再燃條件下生物質堿（土）金屬及氯的遷移特性研究.pdf

1、燃煤煙氣氮氧化物(NOx)和汞污染物聯(lián)合控制是當前能源與環(huán)境領域的熱點問題。生物質具有低硫氮、高灰焦活性、零CO2凈排放以及較高堿（土）金屬(AAEMs，如K、Na、Ca和Mg)與氯含量等特性。采用生物質再燃技術不僅可以高效控制NOx生成，而且可以形成高活性灰焦和含氯煙氣，進而催化氧化煙氣中的汞，并最終利用大氣污染控制設備(APCDs)實現(xiàn)NOx和汞的聯(lián)合控制。國內外對生物質再燃脫硝進行了較深入的研究，但對再燃條件下生物質中堿土金屬和氯

2、的遷移釋放特性還不夠深入。本文以棉花秸稈(CS)、向日葵秸稈(SS)、小麥秸稈(WS)、稻殼(RH)、玉米秸稈(MS)等五種農業(yè)生物質為對象，系統(tǒng)研究了再燃條件下生物質中堿土金屬和Cl釋放特性。
　　采用掃描電鏡(SEM-EDS)、比表面積及孔隙結構分析儀(N2吸收脫附儀)、電感耦合原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)、數(shù)字式離子計、X射線衍射儀(XRD)、X射線熒光光譜分析儀(XRF)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)等分析測試手段，對

3、五種生物質原料的理化特性進行了表征與分析。結果表明:生物質均具有較小的比表面積(1.24-1.79 m2/g)與孔容積(1.912-3.242 mm3/g)以及較大的平均孔徑(32.72-117.75 nm)，且?guī)缀醪缓形⒖?小于2nm)。生物質中Na、K、Ca、Mg和Cl的含量分別為257-1300μg/g、1.68％-2.42％、0.36％-1.68％、0.22％-0.48％和0.13％-0.82％，其中稻殼的K和Na含量最高，向

4、日葵秸稈的Ca和Mg含量最高，小麥秸稈的Cl含量最高。五種生物質原料均具有較豐富的含氧官能團。
　　利用攜帶流反應裝置，在再燃條件下得到了不同的生物質灰焦，結合生物質灰焦的理化特性分析，研究了生物質種類、反應溫度(T)、停留時間(τ)、化學計量比(SR2)、氧含量（ψO2）等因素對再燃條件下生物質灰焦理化結構演化的影響。結果表明:與生物質原料相比，生物質灰焦的揮發(fā)分均顯著降低，灰分顯著升高，不同種類生物質的得焦率在13.93％-2

5、0.45％之間;生物質灰焦的比表面積(13.35-119.35 m2/g)、孔容積(18.30-82.67mm3/g)和微孔容積(10.0-60.0 mm3/g)顯著增加，平均孔徑(2.57-23.30 nm)顯著下降，生物質焦的微孔率(X)顯著升高，最大值為82.62％。生物質灰焦的比表面積隨著溫度、停留時間和氧含量的增大而增加，其中，溫度的影響較大。生物質中的AAEMs與Si和Cl反應生成了一定量的硅酸鹽礦物和KCl，且隨著熱解溫度

6、的提高，出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢。再燃情況下生物質灰焦表面的含氧官能團得到了一定程度削弱。
　　基于ICP-AES與數(shù)字式離子計的分析結果，研究了生物質種類、反應溫度(T)、停留時間(τ)、化學計量比(SR2)、氧含量(ψO2)等因素對再燃條件下生物質中堿（土）金屬和氯遷移特性的影響，探討了AAEM和Cl的遷移轉化規(guī)律。結果表明:在T=1050℃、τ=1.0s、SR2=0.9和ψO2=4％的條件下，五種生物質中AAEMs的平均釋放

7、率順序為RH＞CS≌SS＞MS＞WS，其中稻殼顯示了較高的AAEMs釋放率，稻殼中AAEMs釋放率的順序為Na＞Ca＞Mg＞K，其他四種生物質的Na和K釋放率均顯著高于Ca和Mg，基本呈現(xiàn)K＞Na＞Ca＞Mg的規(guī)律，其中Na和K的釋放率在37.0％-72.0％，而Ca和Mg的釋放率在5.2％-20.5％。五種生物質均表現(xiàn)了較高的氯釋放率，其值為94.6％-100％。隨著熱解溫度和停留時間的增加，AAEMs釋放率基本呈現(xiàn)先升高然后逐漸趨于

8、穩(wěn)定的趨勢，其中Na的釋放率最大可達85.2％，Ca和Mg釋放率最低為8.0％。氯的釋放率同樣隨著溫度的升高有所上升，基本維持在80.3％-100％之間。隨著化學計量比的增大(0.5-0.9)，AAEMs的釋放率呈現(xiàn)“中間低兩頭高”的趨勢，且Na和K釋放率顯著高于Ca和Mg，而氯釋放率幾乎維持不變，這說明熱解氣氛對堿金屬釋放具有重要影響。隨著煙氣中初始氧含量的增加，AAEMs和Cl均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，總體而言，AAEMs的增幅不大，而