漩涡流化床中RDF与木屑的燃烧行为以及污染物排放特性外文翻译资料

漩涡流化床中RDF与木屑的燃烧行为以及污染物排放特性

摘要：这篇文章呈现了从试点规模涡轮流化床中得到的RDF与木屑的燃烧结果，并采用烟气再循环模型，对影响燃烧特性和污染物排放特性的床层温度，过量氧气比，和床内的氧的化学计量比进行了研究，实验结果表明了在漩涡流化床中不同燃料的不同燃烧特性。对木屑而言，一氧化碳排放随床温、过氧比和床内化学计量比升高而降低。氮氧化物排放呈相反趋势。以木屑为燃料的燃烧难以满足排放法规的要求。RDF燃烧的CO和NOx的排放量显示了类似的趋势；然而由于其独特的颗粒结构和燃烧方式，RDF燃烧可显著降低CO排放由于其独特的颗粒结构和燃烧方式。

1.简介

全球能源资源的枯竭和严峻的环境恶化迫使人们更加关注更多的清洁能源的需要，生物质是许多国家的重要能源来源。有大量的可用的生物质与农业生产和林业加工行业[相关。木屑是一种重要的生物质资源，易从许多国家和地区的林业产业中得到。它主要来源于锯木厂。木屑一般具有很低的硫含量，因此对二氧化硫的排放不需要关心。木屑似乎是一种很有前途的生物质能源，它具有较低的污染物排放量，可作为化石燃料的一个可行的替代能源为节约做出贡献。然而，木屑燃烧与其特性如低密度，高挥发性密切相关。在以往的研究中，由于流化床比传统的燃烧方法相比有几个有点，流化床燃烧技术似乎是一个合适的技术。流化床燃烧通过允许多种低品级燃料成功燃烧来提升燃烧的灵活性，并有高燃烧效率和较低的空气污染。有些研究人员研究了流化床燃烧生物质，如木材和RDF（垃圾衍生燃料）的混合物，木颗粒和橄榄石，棕榈残基，及木材和胡椒植物残基。然而，较高的一氧化碳排放仍然是最困难的问题，这是由于生物质的粒径较小，重量更轻。虽然取得了一些有价值的成果，在流化床燃烧残留的CO排放浓度仍然大于300 ppm。这是从普里亚诺夫，帕切特，优素福，饶等人的残留物燃烧研究中所获得的数据。此外，最大的CO排放量甚至达到3000 ppm。即使在最佳燃烧条件下，通过操作变量的调整，CO浓度仍超过百万分之100（台湾市环境保护局（EPA）规定的最低要求）。

木屑颗粒粒径较小，与其他林业废弃物不同。在流化床中燃烧，它是容易被抬到干舷区，因此，引入VFBC（旋涡流化床燃烧室）的概念使一个漩涡吹二次空气切向进入干舷来提高木屑的调节能力。该系统提高了FBC燃烧性能并采用稻壳、大豆等高氮含量的生物质作为燃料产品。此外，VFBC已被用于高硫含量的次烟煤和烟煤的燃烧研究多年，但很少有研究关注木屑燃烧中的应用。

此外，由于其较低的密度，在木屑处理和运输中可以产生大量的废物。因此，RDF技术近年来已成为一个重要的垃圾处理技术，已经在欧洲和北美国国家采用，包括中国和日本。在这项研究中，通过一个滚筒造粒机来将锯末和RDF压缩为圆柱形。最近的最终研究结果表明，通过一般流程生产的RDF与木屑的区别不大。RDF的主要优势在于其紧凑的尺寸，可以被减少60%；这使得它易于运输和储存。RDF也可以直接用于锅炉的主要燃料或与其他燃料混合。

