生物质颗粒富氧燃烧环境之no释放与火焰特性相关研究

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1、生物质颗粒富氧燃烧环境之NO释放与火焰特性相关研究1绪论1.1课题背景能源一直是人类经济社会发展的动力，自从进入工业时代以后，人类对能源的需求持续增长。参考《BP世界能源统计年鉴》的数据：2012年，全球一次能源消费总量为12476.6百万吨油当量，增长1.8%，增速有所放缓。分析原因：一方面是由于全球受到金融危机影响，经济增长减慢；另一方面，能源价格的提升，也使得企业和个人不得不提升能源使用效率来应对。尽管增速放缓，但除核能和生物质燃料外，其他所有燃料的消费总量和产量均创下历史最高水平。在化石燃料当中，煤炭的消费总量

2、和产量依旧是增长最快的。其中，中国的煤炭消费量首次达到全球煤炭消费量的一半。在一次能源当中，化石燃料（石油、煤、天然气）仍是能源消费的主要组成部分（表1.1)。但地球上的化石能源总存储有限且日渐枯竭，而使用化石能源带来的环境污染已经成为整个世界关注的焦点。化石燃料燃烧产生的C02、颗粒物、SOx、NOx、重金属元素等污染物，已经严重危害到了人们的健康，甚至是人类的生存。温室效应、雾霾、酸雨等一系列环境问题，给整个社会的发展带来了很大压力，开发和利用洁净的可再生能源成为了当务之急。2012年2月，《环境空气质量标准》（G

3、B3095-2012)正式发布，自2016年1月1日起在全国实施。新的标准对空气质量的评估更加严格，按照现在城市空气环境质量，全国有40.9%的地级以上城市能够迖标；而仅仅只有23.9%的环保重点城市可以达标。燃煤电站锅炉发电是对城市空气造成污染的主要方面，也是我国煤炭消费的主要去向。减少燃煤电站的煤炭消费、增加可再生清洁能源的利用，是解决环境问题、实现可持续发展的重要途径。..1.2富氣燃烧技术研究进展常规的燃烧中，仅有空气中的21%02参与燃烧反应，而空气中约79%N2不仅会吸收燃烧过程中释放的大量的热量，而且还会

4、参与反应生成NOx，并作为烟气排出，造成巨大的能源浪费和环境污染。富氧燃烧技术使用空气分离装置（ASU)将空气分离为N2和02，然后将分离出的氧气送入炉腔中燃烧，从锅炉燃烧出来的烟气经过烟气净化装置后，部分（约60%-80%)送回锅炉，构成烟气回路。整个燃烧过程中由于没有N2参与，烟气体积减少，因此锅炉设计可以比常规锅炉小。同时，由于烟气排量减少，排烟损失降低可以大大提高锅炉效率。篥气浓程中NCk生成主要是指NO，M)生成后部分被继续氧化转化为NO:;过去多年关于NO生成机理有过大量的研究，目前巳经有了较为完善的理论基

5、础。按照NO生成机理可以分为热力型NO、快速型NO和燃料型NO。而燃烧过程中会产生则主要在流化床锅炉中，在这里不做过多介绍。快速型NO是由Fenimore在1971年通过实验研究发现。破氢化合物燃料在空气过量系数>1及燃料过浓的条件下，在反应区附近会快速生成NO。燃料中的碳氢化合物在高温下分解生成CH基，此时N2的氧化反应可以迅速发生，首先生成H和N,再与02快速生成N0，形成时间只需要60ms。燃料型NO主要是由于燃料本身的氮在燃烧过程中经过一系列氧化还原反应生成，是氮氧化物生成的主要，占氮氧化物总生成量的75

6、%-90%。燃料型NO生成过程十分复杂，燃料种类和燃烧方式不同时，燃料型NO生成量也会不同；燃料型NO在生成过程中受燃烧温度、空气过量系数、燃料种类、粒径大小、气氛等各种条件的综合影响。首先是含有N的有机化合物热解产生N、和H等中间基团，称之为挥发分N，然后再氧化生成NO,在600-80(rC时就会生成燃料型NO,这部分是燃料型NO的主要。最后残留于焦炭中的氮化合物称之为焦。在实际燃烧过程中，不是所有的燃料N都会转化成为燃料型N0，由于局部存在的氧化性或还原性气氛不同，NO印可被氧化也可以被还原，期间又会有许多中间产物

7、，并相互作用生成或者还原NO。Stanmore和Visona等提出了图2.1所示的燃料N转化途径比较全面地考虑了燃料N中挥发分N和焦炭N的转化。2.2富氧燃烧下NO释放机理采用富氧燃烧技术，由于气氛变为O2/CO2气氛，因此NO释放与常规燃烧方式有着明显的区别。KimuraN等_发现O2/CO2燃烧方式下，NO的排放大约只有常规燃烧方式下的1/3左右。陈传敏等研究发现O2/CO2气氛下NO的生成量均小于空气气氛，原因如下：1)由于燃烧气氛下与N2分离，在燃烧过程中不存在大量随空气带入的N2，因此避免了热力型NO和快速型

8、NO的生成2)燃料N向NO的转化率降低3)高浓度的C02使CO浓度升高，还原气氛下已生成的NO被还原为N2;另一方面，由于再循环烟气致使NO的停留时间大为增加。于岩等对O2/CO2气氛和空气气氛下煤粉燃烧的NO排放特性进行了研究，主要发现了不同气氛下CO浓度变化的趋势与NO释放趋势非常吻合，说明CO对NO的还原有着明显的作用，在高