生物质混煤加压富氧燃烧SO2生成机理及积灰特性研究

作     者：卢昌杰 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘彦;李习呈

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：加压富氧燃烧 生物质 二氧化硫排放 积灰特性 Chemkin模拟 

摘      要：温室效应对人类生存环境构成巨大的挑战,寻求有效的CO捕集技术是减缓温室效应改善气候环境的重要方法。生物质混煤加压富氧燃烧技术集成了生物质能利用、加压富氧燃烧技术的优势,是一项具有较好前景的CO捕集技术。然而燃料在加压富氧燃烧过程中由于生物质的掺混和燃烧压力的升高,燃料中SO的排放及成灰特性相对于常压富氧燃烧时发生了改变,为了探究燃烧压力、生物质掺混比和燃烧气氛对加压富氧燃烧过程中SO的生成机理及积灰特性的影响,本文从动力学和热力学两个角度借助Chemkin和Fact Sage软件对燃烧过程进行相关的数值模拟,旨在获得生物质混煤加压富氧燃烧过程中SO的排放规律及积灰特性,为生物质混煤加压富氧燃烧技术的实际应用提供理论参考和技术支持。研究了加压富氧燃烧过程生物质混煤中SO的生成机理。随着燃烧压力提高,SO排放速率和总的排放量降低。生物质的掺混一定程度上抑制SO的析出,生物质掺混比越大,烟气中SO的总排放量越低。在21%O/79%CO气氛下的SO排放速率和总排放量稍低于空气气氛,提高O/CO气氛中氧气浓度SO的排放速率和排放量显著增高。基于上述研究结果,利用生成速率(ROP)方法分析得知,当燃烧压力由0.1 MPa提高到1.6 MPa,SO总排放量的减少是由八个主要基元反应共同作用的结果,并明确了生物质混煤加压富氧燃烧过程硫元素迁移的主要反应路径。考察了加压富氧燃烧过程生物质混煤中钾向气相KSO的转化特性并分析加压前后KSO的生成路径。提高燃烧压力可以抑制气相KSO的生成,降低KSO的排放量。KSO排放量随着掺混比的增大而增大。在21%O/79%CO气氛下的KSO总排放量与空气气氛下差别不大,气氛的改变对KSO的生成影响较小,提高O/CO气氛中氧气浓度KSO排放量降低。由ROP分析得知,压力的改变影响KO的生成,使得加压前后涉及KSO转化的主要基元反应不同,其主要的转化路径相应也发生改变。探究了加压富氧燃烧过程生物质混煤中灰分沉积特性。不同燃烧压力、燃烧气氛和掺混比下,灰中矿物种类没有明显变化,但各组分含量有所差别。压力的提高抑制Ca SO的分解,从而减少黄长石和镁硅钙石的含量,同时也会降低KAl SiO的生成;掺混比主要影响Ca SO和KAl SiO的生成,对其他矿物相没有太大影响;富氧气氛会抑制KAl SiO生成和Ca SO的分解。