抗生素菌渣掺煤混燃中NOx多方式协同去除及调控机制

High nitrogen of antibiotic residue is one of the bottlenecks in its high-temperature industrial furnace harmless disposal. In this program, we aim at NOx inhibition and transformation, and propose a pattern that could remove NOx in antibiotic residue-coal cocombustion by multimode synergy way. Research probe into antibiotic residue-coal cocombustion characteristics and interactive combustion behavior, clarify the effect of combustion process control on NOx generation. Furthermore, research goes on to discuss the effect of antibiotic residue surfing treatment on volatiles and free radical reducing NOx, elucidate the inhibitory effect of alkalis and N solid-phase reaction on NOx precursor formation, and achieve directional conversion from NOx to N2. The research analyze the equilibrium relationship between NOx removal and cocombustion efficiency, illuminate the NOx multimode removal synergistic effect based on combustion control system, ultrafine combustion and alkalis catalysis, and illustrate the regulation mechanism of NOx removal in antibiotic residue-coal cocombustion process. The program is expected to provide an adaptable technology for the high-temperature industrial furnace harmless disposal of antibiotic residue.

氮元素含量高是制约高温工业窑炉无害化处置抗生素菌渣的重要因素之一。本研究以抑制和转化NOx为目标，提出一种多方式协同去除抗生素菌渣掺煤混燃中NOx的工艺模式。深入探讨抗生素菌渣-煤的混合燃烧特性和交互燃烧行为，明确燃烧过程控制对NOx生成的影响。解析抗生素菌渣超细化在挥发分、自由基还原NOx中的影响，明确碱金属、N的固相反应对NOx前驱体形成的抑制作用，促进NOx向N2定向转化。分析NOx去除与混合燃烧效能之间的平衡关系，明晰基于燃烧过程控制、超细化燃烧及碱金属催化的NOx多方式去除的协同效应，阐明抗生素菌渣-煤混燃过程中NOx去除的调控机制。为高温工业窑炉无害化处置抗生素菌渣提供技术基础。

抗生素菌渣是抗生素制药中产生的发酵残渣，属于危险废物。高温工业窑炉中燃烧是处置抗生素菌渣的有效途径之一。由于抗生素菌渣含氮量高，燃烧后将产生大量NOx，污染生态环境。本项目以抑制和转化NOx为目标，研究抗生素菌渣掺煤混燃中的燃烧特性和NOx的去除机制。菌渣加入能够能明显改善菌渣-煤体系的燃烧特性，随着菌渣掺混比例的增加，着火温度、燃尽温度呈现降低的趋势。菌渣掺混比为30%时，燃尽特性指数达到5.82×10-3，活化能E和指前因子A之间均存在动力学补偿效应。与其他生物质（剩余污泥）相比，由于挥发分含量更高，菌渣挥发分、焦炭的燃烧温度区间更宽，有利于煤中固定碳的燃烧。菌渣中含有大量自由基，自由基浓度随热解温度的升高显著变化。320℃时，自由基浓度达到1.239×1019spins/g。自由基由含氧自由基、烃基自由基、含氮自由基向芳香碳自由基转化。烃基自由基、含氧自由基、含氮自由基的产生和反应会影响NOx的产生和还原。机械力诱发化学键断裂进而产生更多的自由基，产生大量脂肪/芳香族烃基自由基，将有利于燃烧反应中NOx的化学吸附及还原。超细化处理后，菌渣燃烧中NH3、NO排放降低，煤燃烧后NH3、HCN排放降低。采用碱金属（Na2CO3、CaO、CeO2）催化燃烧，结果表明碱金属催化剂有利于抑制NOx及其前驱体产生。添加CaO后，HCN、NO排放降低；添加CeO2后，NH3、HCN、NO排放均降低；添加Na2CO3后，HCN、NO排放降低。