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富氮工业生物质循环流化床解耦燃烧低NOx排放机理研究

作　者: 杨武
导　师: 刘跃进
学　校: 湘潭大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 白酒糟解耦燃烧热解再燃脱硝
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

白酒糟是固态发酵生产蒸馏白酒的副产物，年产量大，排放集中且高含水富氮，成为重要的污染源之一。为此，中国科学院过程工程研究所开发了处理此类高含水富氮类生物质残渣的循环流化床解耦燃烧技术，实现了白酒糟的规模化、高效清洁燃烧，降低了NO的排放。但是，在循环流化床系统中造成低NO排放的机理尚不清楚。基于循环流化床解耦燃烧将燃烧过程分为热解和再燃两个独立的过程，本课题对白酒糟热解和热解产物-半焦、焦油和热解气-再燃脱硝开展了相应研究。于黄金炉反应器中在氮气气氛下，研究了白酒糟于不同温度下的热解实验。结果表明：随热解温度的升高，白酒糟热解产生的半焦产率降低；热解气产率呈增大趋势；对焦油而言，其产率呈先增大后降低的趋势，在温度为700℃时，焦油的产率最大。当温度为500℃时，热解气体中检测不到有H2的存在；随热解温度的进一步升高，白酒糟热解气中H2组分的含量增大，当温度达到850℃时，H2成为热解气中最主要的成分；随热解温度的升高，白酒糟热解产生的气体中CO和CO2的含量都呈下降趋势；随温度的升高，热解气中CH4的含量呈先增大后减少的趋势。在热解温度为600℃时，CH4的含量高达20%。通过焦油GC-MS分析，选取苯酚、甲苯、萘和1-萘酚四种典型焦油模拟物和焦油于微型流化床中进行了脱硝特性研究。结果表明：焦油和典型焦油模拟物对NO都具有极强的还原能力，且随温度的升高，四种物质脱硝效率都增大。苯环上的取代基对焦油模拟物还原NO有重要作用，而且-CH3取代基断裂产生的自由基比-OH取代基断裂产生的自由基在还原NO方面所起的作用要大。利用高温连续沉降炉模拟循环流化床解耦燃烧再燃区的反应条件，研究了反应温度、停留时间、反应气中NO浓度和O2浓度等典型影响因素对白酒糟热解产物-半焦、焦油和热解气-比脱硝效率的特性。结果表明:反应温度由800℃升高到1050℃，热解产物比脱硝效率均增大；半焦和焦油达到最佳比脱硝效率所需的停留时间为3.4s；随反应气中NO浓度由400ppm增加到1000ppm，热解产物比脱硝效率均呈现降低趋势，但NO绝对还原量却呈现增加趋势；随反应气中O2浓度的增加，半焦比脱硝效率增大，热解气比脱硝效率降低，焦油比脱硝效率呈现先增加后减少的趋势，当O2浓度为1.6vol.%时焦油达到最大比脱硝效率60.1%。在本实验条件下，焦油比脱硝效率最好，热解气次之，半焦效果较差。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章文献综述  9-23
  1.1 引言  9
  1.2 生物质能的利用  9-10
  1.3 工业生物质残渣资源及利用现状  10-16
    1.3.1 工业生物质残渣资源  10-11
    1.3.2 工业生物质残渣利用现状与环境污染  11-14
    1.3.3 纤维素工业生物质残渣利用现状  14-16
  1.4 解耦燃烧技术及研究进展  16-18
    1.4.1 解耦燃烧技术  16-17
    1.4.2 解耦燃烧技术研究进展  17-18
  1.5 生物质/煤热解产物再燃还原 NO 研究现状  18-21
    1.5.1 半焦还原 NO 研究现状  18-19
    1.5.2 热解气还原 NO 研究现状  19-21
    1.5.3 焦油还原 NO 研究现状  21
  1.6 课题目的与研究内容  21-23
第2章沉降炉试验装置及分析仪器  23-36
  2.1 沉降炉试验系统  23-33
    2.1.1 高温连续沉降炉主体  24-25
    2.1.2 温度测量及控制系统  25-26
    2.1.3 给料系统  26-29
    2.1.4 颗粒取样及烟气分析系统  29-30
    2.1.5 配气系统  30
    2.1.6 高温连续沉降炉系统的调试  30-33
  2.2 分析仪器介绍  33-35
    2.2.1 热重分析仪  33
    2.2.2 Varian 300 GC-MS  33-34
    2.2.3 烟气分析仪  34
    2.2.4 模拟蒸馏专用气相色谱仪  34-35
  2.3 本章小结  35-36
第3章白酒糟热解及焦油模拟物脱硝特性研究  36-48
  3.1 白酒糟热解实验  36-43
    3.1.1 实验原料  36-37
    3.1.2 实验装置与方法  37-38
    3.1.3 结果与讨论  38-43
  3.2 焦油模拟物脱硝特性研究  43-47
    3.2.1 实验原料  43
    3.2.2 实验装置与方法  43-45
    3.2.3 结果与讨论  45-47
  3.3 本章小结  47-48
第4章白酒糟热解产物脱硝特性研究  48-63
  4.1 实验物料  48-49
  4.2 实验方法  49-50
  4.3 结果与讨论  50-61
    4.3.1 反应温度对热解产物脱硝效率的影响  50-53
    4.3.2 停留时间对热解产物脱硝效率的影响  53-55
    4.3.3 NO 浓度对热解产物脱硝效率的影响  55-57
    4.3.4 O2浓度对热解产物脱硝效率的影响  57-59
    4.3.5 热解产物进料量对脱硝效率的影响  59-60
    4.3.6 热解产物整体脱硝效率对比  60-61
  4.4 本章小结  61-63
第5章结论与展望  63-65
  5.1 结论  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-69
致谢  69-70
个人简历、在学校期间发表的论文与研究成果  70

富氮工业生物质循环流化床解耦燃烧低NOx排放机理研究

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