基于铁基载氧体的污泥/生物质化学链气化及其灰分-水分影响特性研究进展

双碳目标背景下,我国积极推进高湿污泥/生物质资源化技术的发展和应用。化学链技术作为一种新兴的能源利用方法,在处理有机固废方面得到了广泛应用研究。概述了高湿污泥与农林废弃物常用处置技术及化学链气化技术研究现状,着重归纳了化学链气化过程中灰分与水分对气化特性影响的研究进展。载氧体作为化学链技术中关键的一环,其应用研究已取得丰硕成果,在众多载氧体中,铁基载氧体因其低成本与较高的载氧能力成为化学链气化最受关注的载氧体,但其反应活性较低,需掺杂Ni、Ca、K等元素进行改性。污泥和生物质的灰分及水分对于气化产物和气化效率有双向影响,甚至影响NO_(x)排放。污泥/生物质灰分中含有的K、Ca等氧化物有助于提高载氧体活性,但反应速率太高会造成载氧体局部烧结,继而降低载氧体活性;循环的灰分与气相充分接触,对气体重整具有一定催化作用,从而提高了合成气品质。尽管污泥/生物质中水分析出吸收大量热量,但部分水蒸气和载氧体协同促进碳气化反应从而提高了H_(2)生成率,提高富氢燃气品质;水蒸气作为气化剂过量供给时,CO_(2)产量明显增加,降低了合成气品质。因此,污泥和生物质在化学链气化过程中须利用灰分和水分的正向影响以提高气化效率,控制循环灰量和水分析出速率是关键途径。

市政污泥湿颗粒热干化动力学分析

将高湿污泥分别掺混木屑和核桃壳半焦调节湿度,掺混污泥造粒后进行湿颗粒热干化特性研究。分别通过热重分析仪与流化床进行层状干化和流化干化受热失水过程研究,分析了高湿污泥颗粒干化失水规律。结果表明,对于层状干化,3种颗粒干化过程均可分为4个阶段,其中污泥掺混半焦失重最大(61.8%),失重速率最快(9.0%/min),但吸收热量也最多,层状干化的失重速率在一定温度范围内与Z-L-T方程所描述的三维扩散吻合;流化干化的热源温度对于污泥颗粒干化有较大影响,160℃时纯污泥的干化失重最多,300℃时污泥掺混半焦与掺混木屑颗粒的干化失重相近,均优于纯污泥颗粒,流化干化过程的失水速率遵循Modified Page动力学模型;污泥颗粒入炉含湿量相近时,流化干化较层状干化具有明显的优势,各污泥颗粒均快速失水,含水率降至5%~10%。

富氢燃料气预混湍流火焰结构特性研究

本文研究了富氢燃料气受拉伸湍流火焰微元的高温区结构特性,并利用激光层析成像实验技术(Laser Tomographic Visualization,LTV),结合数值模拟方法,定量刻画了层流和湍流拉伸熄灭过程中高温区结构变化的现象。结果表明:不同出口流速下的火焰高温区厚度随着当量比增大而增大,出口流速增大,火焰受到拉伸作用增强,高温区厚度减小。层流火焰面相对而言更稳定,因此高温区的上下边界所在的位置和形状也相对变化小,湍流涡团则会破坏高温区结构,使得火焰高温边界出现剧烈波动和褶皱。湍流强度的增加使得火焰高温区厚度也增厚,对比强湍流条件下火焰高温区边界的变化规律以及喷嘴出口处的能谱分析结果,结果表明火焰进入了薄反应区(Thin Reaction Zone,TRZ)燃烧模式。