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《华中科技大学》 2009年
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生物质燃烧氯的析出与控制研究

郭献军  
【摘要】: 在生物质燃烧过程中由氯引起的沉积、结渣和腐蚀问题已引起人们的关注。本文首次系统地对生物质氯的测试方法、生物质氯的赋存形态、生物质燃烧过程氯化物的析出规律、燃烧固氯机理与技术等一系列基础问题进行理论与实验研究,旨在开发出以工业废弃物为固氯剂的生物质燃烧固氯新技术。主要研究成果如下: 1)首次系统研究了高温燃烧水解——氯离子选择电极法和艾氏卡剂熔样——硫氰酸钾滴定法测定生物质氯的影响因素,分析测量精度,确定最优测量参数。得出高温燃烧水解法的最优测试条件为燃烧温度900℃、燃烧时间20min、水蒸气量2mL/min、试样量0.5克、氧气量400~500mL/min;艾氏卡剂熔样法的最优测试条件为生物质试样1.5克,艾氏卡剂5克,从室温加热到500~600℃然后保持2小时。确定高温燃烧水解法为本研究所采用的测氯方法。 2)采用统计和浸提实验研究了我国生物质氯的赋存形态。结果表明,生物质氯与挥发份和碳成指数减小,与灰分和硫成指数增加;且生物质氯的水浸提、酸浸提和碱浸提的浸出率普遍较高。得出生物质氯主要以无机态存在的结论。 3)建立了固定床管式炉生物质燃烧氯化物析出实验装置和研究方法;确定了生物质燃烧过程氯析出的影响因素和影响关系;初步建立生物质燃烧过程氯析出的动力学模型。结果表明:生物质中氯析出率随燃烧温度的升高而增加,在不同温度区间,温度对氯析出率的影响程度不同;随着燃烧时间的增加氯析出率明显增加;随炉内气氛氧化性减弱,氯析出率明显降低;燃燃烧过程烟气中水蒸气可促进生物质氯的析出;生物质粒径对氯含量和氯析出都有一定的影响,随着试样粒径的增加,氯析出率呈降低趋势;生物质燃烧过程中氯的析出可用一级反应动力学模型来描述,棉秆和烟草氯析出的反应活化能分别为18.8437kJ/mol和19.7956kJ/mol,则它们可在较低温度下析出氯化物。 4)通过固定床管式炉燃烧实验,研究了生物质燃烧过程氧化钙的固氯作用及影响因素,并对粉煤、赤泥和磷石膏的固氯效果进行实验研究;从化学反应热力学和动力学两方面分析氧化钙燃烧固氯机理。结果表明,在生物质燃烧过程中氧化钙、粉煤、赤泥和磷石膏都有较好的脱氯效果,高温和较长的燃烧时间大大降低了其脱氯效率,而较小的粒径和较多的固氯剂添加量有利于提高脱氯效果;在298K~1200K温度范围内,CaO-HCl脱氯反应可自发进行,反应限度很深,但生物质水分和空气中水分会使脱氯反应向水解反应方向进行,降低脱氯效率;收缩核模型可以较好地反映脱氯反应的动力学,预测反应温度、HCl气体浓度和CaO粒径对反应的影响。 5)详细阐述生物质微米燃料特性及其燃烧技术;进行微米燃料悬浮燃烧固氯技术小试和中试研究。得出不同固氯剂的固氯效果、固氯剂添加量的影响与在管式炉实验条件下的固氯效果基本一致,在900℃燃烧时不同固氯剂的固氯效果依次为:磷石膏>赤泥>氧化钙>粉煤;加入固氯剂不同程度改善了生物质燃烧灰结渣问题,且对烟气中二氧化硫的量影响不大;粉煤是理想的固氯剂,加入适量的粉煤不仅起到固氯作用,而且能改善灰的结渣问题,同时提高燃料燃烧热值。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TK16

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【引证文献】
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【参考文献】
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