生物质再燃过程中灰分迁移对脱硝的影响研究

生物质燃料性质是决定其再燃脱硝性能的关键因素，灰分在再燃过程中的迁移对脱硝有重要影响。本项目将生物质快速热解过程中灰分的迁移与金属在气相和气固脱硝反应中的作用相结合，研究生物质灰分影响其再燃脱硝的规律和机制。基于生物质快速热解的单颗粒在线测试、产物分析、有灰分作用的气相及气－固脱硝反应实验，结合热力学平衡计算和反应动力学分析，揭示Na、K、Fe灰分与挥发份在生物质快速热解条件下的动态析出过程特征，析出Na、K、Fe气相赋存形态的转变规律，Na、K、Fe元素在气、固相快速热解产物中的分布和赋存形态，以及不同赋存形态Na、K、Fe对气相及气－固脱硝反应的作用，获得热解参数对上述过程的影响规律；在此基础上，建立考虑灰分影响的生物质再燃脱硝模型。. 本项目研究成果既可为生物质燃料选择和再燃技术优化提供重要指导，也可为生物质利用过程中的积灰、结渣问题研究提供支持。

生物质作为再燃燃料具有较高脱硝活性、可再生、近零排放的优势。本项目针对生物质再燃过程中灰分迁移对其脱硝性能的影响开展研究，为生物质再燃燃料的选择和再燃技术的开发提供指导。在生物质灰分迁移的研究中，分别建立了生物质热处理固定床实验系统和单颗粒生物质燃烧在线测试实验系统，开发了LIBS测量气态金属浓度的标定和在线测量的方法；通过对不同热处理条件下不同转化程度的生物质样品进行表征，获得了不同热处理过程中灰分的迁移规律；基于单颗粒松木燃烧过程中金属气态释放的在线观测数据以及松木燃烧的数值模拟，建立了松木灰分中碱金属迁移与样品粒径、温度和转化率的定量关系；在此基础上发展了生物质热处理过程中碱金属的迁移机理，并对松木燃烧过程中的碱金属迁移建立了动力学模型，给出了生物质中有机碱金属和无机碱金属的赋存比例。在灰分迁移对生物质脱硝性能的影响研究中，分别建立了研究生物质焦炭异相脱硝的固定床实验系统和研究碱金属催化下生物质挥发分脱硝的气相催化实验系统；首先通过对异相脱硝过程中焦炭活性变化与其比表面积、表面官能团、灰分变化规律的研究，发现焦炭活性的变化主要源自比表面积和灰分中活性K浓度的变化，K的迁移对焦炭脱硝活性具有重要影响；通过研究再燃脱硝过程中灰分的迁移规律，建立了描述稻杆再燃过程中碱金属迁移的动力学模型；考虑到焦炭孔隙结构的变化和K的迁移，建立了描述脱硝过程中焦炭活性变化的改进型随机孔模型，较好地描述了灰分中K的催化作用；开展了有/无金属催化作用下热解气单一组分和混合组分的脱硝性能实验，获得了金属催化的作用规律以及多组分气体脱硝的交叉影响；结合生物质灰分迁移规律，开发了生物质再燃脱硝过程中金属催化热解气气相脱硝的反应机理和计算方法，计算值与实验数据吻合良好。