生物质锅炉脱硝技术及工程应用

生物质是未来不可或缺的可再生能源,但由于其氮元素含量相对较高,在燃烧过程中会生成大量的氮氧化物,造成环境污染。通过分析生物质氮氧化物产生的机理和工程实践发现:生物质在锅炉燃烧时,其氮氧化物的生成及脱除过程受燃料类型、燃烧温度、过量空气系数影响较大;选择性非催化还原法是适合生物质锅炉的一种脱硝的技术,还原剂的类型、喷射点及喷射方式是影响脱硝效率的关键;控制好脱硝技术的关键点,选择性非催化还原法在生物质锅炉脱硝中就可以获得较高的效率,但要达到稳定的脱硝效率,还需要锅炉具备良好的运行控制。

生物质气再燃减少流化床N_2O排放的实验研究

以生物质气化气作为再燃燃料,在小型流化床反应器内进行了N2O脱除的实验研究。研究了生物质气化气投入位置、料层高度、再燃燃料比、烟气含氧量和反应温度对N2O排放的影响。结果表明,距布风板200 mm的B喷口较离布风板较近的A喷口(距布风板100 mm)对应的N2O转化率高;反应温度为850℃、按照N2O/N2配置模拟烟气的情况下,B口喷入生物质气量为1%,床料CaO高度为10 mm时N2O接近完全分解;反应温度为850℃,床层高度大于20 mm时,从B口喷入大于0.4%比例的生物质气对应N2O分解率高于95%。

生物质快速热解制糠醛的实验研究及理论探讨综述

糠醛是生物质快速热解的重要产物之一,通过对生物质进行定向热解可实现糠醛的选择性制备,从而获得一种新型的糠醛制备方法,实现生物质的高值化利用。概述了国内外对纤维素和半纤维素热解形成糠醛机理的实验研究和密度泛函理论分析,总结了生物质选择性热解制备糠醛的工艺技术,指出了今后的研究需要,明确糠醛的热解形成机理以及优化糠醛选择性制备的技术。

生物质发电厂规划选址模型的建立及应用

以区域电力-生物质能源系统为研究对象,应用混合整数区间线性规划的方法,开发一个选址规划模型,研究厂址选择和生物质调配等问题。以经济和环境成本为目标函数,以原料、发电量平衡和环境污染限制等为约束条件,对提高电厂效益、确保电厂在所选厂址健康发展具有重要意义。将该方法应用到假例中,分析不同情景对厂址选择、发电成本和生物质调配的影响,证明该模型的可行性。模型可应用到复杂的实例中,求得的结果能为管理者提供科学的决策依据。

基于光谱处理和热电偶测量的生物质火焰发射率实验研究

结合火焰发射光谱检测原理和热电偶测温技术,对生物质火焰发射率进行实验研究。提出一种生物质火焰发射率的热电偶计算模型,并在生物质燃烧炉中对3种常见生物质燃料(松木、红木、稻壳)燃烧火焰进行检测实验。研究结果表明:在同一波长下,松木燃烧火焰发射率最大,其次是红木燃烧火焰发射率,稻壳燃烧火焰发射率最小,且发射率在光谱短波段达到最大值,随波长的增大而减小;将发射率计算结果与光谱计算模型所得结果进行对比验证,稻壳燃烧火焰发射率的平均相对误差最大,为3.02%,证明了模型的准确性与适用性。

双流化床生物质气化炉研究进展

生物质是重要的清洁可再生能源,双流化床生物质气化技术是将低品位的生物质能转化成高品位氢能的重要途径。本文阐明了双流化床气化过程的基本原理,从燃气中氢气浓度、焦油含量和装置热效率等角度,介绍了双流化床生物质气化技术的早期探索和发展现状,对目前几种典型双流化床生物质气化炉的炉型设计及相关试验研究进行了分析和总结。指出内循环双流化床气化炉结构虽然简单紧凑,但是难以避免气化室和燃烧室之间的气体串混问题;而外循环流化床通过外置返料器很好地解决了气体串混问题。分析了不同气化室优化设计方案对提升燃气品质的理论依据及其优缺点。最后对双流化床生物质气化技术的发展进行了总结和展望,指出双流化床生物质气化制氢具有非常广阔的工业化应用和发展前景。

固体生物质燃烧中氮氧化物产生机理综述

在生物质燃料燃烧过程中燃料氮会转化为氮氧化物(NOx)释放,造成环境污染。为揭示NOx的转化机理,本文对相关文献的研究结果进行了汇总。文献表明:固体生物质中燃料氮的主要成分是蛋白质,构成蛋白质的不同氨基酸分布呈现较高的一致性;燃料氮在燃烧过程中首先进行热解,其产物分布在挥发分、焦油和焦炭中,挥发分氮、焦油氮进一步裂解生成NOx前驱物等气相氮物质,焦炭氮、气相氮燃烧生成NOx;NOx的生成与生物质种类、热力因素(温度、升温速率)、反应气氛、和其他条件(添加物)等因素有关。目前,研究只发现了一些实验规律,并未掌握燃料氮向NOx转化的详细机理,采用模型化合物结合计算化学的方法成为研究燃料氮转化机理的新趋势。

