技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于生物質(zhì)燃?xì)鈨艋夹g(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)氣化燃燒過程控制氮氧化物及顆粒物排放的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。

背景技術(shù)：
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生物質(zhì)揮發(fā)分含量較煤炭高，其燃燒過程與其他固體燃料如煤炭相比顯著不同，由于生物質(zhì)脫揮發(fā)分速度較快，半焦燃燒與揮發(fā)分燃燒不同步，如果燃燒區(qū)域供氧不充分，燃盡程度會(huì)變得很差，這種情形在無組織供風(fēng)的生物質(zhì)小型燃燒設(shè)備上尤為明顯，比如農(nóng)用灶炕、露天焚燒。因此傳統(tǒng)燃燒過程中燃燒溫度分布不均勻，在供氧充分的燃燒區(qū)域溫度很高，而在缺氧區(qū)域溫度則很低，由此帶來的問題是氮氧化物濃度及未燃盡殘?zhí)苛可仙?，污染環(huán)境的同時(shí)，熱利用效率低下。

宏觀上生物質(zhì)燃燒過程可分為熱解脫揮發(fā)分、揮發(fā)分燃燒、半焦燃燒幾個(gè)過程，上述過程的最優(yōu)化學(xué)反應(yīng)條件存在顯著差異，而現(xiàn)有燃燒裝置未充分考慮生物質(zhì)燃燒過程的階段性特點(diǎn)。解決氮氧化物排放的有效辦法為解耦燃燒，即把生物質(zhì)燃燒過程涉及的熱解、燃燒反應(yīng)在不同的反應(yīng)器或者同一反應(yīng)器不同區(qū)域里進(jìn)行，控制不同的反應(yīng)條件使熱解和燃燒反應(yīng)在最優(yōu)的反應(yīng)條件下進(jìn)行，以此減少氮氧化物的排放。

專利zl201110173424.4公布了一種生物質(zhì)低氮直燃鍋爐，根據(jù)生物質(zhì)燃料的成分和燃燒特性，采用層燃與氣化耦合燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了燃料的高效燃燒，采用分級(jí)布風(fēng)、半焦還原及熱解產(chǎn)物再燃技術(shù)，降低氮氧化物的排放。但由于熱解氣體到達(dá)還原區(qū)之前與煙氣混合時(shí)發(fā)生了部分氧化反應(yīng)，降低了其還原效果，因此氮氧化物排放濃度只能控制在100mg/nm³左右，尚不能達(dá)標(biāo)排放。

尤為重要的是，現(xiàn)有生物質(zhì)燃燒技術(shù)未能有效控制顆粒物的排放問題。研究表明，生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物是引起空氣pm2.5濃度上升的較重要的來源之一。專利zl201210193463.5公開了一種同時(shí)脫除煙氣中重金屬和細(xì)顆粒物的方法及系統(tǒng)，涉及一種燃燒設(shè)備排出的煙氣中重金屬和粉塵的脫除方法及設(shè)備。其特點(diǎn)是采用旋風(fēng)分離器實(shí)現(xiàn)活性炭或活性焦在循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)的物料循環(huán)，再利用干濕組合式靜電除塵器實(shí)現(xiàn)顆粒物的高效脫除。該技術(shù)是一種爐外排煙粉塵脫除技術(shù)，現(xiàn)階段針對(duì)爐內(nèi)燃燒過程中的顆粒物抑制技術(shù)，尤其是氮氧化物與顆粒物同時(shí)控制的技術(shù)尚不多見。

因此，現(xiàn)有技術(shù)有待改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種生物質(zhì)氣化燃燒過程控制氮氧化物及顆粒物排放的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，其利用各區(qū)域合理布風(fēng)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的最優(yōu)化，主要在生物質(zhì)氣化過程中運(yùn)用了分級(jí)氣化、半焦燃燒、氣化氣燃燒、氣化氣對(duì)氮氧化物的還原技術(shù)，針對(duì)生物質(zhì)燃燒的特點(diǎn)，有效利用生物質(zhì)熱能的同時(shí)，在燃燒裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)氮氧化物與顆粒物的達(dá)標(biāo)排放，具有廣泛的推廣及使用價(jià)值。

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種生物質(zhì)氣化燃燒過程控制氮氧化物及顆粒物排放的方法，將生物質(zhì)燃燒過程分解在熱解區(qū)、氣化區(qū)、半焦氧化區(qū)、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)五個(gè)區(qū)域進(jìn)行，包括如下步驟：

(1)將生物質(zhì)原料在熱解區(qū)進(jìn)行熱解，熱解溫度400℃～650℃，停留時(shí)間1～3min，熱解后的生物質(zhì)氮以半焦氮、焦油氮和氣相氮的形式存在，將熱解后的生物質(zhì)通過氣化反應(yīng)器內(nèi)的氣化區(qū)進(jìn)行氣化反應(yīng)，氣化區(qū)內(nèi)設(shè)置有使生物質(zhì)氣化的中心風(fēng)入口、環(huán)形風(fēng)入口和水蒸氣入口，氣化區(qū)溫度為750℃～950℃，停留時(shí)間為3～5min，生物質(zhì)與水蒸氣的質(zhì)量比為0～0.2；