本文的目的是展示以木屑和RDF作为燃料的VFBC中各种操作参数对CO排放的影响。此外，还比较了VFBC中RDF与木屑燃烧性能的差异，并采用烟气再循环（FGR）燃烧模式来研究如何降低NOx排放。FGR燃烧模式是一种控制床温的有效方法，而床的传热面积是固定的。当生物质在流化床系统作为燃料时，烟气中的N主要来源于燃料因挥发份均匀氧化占主导地位而产生NOx，木屑和RDF在VFBC燃烧过程中在VFB对NOx排放的影响尚未得到充分的研究，因此，当前工作的另一个目的是了解木屑和RDF在VFBC中燃烧时NOx排放特性。对床温，过氧比，和在床上化学计量氧比等操作参数对燃烧行为的影响进行了研究。

2.实验部分

2.1 实验装置

在这项研究中使用的VFBC系统示意图已用于我们以前的研究[。VFBC配置如图1所示。燃烧室由6毫米碳钢内衬150毫米的耐火材料建造。

本研究中所用的是FGR燃烧模式。主风是由一次风与FGR提供。主风由11.2千瓦的鼓风机提供，FGR则是由一个5.6千瓦的风机提供的。二次气体由二次空气和氮气组成，四个等距的30毫米直径的气体二次喷射喷嘴切向安装在配电室2.05米以上。

2.2燃料和床料

在这项研究中使用的惰性床材料是石英砂（99.5%二氧化硅），颗粒密度为2600公斤/立方米，平均直径为0.587毫米。RDF和木屑作为本研究的燃料，木屑的平均粒径为0.744毫米，颗粒密度为600公斤/立方米。木屑与辊造粒机生产圆柱状木屑RDF处理。木屑用辊式造粒机处理与RDF形成圆柱状。在压实过程中，加入复合变性淀粉有助于塑造锯末为RDF。圆柱的直径为6毫米，平均长度为15毫米。木屑和RDF的照片如图2所示，其元素分析结果在表1中给出。在压实过程中，复合改性淀粉添加微量给形状的木屑RDF。总热（湿基）输入保持在130000千卡/小时。

2.3 数据采集

图1还介绍了热电偶和气体取样探头的位置。在这张图中，热电偶（K型）位于空气分配器的0.45，2.80，3.00，2.55 ，1.15，1.55，2.05，4.50米以上，烟道气体中的氧浓度由Novatech氧分析仪1632连续监测（精度为1%）。烟气的成分，如CO，CO2，O2，和NOx由Anapol eu5000气体分析仪分析。本研究报告的浓度值均在干基剩余氧的基础上校正为11%。

2.4 操作条件

这些实验的操作条件如表2所示。在本项研究中，床内的氧气化学计量比（S_b）可以通过改变一次风率来控制。在进入燃烧室之前，二次风在燃烧室外部内预热到200度。为消除停留时间对燃烧性能的影响，所有的实验都是在主气流量固定为3立方米/分钟以及辅助气体流量固定为2立方米/分钟的环境中进行的。在这项研究中，在烟气道出口的风机处检测氧气浓度数据，并发送到主气体控制系统，用于调整一次风和FGR的混合比率保持在设定值。

二次气体是由二次空气和氮气混合而成的。根据过剩氧的设定值和初次空气的化学计量氧对混合比进行调整。当床内的化学计量比氧率增加时，二次风的流量减小，氮流量增加，从而维持氧气比例的增加。

3.结果与讨论

3.1 温度分布

图3表明了在VFBC不同床层温度下RDF和木屑燃烧的温度分布。在这个图像，过氧比是50%，床内化学计量氧为100%。使用一种换热管来控制床温。从图中看出，RDF燃烧与木屑燃烧特性不同。由于其粒径小，重量轻，木屑燃烧主要在飞溅区。所以很难将床温提高到超过750度。这导致当床温从650增加至750摄氏度时飞溅区温度的峰值从830增加至至925摄氏度。然而，由于其密度RDF的燃烧主要在床区。峰值温度出现在进料口，并且当床温从700增加到800度时其从729增加到815度。