生物质焦油模型化合物脱除研究进展

生物质气化过程中形成的焦油不仅降低了生物质能的利用率,增加了系统的维护费用,而且严重影响了气化系统的长期稳定运行,如何高效脱除气化过程中的焦油成为研究者亟待解决的问题。由于生物质焦油的组成成分非常复杂,因此选择具有代表焦油组成特征的模型化合物进行研究具有重要的现实意义。本文从典型的焦油模型化合物的热解机理出发,从实验研究和理论计算两个方面综述了焦油模型化合物的脱除路径;以过渡金属催化剂为代表,概述其催化裂解焦油的反应机理;介绍了催化分解法中最新开发的催化剂以及等离子体法处理焦油的研究进展并总结了各自的特点;最后对未来高效脱除焦油技术前景进行了分析。

煤和生物质灰中氧化钾含量对灰熔融特性的影响

通过模拟煤和生物质的灰成分并测试其熔融温度,探究了不同成分的灰中K_2O对灰熔融特性的影响作用。利用Fact Sage 7.0对各组灰分的熔融过程进行了热力学模拟和平衡计算,从矿物质反应和变化的角度为不同组分的灰中K_2O对熔融特性的影响提供理论依据。利用XRD验证了计算中所预测的矿物质的存在。结果表明:灰中K_2O的含量对灰熔融特性的影响会受到灰分中硅、铝、钙等元素含量的影响。对于CaO含量较低的煤灰,适量增加K_2O的含量有助于降低灰分的初始变形温度、软化温度和半球温度,但对流动温度几乎没有影响;对于CaO含量较高的煤灰,适量增加K_2O的含量能够全面降低灰的熔融温度;对于生物质灰,当K_2O的含量低于30%时,增加K_2O的含量有助于降低灰熔点,继续增加K_2O的含量则对灰熔点几乎没有作用。

生物质热解过程中氮转化规律的试验研究

采用TG-FTIR联用技术在氩气氛围下研究稻草、麦秆、杨木3种生物质热解过程中4种主要的含氮组分NH3、HCN、HNCO及NO的释放特性,并考察焦炭-N的产率。结果表明:在所选取的3种生物质热解过程中,4种含氮组分的释放趋势均与TG-DTG曲线一致,热解后期(温度高于500℃)释放较少;不同生物质热解,4种含氮组分的释放规律有较大差异,且相对产量分布不同。3种生物质NH3和HCN的相对产量明显高于HNCO和NO,NH3最高,HCN次之,两者之和占70%以上。随着生物质中H/N质量比的增大,NH3的相对产量增加,HCN的相对产量先增加后减少,HCN/NH3物质的量之比逐渐减小。杨木热解过程中气相氮释放较少,燃料氮81.50%存在于焦炭中,而稻草和麦秆中大部分燃料氮随挥发分析出,焦炭氮产率分别为29.97%和33.45%。

纤维素/生物质热解生成脱水糖衍生物的机理以及选择性制备技术研究进展

纤维素/生物质快速热解过程中会形成多种脱水糖衍生物,包括左旋葡萄糖酮(LGO)、1,4:3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖(DGP)、1,5-脱水-4-脱氧-D-甘油基-己-1-烯-3-阿洛酮糖(APP)和1-羟基-3,6-二氧二环[3.2.1]辛-2-酮(LAC)等,这些脱水糖衍生物均具有很高的化工应用价值。然而在常规热解过程中,这些产物的产率都非常低,使得后续的分离提取十分困难;而在适当的催化热解条件下,其产率可以大幅提升,从而实现目标产物的选择性制备。基于此,本文首先概述了国内外学者对这4种脱水糖衍生物热解生成机理的实验以及密度泛函理论研究;随后总结了针对LGO和LAC这两种产物,现阶段已开发的选择性热解制备技术,包括最佳的催化剂以及催化热解反应条件;最后提出了未来在脱水糖衍生物生成机理以及选择性制备技术方面需要开展的工作。

生物质焦油裂解催化剂特性

生物质气化是一种在高温气化介质作用下,将生物质热分解为可燃气体的热化学转化技术。为了提高生物质气化效率、优化气化气组分、除焦油,重点综述了在生物质气化焦油裂解中,不同类型催化剂的特性及研究进展,如碱土金属催化剂、铁系金属催化剂等,简述了褐煤在生物质气化过程中的应用以及催化剂应具备的特性和存在的问题。

生物质热解过程中含氮模型化合物研究进展

由于生物质成分的复杂性,直接热解生物质很难获得其氮转化机理,利用含氮模型化合物热解成为近年来研究生物质NO_x生成机理的主要方式。首先总结了燃料氮在生物质中的赋存形态及其常用的模型化合物,综述了蛋白质、环二肽、氨基酸等模型化合物热解的一般机理,并对影响模型化合物热解路径的化学成分、热解温度、升温速率、含氧量等因素做了分析。目前,通过模型化合物热解研究,研究人员可以得到生物质中燃料氮的转化机理,但有些机理还存在一些争议,结合计算化学理论分析可能获得更清晰的NO_x生成机理。

