移，建立了描述脫硝過程中焦炭活性變化的改進型隨機孔模型，較好地描述了灰分中K的催化作用；開展了有/無金屬催化作用下熱解氣單一組分和混合組分的脫硝性能實驗，獲得了金屬催化的作用規律以及多組分氣體脫硝的交叉影響；結合生物質灰分遷移規律，開發了生物質再燃脫硝過程中金屬催化熱解氣氣相脫硝的反應機理和計算方法，計算值與實驗數據吻合良好。