污泥与生物质混燃过程NOx前驱体形成释放机理研究

The combustion behavior of sewage sludge and the shortage of biomass feedstock can be improved through sewage sludge and biomass co-combustion. But there is unclear mechanism system about NOx formation of sewage sludge and biomass co-combustion. HCN and NH3 are the most important N-containing species, and they can express the NOx formation trend during the combustion process. Therefore, the formation and release mechanism of HCN and NH3 will be investigated using infrared polarization spectroscopy and CHEMKIN simulation in this project. The task includes: 1) macroscopic characterization of HCN and NH3 release during co-combustion; 2) the effect of Zn and Ni compounds on formation and release of HCN and NH3; 3) the effect of operation parameters on yield of HCN and NH3 during co-combustion. These results will be useful for NOx emission control in sewage sludge and biomass co-combustion power plant.

污泥与生物质混燃可改善污泥燃烧特性，并可弥补生物质直燃发电厂局部原料供应不足的缺陷。但由于污泥含氮量高，秸秆含氮量也较高，故混燃过程NOx排放更为严峻。HCN和NH3是NOx生成的重要前驱体，其形成释放受到复杂因素的影响，因此急需加强混燃过程HCN和NH3形成机理释放研究。本项目拟采取红外偏振光谱法和Chemkin模拟研究相结合的方法，研究：污泥与生物质混燃过程中HCN和NH3协同释放的宏观表征；污泥中典型金属成分（Zn、Ni）与HCN和NH3形成释放的耦合催化作用过程；混燃过程操作参数对HCN和NH3形成释放影响。本项目旨在利用先进的实验手段与数值模拟结合，阐明污泥与生物质混燃过程HCN和NH3形成的协同性、多因素对HCN和NH3形成释放的影响机制，明晰污泥中的典型金属成分（Zn和Ni）对HCN和NH3的催化转化作用，为控制生物质与污泥混燃发电工程的NOx排放提供重要的理论指导。

生物质与污泥混合燃烧可实现二者特性互补。但生物质及污泥中较多的氮元素赋存使其混燃过程中产生严重的含氮污染物释放问题。基于此，本项目根据燃烧进程分阶段探究含氮污染物迁移释放规律、无焰燃烧过程含氮污染物释放规律，及金属汞元素的迁移路径。.1).生物质与污泥混燃过程NO释放特性。探究燃烧初期热解过程中加热速率、由掺混比决定的燃料内部特性（O/N比、H/N比）及热解气氛对NO释放特性的影响，同时利用灰色关联分析探究各因素与NO释放的关联程度。在此基础上，进行生物质/污泥实际混燃实验，探究掺混比、污泥含水率等因素对NO释放的影响机制。结果表明：生物质、污泥混燃及混合热解对NO释放均存在显著协同作用。在共热解过程中，由掺混比决定的原料O/N比对NO释放影响最为显著。在混燃过程中污泥含水率通过反应温度及挥发分析出特性影响NO释放。.2).无焰燃烧过程含氮污染物释放规律。自行设计实验装置，采用正交实验方法研究生物质挥发分无焰燃烧可行性及含氮污染物释放规律。结果表明：在常温空气情况下，利用强射流卷吸和湍流燃烧，可以实现无焰燃烧反应，且存在于烟气中的NO浓度远低于传统燃烧。同时NO的排放会随着炉膛预热温度的提高而上升，随燃烧当量比提高而下降。.3).并利用Chemkin模拟平台探究生物质/污泥混燃过程金属Hg迁移路径。结果表明：挥发性元素Hg在污泥焚烧过程中在高温段主要以单质汞的形态存在，在较低温度下表现为Hg2+。.在本项目支持下，获国家科技进步奖 二等奖（第9获奖人），获天津市技术发明一等奖（第5获奖人，已公示），获天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才称号，出版专著1部（获国家科学技术学术著作出版基金奖），发表SCI论文1篇，申请受理发明专利2项，投稿SCI论文2篇。