生物质燃烧排放物研究进展

生物质燃烧是大气温室气体的主要来源之一,是空气污染的主要构成因素,其对区域大气化学成分和空气质量以及地气系统的辐射平衡产生直接影响进而影响气候变化。科学阐明生物质燃烧排放物是开展大气污染防治工作的基础,亦是制定防控污染天气应急预案的重要依据。笔者从4个方面阐述生物质燃烧排放物的研究进展:生物质燃烧排放物成分,排放源解析及排放模型,生物质燃烧排放特性及其对大气环境的影响,以及燃烧排放物的时空异质性及时空规律性。针对目前研究现状及存在问题,认为应进一步加强生物质燃烧排放物定量化研究,利用 “3S”集成技术、改进算法,注重尺度的转换以及对模型的优化研究; 加强生物质燃烧排放物对生态环境的影响机理研究,进而为大气污染防治工作及制定防控污染天气应急预案提供参考。     

Performance of PAHs emission from bituminous coal combustion

Carcinogenic and mutagenic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) generated in coal combustion have caused great environmental health concern. Seventeen PAHs (16 high priority PAHs recommended by USEPA plus Benzo[e]pyrene) present in five raw bituminous coals and released during bituminous coal combustion were studied. The effects of combustion temperature, gas atmosphere, and chlorine content of raw coal on PAHs formation were investigated. Two additives (copper and cupric oxide) were added when the coal was burned. The results indicated that significant quantities of PAHs were produced from incomplete combustion of coal pyrolysis products at high temperature, and that temperature is an important causative factor of PAHs formation. PAHs concentrations decrease with the increase of chlorine content in oxygen or in nitrogen atmosphere. Copper and cupric oxide additives can promote PAHs formation (especially the multi-ring PAHs) during coal combustion.     

生物质燃烧和阴燃过程对比

为了明确生物质燃烧和阴燃的共性和差异,分类总结了生物质燃烧和阴燃过程的特点,得出大颗粒生物质燃烧过程和自然对流条件下生物质粉正向阴燃物理过程近似的结论.对比了这两种过程的物理化学反应特性、传输机理及边界条件,得出结论:两种过程干燥、热解等物理化学反应机理相同,炭氧化过程稍有差异、边界条件差别很大.     

二甲基醚发动机HCCI燃烧与排放的计算

构建了可应用于均质充量压燃（HCCI）发动机的二甲基醚（DME）详细化学反应动力学M燃烧模型,该模型包含97种物种和457个基元反应．拓展M模型的应用范围,分析了DME发动机HCCI条件下关键基元反应和重要物种随曲轴转角的变化关系,获得了DME氧化反应的主要历程．研究了NOx的生成机理,结果表明NOx排放中NO生成量达到最大值后出现“冻结”现象,NO2与N2O最终排放浓度极少且受缸内温度影响不大．随着缸内温度的增加,NOx排放中NO所占比例逐渐增加．基于化学反应速率及敏感度分析,得到了DME发动机HCCI燃烧的NO排放主要受扩大Zeldovich机理和N2O途径控制．     

Fluorine emission from combustion of steam coal of North China Plate and Northwest China

To study the amount of fluorine emission from the combustion of the steam coal (mainly Permo-Carboniferous coal) from the North China Plate and Northwest China, the fluorine contents of the coal, the fly ash and the cinder in high-temperature power stations as well as mid-low temperature power stations have been analyzed. This note provides a rough estimate of the total annual amount of fluorine emission as well as emission ratio from steam coal combustion in China. Our results show that by combustion of 1 t of Permo-Carboniferous coal (containing roughly 100 g fluorine), high-temperature power stations emit roughly 90 g fluorine into the atmosphere. The fluorine emission ratio of coal combustion in high-temperature power stations is about 96% and that in mid-low temperature power stations is about 78%. A total of 800 million tons of coal is burnt in China every year, and the coal comes mainly from Permo-Carboniferous deposite in the North China Plate and Northwest China coal mines. Taking the average fluorine content of the coal used at a low value of 100 mg/kg, the total annual fluorine emission from steam coal combustion into the atmosphere is estimated to be 66398 t.     

基于FLIC软件的生物质层燃数值模拟

为了优化链条炉燃烧,基于FLIC模拟平台对我国东北地区某7 MW生物质层燃热风炉进行数值模拟.模拟结果表明,燃烧过程大致可分成3个阶段,依次是位于炉排上0～0.5m的水分蒸发段、0.5～2.1m的挥发分逸出燃烧段以及1.0～2.8m固定碳燃烧阶段.该燃料挥发分占比较高,析出后床层厚度明显减薄,一次风温过低导致固定碳燃尽率低,所以可以适当提高一次风温.根据燃料处于不同燃烧阶段,按需供风,如,在挥发分逸出燃烧阶段提供总风量的80%～90%,在固定碳燃烧阶段提供总风量的10%～20%,以此提高燃烧效率,并可以根据烟气温度对拱角以及炉拱覆盖长度进行结构优化,增强炉拱的引燃以及燃尽作用.本文根据模拟所得结果提出对一次风以及其供风方式的优化策略,从而达到优化燃烧的目的.     

