本文關鍵詞：高含水含氮生物質廢棄物雙流化床解耦燃燒基礎及工業(yè)應用　出處：《中國科學院大學(中國科學院過程工程研究所)》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：我國輕工行業(yè)每年產生大量高含水含氮生物質廢棄物,且富含纖維素、分布集中,利用潛力巨大,而大規(guī)模、資源化處理技術的缺乏,使其成為輕工業(yè)的重要污染源之一。通過燃燒將高含水含氮生物質廢棄物轉化為輕工行業(yè)所需的過程蒸汽,既高效簡便,又能滿足工業(yè)生物質廢棄物快速、清潔、大規(guī)模處理的行業(yè)要求,但其較高的含水率和氮含量成為燃燒處理技術的主要瓶頸。針對高含水含氮生物質廢棄物傳統(tǒng)燃燒存在的燃燒溫度低、燃燒不完全和煙氣NO_x排放超標等問題,開發(fā)了雙流化床解耦燃燒技術,利用雙流化床反應系統(tǒng)將燃料燃燒過程分解為燃料熱解和熱解產物燃燒兩個子過程,并根據再燃技術原理優(yōu)化熱解產物燃燒,消除了燃料含水率對燃燒過程的影響,實現了低NO_x排放。本文圍繞該雙流化床解耦燃燒工藝的開發(fā)和工業(yè)應用,以白酒糟為原料,開展了白酒糟鼓泡流化床熱解及其半焦燃燒實驗,為工業(yè)示范裝置設計和操作參數確定提供參考依據;建立5萬噸/年白酒糟雙流化床解耦燃燒示范工程,驗證了雙流化床解耦燃燒技術對高含水含氮燃料的適應性和低NO_x排放的技術優(yōu)勢,并通過ASPEN模擬優(yōu)化了工業(yè)示范裝置反應器結構和操作參數。本文主要研究內容和研究結果如下:1.白酒糟鼓泡流化床熱解特性。熱解溫度對白酒糟熱解產物收率有顯著影響,隨著熱解溫度增加,白酒糟半焦和焦油收率迅速下降,熱解氣收率增加。熱解過量空氣系數對半焦收率影響較小,但過量空氣系數增加使得熱解氣產率和CO2含量增加,還原性組分含量在稀釋作用下有所降低。低溫熱解條件下(500-600 ℃),焦油產率隨過量空氣系數增加而快速降低,而在高溫熱解條件下(700-800 ℃),過量空氣系數對焦油產率和組成影響較小。熱解溫度和白酒糟含水率對其熱解速度有很大影響,為保證較高的熱解速度和轉化率,工業(yè)示范裝置中鼓泡床熱解器操作溫度應控制在600-800 ℃之間,顆粒停留時間不低于9.9 s。2.白酒糟半焦燃燒特性。熱解溫度和過量空氣系數的增加,促進了白酒糟半焦中小芳環(huán)結構的脫氫和芳香環(huán)的增長,使6個或更多融合苯環(huán)的芳香化合物和交聯結構含量逐漸增加,高反應性的小芳環(huán)結構含量降低,從而導致了半焦穩(wěn)定燃燒階段縮短、燃盡階段延長、燃盡速度和著火點降低等現象。對于熱解溫度為800 ℃、熱解過量空氣系數0.2的白酒糟半焦,其900℃燃燒灰渣仍含有較多的未燃燒的碳,難以燃盡。因此,鼓泡床熱解器最佳溫度操作范圍為600-700 ℃,過量空氣系數為0.1左右,而提升管燃燒溫度應高于900℃,以促進白酒糟半焦中低反應性碳結構燃燒,且顆粒燃燒停留時間不低于10s。3.白酒糟雙流化床解耦燃燒示范工程。根據白酒糟熱解及半焦燃燒基礎研究,確定了工業(yè)示范裝置的操作參數,并建立了 5萬噸/年白酒糟雙流化床解耦燃燒示范工程。通過對比白酒糟直接燃燒和解耦燃燒裝置運行結果,驗證了雙流化床解耦燃燒技術有效克服含水30 wt.%白酒糟直接燃燒存在的:燃燒區(qū)上移、燃燒不穩(wěn)定、氣相CO等不能完全燃盡、返料閥結渣等問題,且氮氧化物排放低于100 mg/m~3,無需任何脫硝設施即達到環(huán)保部門規(guī)定的排放標準。同時,雙流化床解耦燃燒工業(yè)示范裝置可以在不同負荷、加料量和操作條件下穩(wěn)定運行,當白酒糟進料量應大于1.45 t/h,鍋爐負荷率不低于70%時,煙氣中NO_x排放量在220 mg/m~3以下,燃料N轉化率不高于2.87%。4.雙流化床解耦燃燒ASPEN模擬�；诠I(yè)示范裝置運行結果,建立了白酒糟雙流化床解耦燃燒ASPEN模型。鼓泡床熱解器模擬結果表明:在保證鼓泡床熱解器一定反應溫度時,循環(huán)床料溫度和白酒糟含水率對熱解器所需顆粒循環(huán)量有很大影響。示范工程裝置采用顆粒流分配閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)顆粒流返料閥,靈活調控了進入熱解器的床料量、有效控制了控制反應溫度,同時避免了提升管燃燒器溫度和壓力的波動。熱解器固體停留時間過長不能顯著增加熱解氣中還原性組分含量以及半焦部分氣化C轉化率,同時引起反應器體積過大等問題,因此,采用小體積、高通量輸送床熱解器替代原鼓泡床熱解器,大大降低了熱解器床層壓降和料倉回火風險,同時減小了動力消耗,縮短了熱解器預熱和啟動時間。高通量輸送床熱解器的成功應用也證明了輸送床熱解器+輸送床燃燒器組合更適于以燃燒為主反應的雙流化床解耦燃燒技術。提升管燃燒器和鍋爐換熱系統(tǒng)模擬結果表明:鍋爐效率和蒸汽產量隨著排煙溫度升高而逐漸降低,針對工業(yè)示范裝置煙氣溫度170 ℃過高問題,在煙道中加裝一級省煤器,將排煙溫度由170 ℃降低至120-140 ℃,排煙熱損失所占比例由8.2%降低至4.6%左右。鍋爐效率和蒸汽產量隨著白酒糟含水率而逐漸降低,但當白酒糟含水率低于35 wt.%時,含水率對蒸汽產量影響減弱,對鍋爐效率已無明顯影響,控制白酒糟最佳含水率應保持在30-35wt.%之間。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院過程工程研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ038;X79