(2)氣化反應(yīng)后得到的一部分粗燃?xì)狻虢诡w粒和焦油在半焦氧化區(qū)與底風(fēng)進(jìn)行完全燃燒得到燃燒尾氣，粗燃?xì)庵械臍庀嗟?、半焦氮及焦油氮被氧化生成nox和n2o，半焦顆粒及焦油被氧化生成co2、co和含碳的顆粒；另一部分粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油經(jīng)氣化氣引出口進(jìn)入燃燒區(qū)，并與經(jīng)半焦氧化區(qū)燃燒后的尾氣在燃燒區(qū)混合，燃燒區(qū)設(shè)有一次風(fēng)口，在富燃料條件下，一次風(fēng)、燃燒尾氣、經(jīng)氣化氣引出口進(jìn)入燃燒區(qū)的粗燃?xì)庠谌紵齾^(qū)內(nèi)均勻混合進(jìn)行低氧燃燒反應(yīng)，利用粗燃?xì)庵械膆cn、nh3、co、h2、ch4還原燃燒尾氣中的nox、n2o，得到n2，半焦氧化區(qū)溫度為750℃～1050℃，停留時(shí)間為2～5min；燃燒區(qū)溫度為800℃～1050℃，氣體停留時(shí)間為0.5～3.0min，燃燒區(qū)空氣當(dāng)量比為0.5～1.0；

(3)將在燃燒區(qū)內(nèi)燃燒后的未燃燒氣體和殘余含碳顆粒通入燃盡區(qū)與燃盡風(fēng)進(jìn)行完全燃燒，燃盡區(qū)溫度為950℃～1100℃，氣體停留時(shí)間為0.5～3.0min，空氣當(dāng)量比為1.0～1.5，使?jié)崈粑矚膺_(dá)標(biāo)排放。

本發(fā)明提出的生物質(zhì)氣化燃燒過程控制氮氧化物及顆粒物排放的方法，氣化反應(yīng)器采用固定床形式，燃燒反應(yīng)器采用流化床形式，2個(gè)相連的氣化反應(yīng)器和燃燒反應(yīng)器自上而下，自左至右分為熱解區(qū)、氣化區(qū)、半焦氧化區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)，即：1)在熱解區(qū)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱解，生物質(zhì)氮以半焦氮、焦油氮、氣相氮的形式存在；2)在氣化區(qū)得到粗燃?xì)猓?)在半焦氧化區(qū)進(jìn)行半焦與焦油的完全燃燒，實(shí)現(xiàn)半焦氮及焦油氮向nox、n2o的遷移；4)在氣化區(qū)和燃燒區(qū)之間設(shè)置有氣化氣引出管，部分氣化氣經(jīng)此氣化氣引出管進(jìn)入燃燒區(qū)，與燃燒區(qū)的一次風(fēng)均勻混合進(jìn)行燃燒，同時(shí)將在半焦氧化區(qū)生成的氮氧化物被氣化氣還原為氮?dú)猓?)在燃盡區(qū)進(jìn)行氣化氣及未燃盡殘?zhí)康某浞秩紵?/p>

優(yōu)選地，中心風(fēng)為空氣或氧氣，環(huán)形風(fēng)為空氣或氧氣，底風(fēng)為空氣或氧氣，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)和底風(fēng)其總量為控制空氣當(dāng)量比為0.35～0.42，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)、底風(fēng)的體積比為3:4:3。通入中心風(fēng)和環(huán)形風(fēng)的目的是為了供給生物質(zhì)氣化所需的o2，并通過在氣化區(qū)域的多位置均勻配給使其溫度分布均勻，底風(fēng)的目的是完全氧化未氣化半焦和殘?zhí)款w粒，在氣化區(qū)內(nèi)通入水蒸氣的目的是使反應(yīng)溫度均勻并提高燃?xì)庵械膆2產(chǎn)率。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)氣化燃燒過程控制氮氧化物及顆粒物排放的方法的裝置，包括氣化反應(yīng)器和燃燒反應(yīng)器，所述的氣化反應(yīng)器包括由上而下設(shè)置的熱解區(qū)和氣化區(qū)，所述的燃燒反應(yīng)器包括由上而下設(shè)置的燃盡區(qū)、燃燒區(qū)和半焦氧化區(qū)，所述的半焦氧化區(qū)經(jīng)隔板分為底部連通的第一半焦氧化區(qū)和第二半焦氧化區(qū)，所述的第一半焦氧化區(qū)上端與所述的氣化區(qū)的下端連通，所述的第二半焦氧化區(qū)的上端與所述的燃燒區(qū)的下端連通，所述的第一半焦氧化區(qū)為半焦顆粒組成的密相移動(dòng)床，所述的第二半焦氧化區(qū)為半焦顆粒組成的密相流化床；所述的氣化區(qū)與所述的燃燒區(qū)通過氣化氣引出口連通，所述的氣化區(qū)上端設(shè)置有中心風(fēng)入口，所述的氣化區(qū)一側(cè)設(shè)置有環(huán)形風(fēng)入口和水蒸氣入口，所述的第一半焦氧化區(qū)的一側(cè)為傾斜斜面，所述的傾斜斜面上設(shè)置有底風(fēng)入口，所述的燃燒區(qū)設(shè)置有一次風(fēng)入口，所述的燃燒區(qū)內(nèi)空氣當(dāng)量比為0.5～1.0，所述的燃盡區(qū)設(shè)置有燃盡風(fēng)入口，所述的燃盡區(qū)內(nèi)空氣當(dāng)量比為1.0～1.5。