煤燃烧过程中气态氟化物生成机理

为了研究燃煤过程中气态氟化物生成机理,在燃煤过程中气态氟化物生成特性试验研究的基础上,根据煤中氟的赋存形态、含氟矿物的热分解特性和煤的燃烧过程,通过固定床管式炉燃煤氟析出等温动力学实验建立了燃煤过程中气态氟化物生成动力学模型。结果表明,燃煤过程中气态氟化物生成可用一级反应动力学来描述,反应活化能E和频率因子A依赖于煤中氟的赋存形态和热稳定性,对于实验煤种A在12．5-46．0min^-1,E在28．0-65．1kJ．mol^-1。研究结果对揭示不同燃烧设备条件下煤中氟的燃烧转化规律、进行燃煤大气氟污染治理有理论指导意义。     

O2/CO2气氛下燃煤过程中NOx排放特性实验研究

利用沉降炉在O2/CO2和O2/N2气氛下对煤粉燃烧过程中NOx排放特性进行实验,研究了不同停留时间、燃料/氧化学当量比、温度等因素对燃煤过程中NOx的排放特性的影响,并对2种燃烧方式下NOx的排放特性进行对比.结果表明:在O2/CO2气氛下NOx的生成量远远低于空气气氛下NOx的生成量,其主要原因是在O2/CO2气氛中高CO2质量浓度导致气氛中生成较高含量的CO,从而在未燃烧碳表面发生NO/CO/Char的反应,促进了NO还原为N2;O2/CO2气氛中没有N2,避免了热力型NOx和快速型NOx的生成;约80%的再循环烟气致使NOx的停留时间大为增加,即延长了NOx的还原反应时间,从而降低了NOx的排放.     

煤层燃过程中热解气燃烧氮氧化物排放实验

我国大气中的氮氧化物污染日益严重,燃煤是大气中氮氧化物的主要来源之一。为研究燃煤过程中氮氧化物的排放规律,设计了双层固定床反应器,对煤燃烧产生的热解气和焦炭的燃烧情况分别进行研究。利用实验研究分析煤燃烧时煤中氮元素的分配、热解气析出特性及热解气燃烧时的氮氧化物排放规律。结果表明:煤热解过程中进入热解气和留在焦炭内的N分别为38%和62%。实验结果为分析煤炭层燃过程中NOx排放规律奠定了基础。     

复合生物质燃烧性能的数值模拟及实验

为探究复合生物质的燃烧性能,以圆筒形燃烧室的锅炉为例,利用FLUENT软件建立数学燃烧模型,并选取玉米秸秆、棉秆、木屑和稻秆4种生物质作为模拟燃烧的燃料。分析4种生物质单独燃烧时燃烧室中心截面的温度分布,结合分析结果将玉米秸秆分别和木屑、稻秆按照不同的质量配比方案进行混合燃烧模拟,并对4种生物质及复合生物质做单烧及混烧实验验证。研究结果表明：4种生物质燃烧时燃烧室中心截面最高温度的排序为玉米秸秆>棉秆>木屑>稻秆,玉米秸秆的最高温度比其它3种生物质高100K以上;生物质的燃烧性能受一次风速、风温及自身含水率的影响较大;混烧明显好于单烧,实验验证玉米秸秆与木屑、稻秆的最佳质量配比分别为3:1、7:3,此时燃烧室中心截面的最高温度混烧比单烧分别提高90K和92K,且复合生物质提高了单一生物质的燃烧性能。     

煤中掺混生物质混烧的热重分析及动力学特性

松木屑作为一种废弃的生物质资源,如能将其回收与煤粉掺混后作为锅炉燃料燃烧将具有重大的意义。利用热重分析仪研究了印尼煤与松木屑不同掺混比例(0%、15%、30%、45%、100%)对煤粉燃烧特性的影响,并计算出各掺混不同比例生物质下的动力学参数。结果表明:煤粉中掺混不同比例的松木屑燃烧后其着火温度提高,燃尽温度降低,综合燃烧特性指数降低;在掺混比例为15%时对煤的燃烧特性曲线影响不大,所以掺混15%的生物质是最合理的。随着生物质掺混比例的增加其活化能减少,频率因子降低,在掺混比例为15%时活化能最小,再增加比例后其活化能变化不大。不同掺混比例下反应活化能和频率因子之间存在动力学补偿效应。     

