本文關(guān)鍵詞：高含水含氮生物質(zhì)廢棄物雙流化床解耦燃燒基礎(chǔ)及工業(yè)應(yīng)用　出處：《中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：我國(guó)輕工行業(yè)每年產(chǎn)生大量高含水含氮生物質(zhì)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(shù)的缺乏,使其成為輕工業(yè)的重要污染源之一。通過(guò)燃燒將高含水含氮生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為輕工行業(yè)所需的過(guò)程蒸汽,既高效簡(jiǎn)便,又能滿足工業(yè)生物質(zhì)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(shù)的主要瓶頸。針對(duì)高含水含氮生物質(zhì)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(biāo)等問(wèn)題,開(kāi)發(fā)了雙流化床解耦燃燒技術(shù),利用雙流化床反應(yīng)系統(tǒng)將燃料燃燒過(guò)程分解為燃料熱解和熱解產(chǎn)物燃燒兩個(gè)子過(guò)程,并根據(jù)再燃技術(shù)原理優(yōu)化熱解產(chǎn)物燃燒,消除了燃料含水率對(duì)燃燒過(guò)程的影響,實(shí)現(xiàn)了低NO_x排放。本文圍繞該雙流化床解耦燃燒工藝的開(kāi)發(fā)和工業(yè)應(yīng)用,以白酒糟為原料,開(kāi)展了白酒糟鼓泡流化床熱解及其半焦燃燒實(shí)驗(yàn),為工業(yè)示范裝置設(shè)計(jì)和操作參數(shù)確定提供參考依據(jù);建立5萬(wàn)噸/年白酒糟雙流化床解耦燃燒示范工程,驗(yàn)證了雙流化床解耦燃燒技術(shù)對(duì)高含水含氮燃料的適應(yīng)性和低NO_x排放的技術(shù)優(yōu)勢(shì),并通過(guò)ASPEN模擬優(yōu)化了工業(yè)示范裝置反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)。本文主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下:1.白酒糟鼓泡流化床熱解特性。熱解溫度對(duì)白酒糟熱解產(chǎn)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(guò)量空氣系數(shù)對(duì)半焦收率影響較小,但過(guò)量空氣系數(shù)增加使得熱解氣產(chǎn)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?zé)峤鈼l件下(500-600 ℃),焦油產(chǎn)率隨過(guò)量空氣系數(shù)增加而快速降低,而在高溫?zé)峤鈼l件下(700-800 ℃),過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)焦油產(chǎn)率和組成影響較小。熱解溫度和白酒糟含水率對(duì)其熱解速度有很大影響,為保證較高的熱解速度和轉(zhuǎn)化率,工業(yè)示范裝置中鼓泡床熱解器操作溫度應(yīng)控制在600-800 ℃之間,顆粒停留時(shí)間不低于9.9 s。2.白酒糟半焦燃燒特性。熱解溫度和過(guò)量空氣系數(shù)的增加,促進(jìn)了白酒糟半焦中小芳環(huán)結(jié)構(gòu)的脫氫和芳香環(huán)的增長(zhǎng),使6個(gè)或更多融合苯環(huán)的芳香化合物和交聯(lián)結(jié)構(gòu)含量逐漸增加,高反應(yīng)性的小芳環(huán)結(jié)構(gòu)含量降低,從而導(dǎo)致了半焦穩(wěn)定燃燒階段縮短、燃盡階段延長(zhǎng)、燃盡速度和著火點(diǎn)降低等現(xiàn)象。對(duì)于熱解溫度為800 ℃、熱解過(guò)量空氣系數(shù)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(guò)量空氣系數(shù)為0.1左右,而提升管燃燒溫度應(yīng)高于900℃,以促進(jìn)白酒糟半焦中低反應(yīng)性碳結(jié)構(gòu)燃燒,且顆粒燃燒停留時(shí)間不低于10s。3.白酒糟雙流化床解耦燃燒示范工程。根據(jù)白酒糟熱解及半焦燃燒基礎(chǔ)研究,確定了工業(yè)示范裝置的操作參數(shù),并建立了 5萬(wàn)噸/年白酒糟雙流化床解耦燃燒示范工程。通過(guò)對(duì)比白酒糟直接燃燒和解耦燃燒裝置運(yùn)行結(jié)果,驗(yàn)證了雙流化床解耦燃燒技術(shù)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(jié)渣等問(wèn)題,且氮氧化物排放低于100 mg/m~3,無(wú)需任何脫硝設(shè)施即達(dá)到環(huán)保部門(mén)規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),雙流化床解耦燃燒工業(yè)示范裝置可以在不同負(fù)荷、加料量和操作條件下穩(wěn)定運(yùn)行,當(dāng)白酒糟進(jìn)料量應(yīng)大于1.45 t/h,鍋爐負(fù)荷率不低于70%時(shí),煙氣中NO_x排放量在220 mg/m~3以下,燃料N轉(zhuǎn)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(yùn)行結(jié)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(jié)果表明:在保證鼓泡床熱解器一定反應(yīng)溫度時(shí),循環(huán)床料溫度和白酒糟含水率對(duì)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(diào)控了進(jìn)入熱解器的床料量、有效控制了控制反應(yīng)溫度,同時(shí)避免了提升管燃燒器溫度和壓力的波動(dòng)。熱解器固體停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)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(zhuǎn)化率,同時(shí)引起反應(yīng)器體積過(guò)大等問(wèn)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(cāng)回火風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)減小了動(dòng)力消耗,縮短了熱解器預(yù)熱和啟動(dòng)時(shí)間。高通量輸送床熱解器的成功應(yīng)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(yīng)的雙流化床解耦燃燒技術(shù)。提升管燃燒器和鍋爐換熱系統(tǒng)模擬結(jié)果表明:鍋爐效率和蒸汽產(chǎn)量隨著排煙溫度升高而逐漸降低,針對(duì)工業(yè)示范裝置煙氣溫度170 ℃過(guò)高問(wèn)題,在煙道中加裝一級(jí)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(chǎn)量隨著白酒糟含水率而逐漸降低,但當(dāng)白酒糟含水率低于35 wt.%時(shí),含水率對(duì)蒸汽產(chǎn)量影響減弱,對(duì)鍋爐效率已無(wú)明顯影響,控制白酒糟最佳含水率應(yīng)保持在30-35wt.%之間。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ038;X79

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本文編號(hào)：1313213