將生物質(zhì)燃燒過程分解為生物質(zhì)氣化與燃?xì)馊紵齼蓚€(gè)主要過程，相應(yīng)的反應(yīng)裝置包括生物質(zhì)氣化反應(yīng)器、及燃?xì)馊紵磻?yīng)器兩部分，氣化反應(yīng)器及燃燒反應(yīng)器由金屬或耐火磚墻砌成，內(nèi)表面敷設(shè)耐火水泥層，反應(yīng)器橫截面為矩形或圓形。在氣化反應(yīng)器上端設(shè)置生物質(zhì)進(jìn)料口，在燃燒反應(yīng)器底部設(shè)置灰渣排泄口，在燃燒反應(yīng)器上部設(shè)置廢氣排放口。氣化反應(yīng)器采用固定床形式，燃燒反應(yīng)器采用流化床形式，兩個(gè)相連的氣化反應(yīng)器和燃燒反應(yīng)器自上而下，自左至右分為熱解區(qū)、氣化區(qū)、半焦氧化區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)。根據(jù)生物質(zhì)給料及粗燃?xì)?、半焦運(yùn)動(dòng)路徑，這些反應(yīng)區(qū)的位置及連接方式依次為，熱解區(qū)頂部的生物質(zhì)加料器通過加料管與熱解區(qū)連通，熱解區(qū)下端為生物質(zhì)氣化區(qū)，氣化區(qū)設(shè)置有中心風(fēng)及環(huán)形風(fēng)引入口、水蒸氣引入口、氣化氣引出口，其中氣化氣引出口與燃燒區(qū)中部偏下部分相連。半焦氧化區(qū)經(jīng)中間隔板隔離成為底部聯(lián)通的第一半焦氧化區(qū)和第二半焦氧化區(qū)，氣化區(qū)的下端與第一半焦氧化區(qū)相連通，燃燒反應(yīng)器的下端與第二半焦氧化區(qū)相連通，第一半焦氧化區(qū)的一側(cè)為傾斜斜面，并在斜面設(shè)置底風(fēng)引入口，第二半焦氧化區(qū)的下緣設(shè)置灰渣排泄口。

本發(fā)明提出的生物質(zhì)氣化燃燒過程控制氮氧化物及顆粒物排放的方法的工作過程是：通過生物質(zhì)進(jìn)料口將經(jīng)過預(yù)處理后的生物質(zhì)加入熱解區(qū)，經(jīng)過熱解后的生物質(zhì)進(jìn)入氣化區(qū)，在氣化區(qū)內(nèi)通過水蒸氣和空氣或氧氣的作用，使生物質(zhì)的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原重整反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為氣化氣(一氧化碳、氫氣和低分子烴類等可燃?xì)怏w)，一部分氣化氣通過氣化氣引出管進(jìn)入燃燒區(qū)與一次風(fēng)燃燒，另一部分氣化氣、半焦顆粒和焦油進(jìn)入半焦氧化區(qū)，第一半焦氧化區(qū)為半焦顆粒組成的密相移動(dòng)床，第二半焦氧化區(qū)為半焦顆粒組成的密相流化床，半焦顆粒依靠重力的作用從第一半焦氧化區(qū)緩慢向下移動(dòng)至第二半焦氧化區(qū)，并在第一半焦氧化區(qū)底風(fēng)的作用下呈流態(tài)化狀態(tài)，在這里半焦顆粒發(fā)生氧化反應(yīng)，半焦顆粒燃燒后產(chǎn)生的灰渣從排渣口排出。部分未完全燃燒的半焦顆粒因粒徑變小而被底風(fēng)輸送至燃燒區(qū)繼續(xù)燃燒，燃燒區(qū)底部設(shè)置一次風(fēng)引入口，未完全燃燒的半焦顆粒與由氣化氣引出口流入到燃燒區(qū)中下部的氣化氣、一次風(fēng)在燃燒區(qū)混合，發(fā)生氧化反應(yīng)、脫硝反應(yīng)并放熱。燃燒區(qū)的上部是燃盡區(qū)，燃盡區(qū)的下緣設(shè)置燃盡風(fēng)引入口，使燃燒區(qū)殘余含碳顆粒及未燃燒的氣體組分完全燃燒，潔凈尾氣從設(shè)置在燃盡區(qū)頂部的尾氣排放口排放。

優(yōu)選地，所述的中心風(fēng)為空氣或氧氣，環(huán)形風(fēng)為空氣或氧氣，底風(fēng)為空氣或氧氣，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)和底風(fēng)其總量為控制空氣當(dāng)量比為0.35～0.42，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)、底風(fēng)的體積比為3:4:3。

