氯、氮、硫在生物质烘焙及燃烧过程中的释放规律
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氯、氮、硫在生物质烘焙及燃烧过程中的释放规律燃煤发电支撑了中国的经济发展,但同时也带来了严重的环境污染。
生物质能源的大规模利用无论对不可再生能源的保护、二氧化碳减排、还是污染物控制,都具有重要的意义。
生物质直燃发电是目前生物质利用的最主要形式,但在生物质锅炉运行过程中,由碱金属和氯元素带来的结渣腐蚀问题将会严重影响机组经济、安全、稳定的运行,而氯元素是导致这一问题的核心所在,因此有效的控制生物质中氯元素的释放成为解决生物质锅炉结渣腐蚀问题的关键。
烘焙作为一种有效的预处理手段,不仅可以解决含水量高、能量密度低等问题,还可以有效的降低生物质中氯含量,使得生物质成为一种可以在大型煤粉锅炉中与煤混燃的一种有效的燃料。
然而,在生物质燃烧和烘焙过程中关于氯释放的一些关键问题并未被解决:（1）生物质燃烧过程中HCl的释放情况,这是了解氯在燃烧过程中释放规律的关键问题;（2）生物质中氯在烘焙（有氧烘焙和惰性气体烘焙）过程中的释放规律,这是了解氯在烘焙热解过程中释放规律的关键问题。
因此本文以氯的释放为关键问题,以几种高氯含量的生物质为研究对象,逐步开展了以下的研究:（1）研究了生物质燃烧过程中氯、氮、硫等元素的释放规律;（2）烘焙预处理可以有效地降低烘焙生物质中氯含量,因此研究了氮气气氛下生物质烘焙过程中氯、氮、硫等元素的释放规律;（3）考虑烘焙的经济性,研究了生物质有氧烘焙过程中氯等元素的释放规律;（4）烘焙生物质氯含量降低,研究了烘焙生物质燃烧过程中氯等元素的释放规律;（5）研究了烘焙生物质与煤混燃过程中各污染物释放的规律。
通过以上的研究,为生物质烘焙过程中氯、氮、硫等元素的释放提供了一定的数据支持和理论基础。
本文首先以生物质层燃过程中HCl等污染物的释放规律
为研究对象,采用生物质一维层燃炉堆积床,研究了一次风量、生物质含水量对燃烧过程中HCl释放的影响,发现燃烧过程中HCl和碱金属氯化物（主要是KCl）是氯最主要的释放形式,氧的存在为生物质燃烧过程提供了更多的活性粒子和活性位,对于氯向HCl的转换提供了载体,因而氧气的增多带来了更多的HCl析出。
相同的,飞灰中KCl的含量也随着一次风量的增加而增大。
在高温燃烧条件下生物质中水分的增多可以提供更多的H自由基,使得Cl自由基有更多的机会可以与H自由基发生有效碰撞,进而加剧了HCl的形成。
此外,结合欧拉二维模型模拟了生物质燃烧过程中氯、氮等元素的释放,通过与实验的对比,发现欧拉二维模型可以很好的描述氯、氮等元素的释放,相似度较高。
烘焙预处理可以有效地降低生物质中的氯含量。
针对几种典型的含氯较高的生物质,在水平管式炉上研究了不同烘焙温度下HCl、CH<sub>3</sub>Cl、NO<sub>x</sub>、HCN等气体产物的释放过程,发现烘焙温度的提高有助于HCl、NO、HCN等气体产物的释放,CH<sub>3</sub>Cl的释放先增加后减少,在350℃达到峰值,占总氯含量的50.4%;HCl和
CH<sub>3</sub>Cl竞争燃烧和热解过程中产生的氯自由基,低温条件下Cl自由基倾向于向CH<sub>3</sub>Cl转化。
在350℃以下时,烘焙过程中氯的释放主要以CH<sub>3</sub>Cl为主,400℃时,HCl取代CH<sub>3</sub>Cl成为主要的含氯气态产物,但总体上,烘焙过程中两者的释放量在同一数量级。
而氮元素在低温烘焙过程中向NO<sub>x</sub>、HCN、NH<sub>3</sub>的转化非常少。
同时实验还比较了原生物质和烘焙生物质层燃过程中HCl、NO、HCN、NH<sub>3</sub>等气体的释放,发现烘焙生物质HCl的释放量降低,原生物质层燃时HCN的释放量大于NH<sub>3</sub>,而烘焙生物质NH<sub>3</sub>的释放量
大于HCN。
氮气烘焙成本较高,考虑采用燃烧产生烟气则有助于提高经济性,因此本文在水平管式炉上研究了有氧烘焙过程中氯、氮、硫等元素的释放规律,发现随着烘焙温度的提高,HCl、NO、HCN等污染物的排放量随之增大;CH<sub>3</sub>Cl 的释放受温度和氧气含量影响,低氧浓度下CH<sub>3</sub>Cl先增加后减少,高烘焙温度下CH<sub>3</sub>Cl释放量随着氧浓度的增加大幅降低;低温条件下（275<sup>3</sup>00℃）,有氧烘焙过程中氯的释放主要以CH<sub>3</sub>Cl 为主,当温度超过325℃时,HCl逐渐取代CH<sub>3</sub>Cl成为主要的含氯气态产物。
烘焙过程中HCl、CH<sub>3</sub>Cl竞争氯,氧气的存在使得氯在烘焙过程更倾向于向HCl转化。
烘焙提高了生物质性能（热值、可磨性等）,基于生物质在硫、氮等方面排放的特点,考虑烘焙生物质与煤混燃从而降低SO<sub>2</sub>、NO<sub>x</sub>等污染物。
本文第五章在沉降炉上研究了烘焙生物质单独燃烧过程中氯、氮、硫等的释放规律,发现烘焙生物质在单独燃烧过程中产生的HCl仅是原生物质排放量的五分之一到二分之一,减少了锅炉腐蚀的风险,从而可以作为与煤混烧的燃料被应用在燃煤机组中。
文中还研究了原生物质、烘焙生物质与一种高硫烟煤混燃时HCl、
SO<sub>2</sub>、NO<sub>x</sub>等污染物的释放情况,发现混燃可以大幅降低高硫煤燃烧过程中SO<sub>2</sub>、NO<sub>x</sub>的释放量。
由于硫的作用,混燃过程中HCl的释放多于预期值,而且高硫煤与高氯生物质燃烧时生成的HCl 多于低硫煤。