嘉兴生物质 燃烧过程中排放的气体污染物

　　点火与燃尽特性

　　生物质颗粒燃料挥发分含量高、固定碳含量少的组分结构决定了其具有独特的点火和燃尽特性。生物质燃烧主要包括干燥和预热、热解释放挥发性可燃气体及挥发分燃烧、固定碳燃烧3个阶段。通常，温度达到220℃左右便开始热解释放挥发分，燃烧过程中温度可达到1000℃以上。

　　生物质颗粒燃料的点火温度在300℃左右，且燃烧迅速，燃尽温度一般不会超过500℃。Roberto等对杏仁壳、稻草、木片等5种颗粒样品的TG和DTG曲线进行分析也得到：200~400℃温度范围内均有一个失重峰，挥发分在此阶段基本全部析出。生物质燃烧点火时间与挥发分含量呈线性关系，随挥发分含量升高而缩短；与含水率基本呈指数关系，随含水率升高而延长。z89g88l5ysqw

　　1.2结渣特性

　　生物质生长过程中吸收的碱金属元素在燃烧时易软化而结渣。通常，高温时易产生灰渣，且结渣特性与生物质种类有关，尤其与生物质中Cl、S、K、Si、Al的含量显著相关；碱性氧化物K2O和Na2O具有降低灰熔点的作用，故生物质中其含量越高，越易结渣；稻草等硅含量高的生物质，其灰渣特性取决于硅酸盐的化学性质，其结渣率相对较高；生物质能源具有许多优点，但结渣问题却阻碍了其推广与发展。结渣率与燃料的灰熔融性质及碱土金属含量有很大关系，生物质中Cl、K2O、Na2O含量越高，SiO2、Al2O3含量越低，越易结渣，Cl比率和S比率分别定义为[(Cl＋K2O＋Na2O)/(SiO2＋Al2O3)]和[(Svolatile＋K2O＋Na2O)/(SiO2＋Al2O3)]，Cl比率和S比率分别高于2.4和1.9时易结渣，低于1.0和0.5时结渣率下降[18]。生物质的结渣率通常随软化温度的升高而降低，随碱土金属含量的增大而增大，如果添加适当的添加剂(如CaO和Al2O3)可有效改善燃料性能，减少结渣现象。

　　2燃烧过程中排放的气体污染物

　　生物质颗粒燃料直接燃烧产生的污染物主要分为未燃尽污染物和燃尽污染物两类。由于燃烧技术的进步，未燃尽污染物的问题并不明显，污染物的排放问题主要来自完全燃烧产生的污染物，如NOx、SO2、颗粒物、酸性气体(如HCl)、多环芳烃、二噁英等[19]，污染物性质及排放量与燃料种类密切相关[20]。

　　2.1氮氧化物

　　燃料燃烧过程中NOx的生成有3种途径，即热力型NOx、瞬态型NOx和燃料型NOx。生物质燃烧温度很难达到1300℃以上，基本不产生热力型NOx，80％的NOx来自于燃料中N的氧化(燃料型NOx)，也有少量是在特定条件下由空气中的N转化而成(瞬态型NOx)。NOx的排放量主要与生物质颗粒燃料中N的含量有关。通常，燃料中N含量越高、O/N比值越大，NOx排放量越高。S/N比也影响NOx的排放，一般情况下SO2的排放量较高，则NOx的排放量就较低。生物质燃烧过程中NOx的释放峰值有两个，分别出现在挥发分的析出燃烧阶段和焦炭燃烧阶段，且个峰值大于第二个。由于生物质颗粒燃料中氮元素含量较低，故燃烧产生的NOx比煤要少很多，稻草和木材燃烧释放的NOx量分别占煤燃烧NOx释放量的1/3和1/2。Murari等研究发现：稻草颗粒(N占0.87％)燃烧后NOx排放量约为315mg/m3，而木质颗粒(N占0.05％)为67mg/m3，稻草颗粒中含N量是木质颗粒的17.4倍，而NOx排放量只有木质颗粒的4.7倍，这表明燃料中N的含量越高，N转化成NOx的转化率越低，Eskilsson等和Dias等也都得出同样的燃烧温度、空气流量等因素也会影响NOx释放量。本课题组通过实验发现：700~900℃的温度范围内，随温度升高，反应过程中中间产物HCN的生成率增加，NOx释放量随之增大；继续升高温度，反应速率大幅增加，O2浓度下降，主燃烧区呈现强还原性气氛，部分NO被还原，使得NOx释放量反而呈现下降趋势。随着空气流量的增加，燃烧会更充分，NOx排放更稳定。