優(yōu)選地，所述的中心風(fēng)入口設(shè)置有中心風(fēng)引入管，所述的中心風(fēng)引入管管端設(shè)置有2～6組呈水平方向的氣體引入管，每組包括四個(gè)引入管，每個(gè)引入管的管徑為10～40mm，所述的環(huán)形風(fēng)入口設(shè)置有環(huán)形風(fēng)引入管，所述的環(huán)形風(fēng)引入管沿氣化區(qū)四周均勻分布，并處于同一徑向位置，環(huán)形風(fēng)引入管的數(shù)目為4～12個(gè)，每個(gè)引入管的管徑為10～40mm。

優(yōu)選地，所述的氣化氣引出口上設(shè)置有氣化氣引出管，聯(lián)通氣化區(qū)與燃燒區(qū)，所述的氣化氣引出管的管徑為10～50mm。

優(yōu)選地，所述的傾斜斜面角度為45°～75°。傾斜斜面的設(shè)置使為了使半焦顆粒較方便的從第一半焦氧化區(qū)運(yùn)動(dòng)到第二半焦氧化區(qū)，使半焦顆粒在半焦氧化區(qū)與底風(fēng)進(jìn)行充分燃燒，傾斜斜面角度優(yōu)選為60°。

本發(fā)明的有益效果是：

1、利用分級(jí)氣化技術(shù)將生物質(zhì)氣化得到粗燃?xì)猓?/p>

2、在燃燒區(qū)利用氣化氣還原半焦燃燒產(chǎn)生的氮氧化物；

3、在燃盡區(qū)合理配風(fēng)，實(shí)現(xiàn)未燃盡殘?zhí)考翱扇細(xì)怏w的高效燃燒，降低顆粒物的排放。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)氣化燃燒過程控制氮氧化物及顆粒物排放的方法的裝置示意圖；

圖2為中心風(fēng)引入管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為環(huán)形風(fēng)和水蒸氣引入管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為底風(fēng)引入管主視示意圖；

圖5為底風(fēng)引入管左視示意圖；

圖6為氣化氣引出管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式：

以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

除特別說明，本發(fā)明中的實(shí)驗(yàn)材料和試劑均為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)市購產(chǎn)品。

一種生物質(zhì)氣化燃燒過程控制氮氧化物及顆粒物排放的方法，將生物質(zhì)燃燒過程分解在熱解區(qū)、氣化區(qū)、半焦氧化區(qū)、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)五個(gè)區(qū)域進(jìn)行，包括如下步驟：

(1)將生物質(zhì)原料在熱解區(qū)進(jìn)行熱解，熱解溫度400℃～650℃，停留時(shí)間1～3min，熱解后的生物質(zhì)氮以半焦氮、焦油氮和氣相氮的形式存在，將熱解后的生物質(zhì)通過氣化反應(yīng)器內(nèi)的氣化區(qū)進(jìn)行氣化反應(yīng)，氣化區(qū)內(nèi)設(shè)置有使生物質(zhì)氣化的中心風(fēng)入口、環(huán)形風(fēng)入口和水蒸氣入口，氣化區(qū)溫度為750℃～950℃，停留時(shí)間為3～5min，生物質(zhì)與水蒸氣的質(zhì)量比為0～0.2；

(2)氣化反應(yīng)后得到的一部分粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油在半焦氧化區(qū)與底風(fēng)進(jìn)行完全燃燒得到燃燒尾氣，粗燃?xì)庵械臍庀嗟?、半焦氮及焦油氮被氧化生成nox和n2o，半焦顆粒及焦油被氧化生成co2、co和含碳的顆粒；另一部分粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油經(jīng)氣化氣引出口進(jìn)入燃燒區(qū)，并與經(jīng)半焦氧化區(qū)燃燒后的尾氣在燃燒區(qū)混合，燃燒區(qū)設(shè)有一次風(fēng)口，在富燃料條件下，一次風(fēng)、燃燒尾氣、粗燃?xì)庠谌紵齾^(qū)內(nèi)均勻混合進(jìn)行低氧燃燒反應(yīng)，利用粗燃?xì)庵械膆cn、nh3、co、h2、ch4還原燃燒尾氣中的nox、n2o，得到n2，半焦氧化區(qū)溫度為750℃～1050℃，停留時(shí)間為2～5min；燃燒區(qū)溫度為800℃～1050℃，氣體停留時(shí)間為0.5～3.0min，空氣當(dāng)量比為0.5～1.0；

(3)將在燃燒區(qū)內(nèi)燃燒后的未燃燒氣體和殘余含碳顆粒通入燃盡區(qū)與燃盡風(fēng)進(jìn)行完全燃燒，燃盡區(qū)溫度為950℃～1100℃，氣體停留時(shí)間為0.5～3.0min，空氣當(dāng)量比為1.0～1.5，使?jié)崈粑矚膺_(dá)標(biāo)排放，其中潔凈尾氣中氧氣體積濃度為6％～10％。

