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生物质与聚乙烯共气化过程含氮污染物生成特性数值模拟研究

收稿日期：2024-02-10 修回日期：2024-05-17 接受日期：2024-05-20

DOI:10.20078/j.eep.20240608

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    摘要：上吸式气化炉中生物质与聚乙烯共气化可有效提高气化合成气的产气热值与H2产率,但在共气化过程中含氮污染物的生成与排放特性尚不清晰,有待进一步研究。因此,基于颗粒动理学理论和欧拉-欧拉方法构建了上吸式气化炉中气固流动与化学反应耦合的二维数理模型... 展开+
    摘要：

    上吸式气化炉中生物质与聚乙烯共气化可有效提高气化合成气的产气热值与H2产率,但在共气化过程中含氮污染物的生成与排放特性尚不清晰,有待进一步研究。因此,基于颗粒动理学理论和欧拉-欧拉方法构建了上吸式气化炉中气固流动与化学反应耦合的二维数理模型,探究了空气当量比(ER)、生物质与聚乙烯混合比和水蒸气与燃料比例(S/F)对含氮污染物生成的影响规律。结果表明,在生物质与聚乙烯共气化中,NH3和HCN主要来自生物质挥发分的热解反应,主要分布于气化炉的热解区与干燥区。NO主要来自焦炭的燃烧与气化反应,其含量在氧化区最高,但随后会与焦炭、CO和H2等气体的还原反应而降低。随着空气当量比的增加,NO的含量由5.17ppmv(百万分之一的体积比,下同)逐渐增加为50.10ppmv,而其他含氮污染物如N2O、NH3和HCN的含量则下降;增加水蒸气与燃料的比例可以导致NO含量由33.74ppmv降低到0.95ppmv,但会促进N2O的生成。此外,聚乙烯的加入可有效降低生物质气化过程中含氮污染物的生成,并且共气化过程中生物质与聚乙烯之间的协同作用会进一步抑制含氮污染物NO、NH3和HCN的生成。

    收起-

    作者：

    • 许传昌1,2
    • 罗素韩1,2
    • 朱贤青1,2,*
    • 李俊1,2,*
    • 朱恂1,2
    • 廖强1,2

    作者简介

    作者简介：许传昌(1996—),男,重庆万州人,硕士研究生,主要研究方向为有机固废气化及模拟。E-mail:971314109@qq.com
    通讯作者：朱贤青(1991—),男,湖北黄冈人,副教授,主要研究方向为生物质热化学预处理及高值化利用。E-mail:xianqingzhu@cqu.edu.cn
    李俊(1979—),男,江西九江人,教授,主要研究方向为电化学能源转化、废弃物资源化利用。E-mail:lijun@cqu.edu.cn

    单位

    • 1. 重庆大学 低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
    • 2. 重庆大学 能源与动力工程学院 工程热物理研究所,重庆 400044

    关键字

    • 生物质与聚乙烯
    • 上吸式固定床
    • 含氮污染物
    • 共气化
    • 数值模拟

    基金项目

    国家自然科学基金重点资助项目(52236009);重庆市技术创新与应用发展重点资助项目(cstc2019jscx-gksbX0018)

    引用格式

    许传昌, 罗素韩, 朱贤青, 等. 生物质与聚乙烯共气化过程含氮污染物生成特性数值模拟研究[J]. 能源环境保护, 2024, 38(6): 112−124.

    XU Chuanchang, LUO Suhan, ZHU Xianqing, et al. Numerical simulation on the generation characteristics of nitrogen-containing pollutants during co-gasification process of biomass and polyethylene[J]. Energy Environmental Protection, 2024, 38(6): 112−124.

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