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 楊武;汪印;宋揚;姚常斌;劉躍進;許光文;;沉降爐中生物質熱解產物的脫硝特性[J];過程工程學報;2013年02期

2 姚梅琴;余劍;郭鳳;許光文;;氧化鐵石墨固相還原非等溫反應動力學[J];化工學報;2013年06期

3 姚常斌;汪印;董利;別如山;許光文;;白酒糟雙床解耦燃燒模擬實驗研究[J];過程工程學報;2011年02期

4 方夢祥;岑建孟;石振晶;王勤輝;駱仲泱;;75t/h循環(huán)流化床多聯產裝置試驗研究[J];中國電機工程學報;2010年29期

5 王永橋;陸飛;劉永生;盧平;;生物質再燃脫硝及異相還原研究[J];中國電機工程學報;2010年26期

6 許光文;紀文峰;劉周恩;萬印華;張小勇;;輕工生物質過程殘渣高值化利用必要性與技術路線分析[J];過程工程學報;2009年03期

7 許光文;紀文峰;萬印華;劉春朝;;輕工業(yè)纖維素生物質過程殘渣能源化技術[J];化學進展;2007年Z2期

8 山紅紅;李春義;鈕根林;楊朝合;張建芳;;流化催化裂化技術研究進展[J];石油大學學報(自然科學版);2005年06期

9 李戈,池作和,斯東坡,潘維,蔣嘯,周昊,岑可法;生物質廢棄物再燃降低NO_x排放的試驗研究[J];熱力發(fā)電;2004年02期

10 凌榮華,文軍,齊春松;燃料分級燃燒技術的研究現況和應用前景[J];熱力發(fā)電;2003年08期

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1 鞏志強;低階煤熱解半焦的燃燒特性和NO_x排放特性試驗研究[D];中國科學院研究生院(工程熱物理研究所);2016年

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