中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)和底風(fēng)為空氣或氧氣，其總量為控制空氣當(dāng)量比為0.35～0.42，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)和底風(fēng)的體積比為3:4:3。中心風(fēng)入口管管端設(shè)置2～6組呈水平方向的引入管，優(yōu)選為3組，每組設(shè)置4個(gè)管徑圍10～40mm的引入管，管徑優(yōu)選為15mm。環(huán)形風(fēng)引入管沿氣化區(qū)四周均勻分布，并處于同一徑向位置，引入管的數(shù)目為4～12個(gè)，優(yōu)選為8個(gè)，管徑為10～40mm，優(yōu)選為20mm。

生物質(zhì)與水蒸氣的質(zhì)量比為0～0.2，優(yōu)選為0.1。氣化區(qū)與燃燒區(qū)中間設(shè)置氣化氣引出口，氣化氣的流動(dòng)方向?yàn)閺臍饣瘏^(qū)至燃燒區(qū)，氣化氣引出管的管徑為10～50mm可調(diào)，優(yōu)選為25mm。第一半焦氧化區(qū)的傾斜斜面的角度為45°～75°，優(yōu)選為60°。燃燒區(qū)內(nèi)一次風(fēng)風(fēng)量為控制一次空氣當(dāng)量比為0.5～1.0，優(yōu)選為0.7。

實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，包括氣化反應(yīng)器和燃燒反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器包括由上而下設(shè)置的熱解區(qū)和氣化區(qū)，燃燒反應(yīng)器包括由上而下設(shè)置的燃盡區(qū)、燃燒區(qū)和半焦氧化區(qū)，半焦氧化區(qū)經(jīng)隔板分為底部連通的第一半焦氧化區(qū)和第二半焦氧化區(qū)，第一半焦氧化區(qū)上端與氣化區(qū)的下端連通，第二半焦氧化區(qū)的上端與燃燒區(qū)的下端連通，第一半焦氧化區(qū)為半焦顆粒組成的密相移動(dòng)床，第二半焦氧化區(qū)為半焦顆粒組成的密相流化床；氣化區(qū)與燃燒區(qū)通過氣化氣引出口連通，氣化區(qū)上端設(shè)置有中心風(fēng)入口，氣化區(qū)一側(cè)設(shè)置有環(huán)形風(fēng)入口和水蒸氣入口，第一半焦氧化區(qū)的一側(cè)為傾斜斜面，傾斜斜面上設(shè)置有底風(fēng)入口，燃燒區(qū)設(shè)置有一次風(fēng)入口，燃燒區(qū)內(nèi)空氣當(dāng)量比為0.5～1.0，燃盡區(qū)設(shè)置有燃盡風(fēng)入口，燃盡區(qū)內(nèi)空氣當(dāng)量比為1.0～1.5。

實(shí)施例1

參閱圖1～6，使用如圖1所示的裝置，取我國北方某省秸稈，其工業(yè)分析和元素分析如表1所示，秸稈經(jīng)自然風(fēng)干粉碎后由生物質(zhì)加料器通過生物質(zhì)加料管送至熱解區(qū)，熱解區(qū)的溫度為500℃、停留時(shí)間為2min，在熱解區(qū)實(shí)現(xiàn)熱解，秸稈n以半焦n、焦油n、氣相n的形式存在；隨后進(jìn)入氣化區(qū)，氣化區(qū)的溫度850℃，停留時(shí)間3min，氣化區(qū)內(nèi)設(shè)置有使生物質(zhì)氣化的中心風(fēng)入口、環(huán)形風(fēng)入口和水蒸氣入口，水蒸氣與生物質(zhì)的質(zhì)量比為0.1，中心風(fēng)入口管管端設(shè)置3組呈水平方向的引入管，每組設(shè)置4個(gè)管徑圍15mm的引入管。環(huán)形風(fēng)引入管沿氣化區(qū)四周均勻分布，并處于同一徑向位置，引入管的數(shù)目為8個(gè)，管徑為20mm。

在本實(shí)施例中，中心風(fēng)為氧氣，環(huán)形風(fēng)為氧氣，底風(fēng)為氧氣，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)和底風(fēng)其總量為控制空氣當(dāng)量比為0.35，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)、底風(fēng)的體積比為3:4:3。