煤改低浓度煤层气锅炉的燃烧及NOx排放特性

将燃煤链条炉改烧低浓度煤层气,运用数值模拟方法并结合实验对改造后的低浓度煤层气锅炉炉膛内的流动、燃烧及NOx排放特性进行了研究。结果表明,速度约在炉膛轴向距喷口0.5 m处达到最大值,在炉膛宽度方向-0.4 m相似文献   

EGR对甲醇HCCI发动机燃烧与排放的影响

针对均质压燃燃烧难以控制的问题,在一台发动机上,改装进排气系统,并加装均质混合气供油系统和进气加热系统,研究了外部EGR（废气再循环）对甲醇HCCI（均质充量压缩着火）燃烧与排放特性的影响。结果表明：外部EGR对甲醇HCCI燃烧过程和排放都有显著的影响,随EGR率的增加,CA10、CA50逐渐推迟,燃烧持续期逐渐延长,但影响的程度因混合气浓度的不同而变化;HC和CO排放逐渐增加,且增加的幅度逐渐变大;NOx排放仅在混合气较浓时存在（过量空气系数小于1.5时）,且随着EGR率的增加迅速下降。     

燃烧调整对炉内温度分布及NOx排放的影响

采用具有三维温度场可视化监控系统的300 MW四角切圆燃煤锅炉,研究燃烧调整对炉内温度分布和NOx排放规律的影响.结果表明,总风量调整、总燃料量扰动、燃烧器摆角调整、层间燃料量调整、燃烧器不同组合以及单层燃烧器燃料调整直接影响炉内沿高度方向的温度场分布、NOx的排放量、飞灰含碳量和辐射能.NOx排放量与实时炉内温度分布密切相关,这与已逐渐成熟的NOx生成机理的研究结果一致.     

焦炭固定床燃烧氮氧化物排放实验研究

为降低锅炉NO的排放,研究焦炭在固定床中燃烧时的氮氧化物排放特性,分析焦炭数量对NO排放的影响。在其他条件不变的情况下,取焦炭质量分别为0．5、1．0和2．0g的煤样进行燃烧实验。结果表明：焦炭燃烧NOx排放与燃烧过程密切相关,在固定床中有还原层存在时,NO排放处于低水平稳定状态。随着焦炭还原层的消失,NO转化率迅速增加。在设计层燃燃烧锅炉时。加大燃煤炉中焦炭层的厚度．可以降低锅炉NO的排放．焦炭层厚度增加4倍．NOx排放降低73．86％．     

压缩比对双燃料发动机燃烧和排放特性影响的研究

在一台CY25TQ型柴油机上,对甲醇预混合气F-T柴油引燃燃烧模式下压缩比对发动机燃烧和排放特性的影响进行了研究。研究结果表明：在预混合引燃燃烧方式中,将压缩比从16.9降到15.4过程中,燃烧始点最大推迟到上止点前0.6°CA,爆发压力和最大压力升高率降幅分别达到44.5%、37.7%,瞬时放热率峰值最大增幅达54.4%;HC和CO排放有上升的趋势,NOX 和碳烟排放大幅度降低,碳烟最大降幅为50%。     

高温贫氧燃烧过程中NOx排放的数值模拟计算

将扩散燃烧模型、热力NOx生成模型和κ-ε湍流流动模型相结合，以上海711研究所设计建造的高温贫氧燃烧炉为原型，利用CFD通用商业软件对高温贫氧燃烧过程的温度场及NOx生成和排放特性进行计算机模拟计算．计算结果可为今后的工业性实验提供理论依据，     

沸腾炉掺烧半干法烧结烟气脱硫灰的SO_2逸出特性

通过改变原料配比、通气量、焙烧温度以及焙烧时间,研究沸腾炉掺烧半干法烧结烟气脱硫灰的SO2逸出特性。结果表明,随着脱硫灰含量的增加,混合料中有效S含量减少,导致SO2逸出量减少;当通气量在180~240mL/min范围内,SO2逸出量随通气量增大而增加,通气量超过240mL/min时,SO2逸出量开始减少;在750~900℃范围内,SO2逸出量随焙烧温度升高而逐渐增加,其中在800~850℃温区内SO2增量最小;保温开始阶段,SO2逸出量随焙烧时间的延长而略有增加,当延长至15 min时,掺烧反应基本结束,即不再有SO2气体生成。     

基于Gibbs自由能最小化的生物质燃烧中K与Na迁移及转化规律模拟

运用Gibbs自由能最小化的原理,利用生物质燃烧模型模拟生物质燃烧过程中K,Na的迁移规律,同时对试验条件无法满足的高温、高压区域进行了预测.模拟结果表明:温度对碱金属释放量的影响比较大,温度为1 000℃时,气相碱金属元素K,Na的析出量分别占原料中K,Na质量的8.980％和6.05％;而当温度升高到1 400℃,...