氯、氮、硫在生物质烘焙及燃烧过程中的释放规律

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1、博士学位论文氯、氮、硫在生物质烘焙及燃烧过程中的释放规律CHLORINE,NITROGENANDSULFURRELEASEDURINGBIOMASSTORREFACTIONANDCOMBUSTION任霄汉哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：X511学校代码：10213国际图书分类号：621.18密级：公开工学博士学位论文氯、氮、硫在生物质烘焙及燃烧过程中的释放规律博士研究生：任霄汉导师：孙锐教授申请学位：工学博士学科：热能工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X511U.D.C:621.18Dissert

2、ationfortheDoctoralDegreeinEngineeringCHLORINE,NITROGENANDSULFURRELEASEDURINGBIOMASSTORREFACTIONANDCOMBUSTIONCandidate：XiaohanRenSupervisor：Prof.RuiSunAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：ThermalEngineeringAffiliation：SchoolofEnergySci.&Eng.DateofDefence：Dec.2017Degree-Conferring-I

3、nstitution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要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

4、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

5、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

6、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。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文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、CH3Cl、NOx、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，

7、CH3Cl的释放先增加后减少，在350°C达到峰值，占总氯含量的50.4%；HCl和CH3Cl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CH3Cl转化。在350°C以下时，烘焙过程中氯的释放主要以CH3Cl为主，400°C时，HCl取代CH3Cl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NOx、HCN、NH3的转化非常少。