在氣化區(qū)得到粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油，一部分粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油在半焦氧化區(qū)與底風(fēng)進(jìn)行完全燃燒得到燃燒尾氣，粗燃?xì)庵械臍庀嗟?、半焦氮及焦油氮被氧化生成nox和n2o，半焦顆粒及焦油被氧化生成co2、co和含碳的顆粒，半焦氧化區(qū)溫度為850℃，停留時(shí)間為3min；另一部分粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油經(jīng)氣化氣引出口進(jìn)入燃燒區(qū)，并與經(jīng)半焦氧化區(qū)燃燒后的尾氣在燃燒區(qū)混合，氣化氣引出口設(shè)置有氣化氣引出管，氣化氣引出管的管徑為25mm，燃燒區(qū)溫度為950℃，氣體停留時(shí)間為2.0min，燃燒區(qū)設(shè)有一次風(fēng)口，在富燃料條件下，一次風(fēng)、燃燒尾氣、粗燃?xì)庠谌紵齾^(qū)內(nèi)均勻混合進(jìn)行低氧燃燒反應(yīng)，利用粗燃?xì)庵械膆cn、nh3、co、h2、ch4還原燃燒尾氣中的nox、n2o，得到n2，空氣當(dāng)量比為0.7；燃燒區(qū)的溫度為900℃，燃燒區(qū)內(nèi)一次風(fēng)風(fēng)量為控制一次空氣當(dāng)量比為0.5，部分氣化氣經(jīng)此導(dǎo)管進(jìn)入燃燒區(qū)，與燃燒區(qū)的一次風(fēng)均勻混合進(jìn)行燃燒，半焦氧化區(qū)生成的氮氧化物被氣化氣還原為n2；將在燃燒區(qū)內(nèi)燃燒后的未燃燒氣體和殘余含碳顆粒通入燃盡區(qū)進(jìn)行完全燃燒，在燃盡區(qū)進(jìn)行氣化氣及未燃盡殘?zhí)康某浞秩紵?，使?jié)崈粑矚膺_(dá)標(biāo)排放，其中潔凈尾氣中氧氣體積濃度為8％，其中燃盡區(qū)溫度為1000℃，氣體停留時(shí)間為2.0min，燃盡區(qū)內(nèi)空氣當(dāng)量比為1.2。

半焦氧化區(qū)經(jīng)中間隔板隔離成為底部聯(lián)通的第一半焦氧化區(qū)和第二半焦氧化區(qū)，氣化區(qū)的下端與第一半焦氧化區(qū)相連通，燃燒反應(yīng)器的下端與第二半焦氧化區(qū)相連通，第一半焦氧化區(qū)的一側(cè)為傾斜斜面，并在斜面設(shè)置底風(fēng)引入口，第二半焦氧化區(qū)的下緣設(shè)置灰渣排泄口。本實(shí)施例中第一半焦氧化區(qū)的傾斜斜面的角度為60°，在傾斜斜面處引入底風(fēng)，使半焦顆粒不會(huì)沉積能夠并充分燃燒。第一半焦氧化區(qū)底部設(shè)置有灰渣排泄口，在灰渣排泄處還設(shè)置有底風(fēng)入口，該處底風(fēng)的作用是使半焦顆粒呈流態(tài)化狀態(tài)并充分燃燒。

在氣化區(qū)中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)、底風(fēng)按3:4:3的比例分別通入空氣，此三處空氣總引入量控制當(dāng)量比為0.35。氣化反應(yīng)溫度850℃，部分粗燃?xì)庥稍O(shè)置氣化氣引出口引入到燃燒區(qū)，部分粗燃?xì)怆S半焦運(yùn)動(dòng)至半焦氧化區(qū)，并依次進(jìn)入燃燒區(qū)、燃盡區(qū)完全燃燒，燃燒區(qū)溫度保持在900℃。燃盡區(qū)下部通入二次空氣以進(jìn)一步燃盡殘?zhí)浚紵裏煔馔ㄟ^尾氣排放口排放。

表1

對(duì)比例1

參考實(shí)施例1，不同之處在于，關(guān)閉氣化氣引出管，使所有粗燃?xì)饨?jīng)半焦氧化區(qū)進(jìn)入燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，獲得尾氣排空。

對(duì)比例2

參考實(shí)施例1，不同之處在于，關(guān)閉氣化氣引出管，關(guān)閉中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)引入口，使秸稈僅經(jīng)歷熱解反應(yīng)，熱解氣及半焦經(jīng)半焦氧化區(qū)進(jìn)入燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，獲得尾氣排空。

對(duì)比例3

參考對(duì)比例2，不同之處在于，打開氣化氣引出管，熱解氣經(jīng)氣化氣引出管進(jìn)入燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，獲得尾氣排空。

實(shí)施例1和對(duì)比例1、對(duì)比例2、對(duì)比例3得到的尾氣中的no、n2o采用testo350煙氣分析儀測定，顆粒物采用便攜式顆粒物采樣器采樣后，采用分析天平稱重計(jì)量。利用本發(fā)明方法測得實(shí)施例1和對(duì)比例1、2和3的尾氣中氮氧化物和顆粒物濃度的對(duì)比結(jié)果如表2所示：

表2

由表2可見，采用本發(fā)明裝置進(jìn)行秸稈燃燒，得到尾氣的總氮氧化物含量為89mg/νm³，較傳統(tǒng)燃燒方式降低了38.6％～70.8％；總顆粒物含量為49mg/nm³，較傳統(tǒng)燃燒方式降低了37.2％～55.9％。