生物质选择性催化热解制备芳香烃的研究进展

芳香烃是一种重要的化工原料,生物质常规热解难以形成大量的芳香烃,但在催化热解条件下可显著提高芳香烃的产率,由此可望提供一种新型的芳香烃制备方法。首先阐述了生物质催化热解生成芳香烃的机理,包括综纤维素经解聚、开环和芳构化等反应生成芳香烃;木质素由小分子酚类生成芳香烃。随后讨论了原料、催化剂、预处理及工艺条件等因素对生物质选择性催化热解生成芳香烃的影响,并提出了生物质热解制备芳香烃工艺参数优化方案。

烟气成分及NH_3对生物质气再燃还原N_2O的影响

在小型立式流化床反应管中采用化学反应动力学模型,考察生物质气化气再燃还原减少烟气中N2O排放的过程。通过改变反应条件(初始O2浓度、初始H2O(g)浓度、初始N2O浓度、NH3浓度),分析了烟气组分及NH3选择性非催化对N2O还原分解的影响。结果表明,烟气初始含H2O(g)量和NH3与N2O摩尔比的升高均会抑制N2O的还原和分解,当烟气初始含H2O(g)量在0%～20%内增大,NH3与N2O摩尔比在0.5～1.5内增大时,N2O的还原分解率均降低。

生物质及其与惰性颗粒双组分体系的流化特性

采用MDMDY-300型全自动密度仪和体积法测量了生物质和3种惰性颗粒的颗粒密度和堆密度,在有机玻璃流化床内考察了生物质单组分及其与3种惰性颗粒双组分体系的最小流化空隙率和流化速度。结果表明,单组分颗粒密度随粒径的变化可以忽略,而堆密度却随粒径的增大有所减小;双组分体系的最小流化空隙率随细颗粒组分增加而出现先减小后增大的趋势,最小值出现在细颗粒组分体积分数为30%左右,且颗粒粒径差异越大变化趋势越明显;双组分体系的起始流化速度、最小流化速度和完全流化速度均随细颗粒组分含量增加呈现减小的趋势,当细颗粒体积分数达到30%左右后起始流化速度的下降趋势趋于平缓。

供氢剂作用下生物质快速热解的研究进展

生物质快速热解过程中会发生均裂等自由基反应从而生成不稳定的自由基中间体,供氢体的存在能够有效稳定这些自由基中间体,从而降低焦炭的生成,提高生物油产率及其品位,实现生物质的高效转化。概述了四氢萘、小分子醇类以及有机高分子聚合物等供氢剂作用下生物质快速热解特性、产物分布与供氢机理;总结了各类供氢剂作用下生物质快速热解的共性及各自特点;最后提出了未来在供氢剂筛选以及供氢剂作用下生物质热解过程定向调控方面的建议。

碱土金属氧化物基催化剂催化热解生物质研究进展

快速热解是生物质高效转化利用的重要方法之一,然而其目标产物生物油因含氧量高、组分复杂等不足而难以直接利用。通过在热解体系中引入碱土金属氧化物基催化剂,可以将热解产物中的氧元素以CO_(2)和H_(2)O等方式脱除,从而实现生物油品质的提升。总结了典型碱土金属氧化物基催化剂对生物质催化热解过程中发生的酮基化、羟醛缩合、开环和侧链断裂反应及机理,讨论了催化剂类型(CaO、MgO、基于碱土金属氧化物的分子筛和活性炭等)、生物质原料、温度、催化剂用量、停留时间、催化方式、催化剂失活等因素对生物油产率与品质的影响,并对生物质催化热解制备高品质生物油及其应用进行了展望。

影响生物质锅炉炉膛温度相关参数的主成分分析

生物质电站锅炉由于入炉燃料多样化,导致运行操作参数需要不断地进行调整和优化。运行操作参数中隐藏了大量信息,研究采用主成分分析方法,对某生物质电站锅炉运行操作参数进行分析,结果表明,采用四个主成分可以获得空气分配、工质、燃烧用空气入口参数对锅炉运行温度的影响作用,并通过建立回归模型,对主成分的贡献度进行了定量分析。

可见光响应型改性纳米二氧化钛催化降解生物质气化洗焦废水

制备了可见光响应型改性纳米二氧化钛催化剂,用于处理生物质气化洗焦废水,考察了催化剂改性方式对苯酚和洗焦废水COD去除的影响。实验结果表明:以Ag-C/TiO2为催化剂,在可见光下照射10h,苯酚的COD去除率可达43.5%,洗焦废水的COD去除率达26.8%;在太阳光下照射36h,洗焦废水的COD去除率达到90.9%。改性纳米Ag-C/TiO2催化剂在可见光下具有良好的催化活性,对洗焦废水有较好的处理效果。