RDF燃烧相比木屑有较低温度水平，RDF的温度分布在每个横截面没有急剧变化几乎一致的除了在z = 1.05处，并且不被过量比的影响。RDF的床区燃烧部分比木屑高很多，并且在床中通过换热管逸出的热量也高于木屑燃烧。因此，在同一床温下RDF的温度低于木屑。

3.2床温的影响

图4a和b显示了床温对CO和NOx排放的影响。通过比较图4a和b，我们可以看到从木屑燃烧中释放的CO排放量比RDF高两个数量级。在图4A中，床温从650增加到750℃，而在图4B中，温度从700度升高至800度，其中过氧比为百分之五十，床内的化学计量氧为百分之百。

在这些数据中，由于高温下较高的燃烧效率，两种燃料的二氧化碳排放量随温度的升高而降低。然而，木屑燃烧CO排放显著下降，从3456到1498 ppm，而RDF燃烧值至少略有下降，从36到10 ppm。理由如下：首先，木屑燃烧主要在飞溅和干舷区，由于其粒径小，重量轻。在同一次气体速度下，木屑颗粒在VFBC中停留时间比RDF短得多，导致燃烧不完全，从而导致在退出VFBC时有更高的CO排放量。其次，RDF燃料燃烧主要在床区，由于其较大的尺寸和更高的密度，导致其较低的挥发速率。RDF在舱内的停留时间延长，有利于在VFBC中完全燃烧。这与其他研究获得的结果一致。

在这些图像中，木屑和RDF燃烧时NOx排放的峰值分别为83和70 ppm。峰值氮氧化物量排放符合台湾市环保局规定的最低要求。两种燃料的氮氧化物排放量随床温的增加。这是由于生成氮氧化物的前驱体如HCN，NH3随床温的升高而增加。此外，较低的一氧化碳排放量会减少发生氮氧化物还原反应的机会。

3.3 过氧比的影响

图5A、B显示富氧率对CO和NOx排放的影响。通过比较图5A和B，我们可以看到从木屑燃烧中释放的CO排放量比RDF高两个数量级。图5A中，过氧比从40%增加到70%，而在图5b中，过氧比从30%增加到50%。床层温度为750 C，床内的化学计量氧为百分之百。由于在本实验中，主气体和二次气体流速是固定的，所以通过改变二次气体中的氧和氮的比例调节过氧比。

图5A中，当过氧比从40增加到70%时，CO的排放量明显降低，从4980到291 ppm。这是由于从二次风中引入到VFBC中的过量氧气促进了上层燃烧室中小颗粒和未完全燃烧颗粒的燃烧。然而，在这项研究中的最低一氧化碳的排放量仍然是台湾环保局最低一氧化碳排放量要求的将近三倍。过氧比从40增加到70%时，木屑燃烧的NOx排放量增加从7 ppm至69 ppm，这表明较低NOx排放以较低的燃烧效率为代价。结果表明，二次气体中的过量氧对减少污染物排放有着积极的影响。

在图像中，最大的氮氧化物排放量出现在过氧比为百分之五十以上区域。原因是：木屑主要在飞溅区燃烧，增加氧比意味着更多的氧气被引入到燃烧室中，从而促进木屑的完全燃烧。因此，过氧气比从40增加到50%时，CO排放显著下降，从5000降到1498 ppm。同时，还大大增加了NOx的排放量，从7到69 ppm，这是因为CO的减少使NO与CO发生还原反应的机会降低。

通常情况下，流化床中燃烧时CO和NO的排放趋势是相反的。从这项研究中获得的实验数据符合这一趋势。然而，在图5A所显示的数据表明，当过氧比超过百分之五十时，CO与NO的排放趋势一致，Duan和Chyang等人也得到了相同的结论。它们发生在类似的操作条件下：细颗粒燃料和由二次气体提供的较高过氧比。这种现象可以解释为：未完全燃烧的碳与NO发生了反应，这使得过氧气比从50增加到70%时，NOx的排放略有下降，从69到45 ppm。