實(shí)施例2

使用如圖1所示的裝置，取我國北方某省秸稈，其工業(yè)分析和元素分析如表3所示，秸稈經(jīng)自然風(fēng)干粉碎后由生物質(zhì)加料器通過生物質(zhì)加料管送至熱解區(qū)，熱解區(qū)的溫度為400℃、停留時(shí)間為1min,，在熱解區(qū)實(shí)現(xiàn)熱解，秸稈n以半焦n、焦油n、氣相n的形式存在；隨后進(jìn)入氣化區(qū)，氣化區(qū)的溫度750℃，停留時(shí)間5min，氣化區(qū)內(nèi)設(shè)置有使生物質(zhì)氣化的中心風(fēng)入口、環(huán)形風(fēng)入口和水蒸氣入口，本實(shí)施例中不通入水蒸氣，中心風(fēng)入口管管端設(shè)置3組呈水平方向的引入管，每組設(shè)置4個(gè)管徑為15mm的引入管。環(huán)形風(fēng)引入管沿氣化區(qū)四周均勻分布，并處于同一徑向位置，引入管的數(shù)目為8個(gè)，管徑為20mm。

在氣化區(qū)得到粗燃?xì)?，在本?shí)施例中，中心風(fēng)為空氣，環(huán)形風(fēng)為空氣，底風(fēng)為空氣，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)和底風(fēng)其總量為控制空氣當(dāng)量比為0.42，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)、底風(fēng)的體積比為3:4:3。

在氣化區(qū)得到粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油，一部分粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油在半焦氧化區(qū)與底風(fēng)進(jìn)行完全燃燒得到燃燒尾氣，粗燃?xì)庵械臍庀嗟?、半焦氮及焦油氮被氧化生成nox和n2o，半焦顆粒及焦油被氧化生成co2、co和含碳的顆粒，半焦氧化區(qū)溫度為750℃，停留時(shí)間為2min；另一部分粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油經(jīng)氣化氣引出口進(jìn)入燃燒區(qū)，并與經(jīng)半焦氧化區(qū)燃燒后的尾氣在燃燒區(qū)混合，氣化氣引出口設(shè)置有氣化氣引出管，氣化氣引出管的管徑為25mm，燃燒區(qū)溫度為800℃，氣體停留時(shí)間為0.5min，燃燒區(qū)設(shè)有一次風(fēng)口，在富燃料條件下，一次風(fēng)、燃燒尾氣、粗燃?xì)庠谌紵齾^(qū)內(nèi)均勻混合進(jìn)行低氧燃燒反應(yīng)，利用粗燃?xì)庵械膆cn、nh3、co、h2、ch4還原燃燒尾氣中的nox、n2o，得到n2；燃燒區(qū)的溫度為800℃，燃燒區(qū)內(nèi)一次風(fēng)風(fēng)量為控制一次空氣當(dāng)量比為0.5，部分氣化氣經(jīng)此導(dǎo)管進(jìn)入燃燒區(qū)，與燃燒區(qū)的一次風(fēng)均勻混合進(jìn)行燃燒，半焦氧化區(qū)生成的氮氧化物被氣化氣還原為n2；將在燃燒區(qū)內(nèi)燃燒后的未燃燒氣體和殘余含碳顆粒通入燃盡區(qū)與進(jìn)行完全燃燒，在燃盡區(qū)進(jìn)行氣化氣及未燃盡殘?zhí)康某浞秩紵?，使?jié)崈粑矚膺_(dá)標(biāo)排放，其中潔凈尾氣中氧氣體積濃度為6％，其中燃盡區(qū)溫度為950℃，氣體停留時(shí)間為0.5min，燃盡區(qū)內(nèi)空氣當(dāng)量比為1.0。

半焦氧化區(qū)經(jīng)中間隔板隔離成為底部聯(lián)通的第一半焦氧化區(qū)和第二半焦氧化區(qū)，氣化區(qū)的下端與第一半焦氧化區(qū)相連通，燃燒反應(yīng)器的下端與第二半焦氧化區(qū)相連通，第一半焦氧化區(qū)的一側(cè)為傾斜斜面，并在斜面設(shè)置底風(fēng)引入口，第二半焦氧化區(qū)的下緣設(shè)置灰渣排泄口。本實(shí)施例中第一半焦氧化區(qū)的傾斜斜面的角度為45°，在傾斜斜面處引入底風(fēng)，使半焦顆粒呈流態(tài)化狀態(tài)，不會(huì)使半焦顆粒沉積使其充分燃燒。

在氣化區(qū)中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)、底風(fēng)按3:4:3的比例分別通入空氣，此三處空氣總引入量控制當(dāng)量比為0.35。氣化反應(yīng)溫度750℃，部分粗燃?xì)庥稍O(shè)置氣化氣引出口引入到燃燒區(qū)，部分粗燃?xì)怆S半焦運(yùn)動(dòng)至半焦氧化區(qū)，并依次進(jìn)入燃燒區(qū)、燃盡區(qū)完全燃燒，燃燒區(qū)溫度保持在800℃。燃盡區(qū)下部通入二次空氣以進(jìn)一步燃盡殘?zhí)?，燃燒煙氣通過尾氣排放口排放。

表3

對(duì)比例4

參考實(shí)施例2，不同之處在于，關(guān)閉氣化氣引出管，使所有粗燃?xì)饨?jīng)半焦氧化區(qū)進(jìn)入燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，獲得尾氣排空。