图5b中，过氧比从30%增加到50%时，RDF燃烧时CO排放量略有下降，从24到11 ppm，而NOx排放增加，从44到65 ppm。这也可以归因于在干舷区更多的CO发生了氧化反应。这些污染物排放符合台湾市环保局的规定。

3.4 氧的化学计量比的影响

图6显示了在床温为750度、过氧比为百分之五十时，床内氧的化学计量比对CO和NO排放的影响，床内氧的化学计量比从百分之八十增加到百分之百。

在这张图中，木屑和RDF的CO和NOx的排放量显示出类似的趋势。当床内氧的化学计量比从80增加到100%时，木屑燃烧产生的CO量从1858减少到1498 ppm，而RDF燃烧略有下降，从12到5 ppm。当床内化学计量比为80%时，燃料完全燃烧，有利于一氧化碳排放。Sauml;nger等人也获得了类似的结果。木屑的CO排放量比RDF高两个数量级，这是由于RDF的密度和尺寸。

木屑燃烧时氮氧化物的排放量从49ppm增加到69ppm，而RDF的氮氧化物排放量从44ppm增加到65ppm。在这项研究中获得的氮氧化物排放量数据在台湾市环保局规定的可接受范围内。两种物质燃烧时氮氧化物的变化都非常小，NOx与CO的还原反应对RDF燃烧影响不大因为完全燃烧时CO浓度很小。

1. 结论

对木屑与RDF的燃烧行为与污染物排放的实验在VFBC中进行，实验研究了不同操作条件的影响，如燃料特性、床温、富氧率、和在床内的氧的化学计量比对CO和NOx的排放影响。结果表明，由于不同的粒径结构，木屑燃烧主要在飞溅区，而RDF燃烧主要在床区。与木屑相比RDF燃烧温度较低，在床层温度分布均匀。这两种燃料的一氧化碳排放量随床层温度，过氧比、床内化学计量比的升高而降低。木屑的燃烧不能满足台湾市环保局的CO排放要求。然而，使用RDF作为燃料时，这项研究中所有操作条件下峰值CO排放量都低于50 ppm。实验中采用烟气再循环燃烧方式来降低NOx排放，并且NO与CO的排放呈相反趋势。

在商业循环流化床锅炉中使用韩国无烟煤与垃圾衍生燃料的共燃研究

摘要：本文在在东海商业循环流化床（CFB）锅炉内对垃圾衍生燃料（RDF）与韩国无烟煤的共燃时的燃烧现象与对环境的影响进行了研究。高氧气含量与RDF中的CaO减少了燃烧所需要的空气量和循环流化床锅炉中的石灰石流量。在炉膛出口温度略有上升，是因为挥发物导致的循环流化床锅炉稳定运行限制RDF的重新燃烧。随着RDF的比例上升，静电沉淀器的输出电压（EP）呈线性下降。最终EP的稳定性难以维持当RDF的比例在5%以上。与韩国无烟煤单独燃烧相比，燃烧过程中氮氧化物，盐酸和二恶英的排放量并没有明显变化，满足韩国的排放限量标准。另一方面，循环流化床锅炉中灰烬里的氯含量随RDF比例的增加逐渐增加，这意味着大多数氯固定在石灰石内。

1.简介

最近在韩国，由于其能源消耗在很大程度上依赖于进口资源，所以对有效燃料兴趣有所提高。此外，由于石油价格的增加，能源利用技术已成为一个关键问题。一项成功的能源利用技术就是循环流化床燃烧技术，由于其燃烧各种燃料如能力如垃圾衍生燃料（RDF），生物质，污泥和垃圾以及具有高灰分、低热值的劣质煤。

韩国电力公司（KEPCO）在东海建造了两台循环流化床锅炉（2 200兆瓦），分别在1998和1999

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