對(duì)比例5

參考實(shí)施例2，不同之處在于，關(guān)閉氣化氣引出管，關(guān)閉中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)引入口，使秸稈僅經(jīng)歷熱解反應(yīng)，熱解氣及半焦經(jīng)半焦氧化區(qū)進(jìn)入燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，獲得尾氣排空。

對(duì)比例6

參考對(duì)比例5，不同之處在于，打開氣化氣引出管，熱解氣經(jīng)氣化氣引出管進(jìn)入燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，獲得尾氣排空。

實(shí)施例2和對(duì)比例4、對(duì)比例5、對(duì)比例6得到的尾氣中的no、n2o采用testo350煙氣分析儀測定，顆粒物采用便攜式顆粒物采樣器采樣后，采用分析天平稱重計(jì)量。利用本發(fā)明方法測得實(shí)施例2和對(duì)比例4、5和6的尾氣中氮氧化物和顆粒物濃度的對(duì)比結(jié)果如表4所示：

表4

由表4可見，采用本發(fā)明裝置進(jìn)行秸稈燃燒，在低溫低氧條件下得到尾氣的總氮氧化物含量為66mg/νm³，較傳統(tǒng)燃燒方式降低了48.1％～74.0％，且較實(shí)施例1下降了25.8％；總顆粒物含量為63mg/nm³，較傳統(tǒng)燃燒方式降低了32.3％～51.2％，但由于燃燒溫度較低，較實(shí)施例1上升了28.5％。

實(shí)施例3

使用如圖1所示的裝置，取我國北方某省秸稈，秸稈經(jīng)自然風(fēng)干粉碎后由生物質(zhì)加料器通過生物質(zhì)加料管送至熱解區(qū)，熱解區(qū)的溫度為650℃、停留時(shí)間為3min，在熱解區(qū)實(shí)現(xiàn)熱解，秸稈n以半焦n、焦油n、氣相n的形式存在；隨后進(jìn)入氣化區(qū)，氣化區(qū)的溫度950℃，停留時(shí)間3min，氣化區(qū)內(nèi)設(shè)置有使生物質(zhì)氣化的中心風(fēng)入口、環(huán)形風(fēng)入口和水蒸氣入口，水蒸氣與生物質(zhì)的質(zhì)量比為0.2，中心風(fēng)入口管管端設(shè)置5組呈水平方向的引入管，每組設(shè)置4個(gè)管徑圍15mm的引入管。環(huán)形風(fēng)引入管沿氣化區(qū)四周均勻分布，并處于同一徑向位置，引入管的數(shù)目為8個(gè)，管徑為20mm。

在本實(shí)施例中，中心風(fēng)為空氣，環(huán)形風(fēng)為空氣，底風(fēng)為空氣，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)和底風(fēng)其總量為控制空氣當(dāng)量比為0.42，中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)、底風(fēng)的體積比為3:4:3。

在氣化區(qū)得到粗燃?xì)狻虢诡w粒和焦油，一部分粗燃?xì)狻虢诡w粒和焦油在半焦氧化區(qū)與底風(fēng)進(jìn)行完全燃燒得到燃燒尾氣，粗燃?xì)庵械臍庀嗟虢沟敖褂偷谎趸蒼ox和n2o，半焦顆粒及焦油被氧化生成co2、co和含碳的顆粒，半焦氧化區(qū)溫度為1050℃，停留時(shí)間為5min；另一部分粗燃?xì)?、半焦顆粒和焦油經(jīng)氣化氣引出口進(jìn)入燃燒區(qū)，并與經(jīng)半焦氧化區(qū)燃燒后的尾氣在燃燒區(qū)混合，氣化氣引出口設(shè)置有氣化氣引出管，氣化氣引出管的管徑為25mm，燃燒區(qū)溫度為1050℃，氣體停留時(shí)間為3.0min，燃燒區(qū)設(shè)有一次風(fēng)口，在富燃料條件下，一次風(fēng)、燃燒尾氣、粗燃?xì)庠谌紵齾^(qū)內(nèi)均勻混合進(jìn)行低氧燃燒反應(yīng)，利用粗燃?xì)庵械膆cn、nh3、co、h2、ch4還原燃燒尾氣中的nox、n2o，得到n2；燃燒區(qū)的溫度為1050℃，燃燒區(qū)內(nèi)一次風(fēng)風(fēng)量為控制一次空氣當(dāng)量比為1.0，部分氣化氣經(jīng)此導(dǎo)管進(jìn)入燃燒區(qū)，與燃燒區(qū)的一次風(fēng)均勻混合進(jìn)行燃燒，半焦氧化區(qū)生成的氮氧化物被氣化氣還原為n2；將在燃燒區(qū)內(nèi)燃燒后的未燃燒氣體和殘余含碳顆粒通入燃盡區(qū)與進(jìn)行完全燃燒，在燃盡區(qū)進(jìn)行氣化氣及未燃盡殘?zhí)康某浞秩紵?，使?jié)崈粑矚膺_(dá)標(biāo)排放，其中潔凈尾氣中氧氣體積濃度為6％，其中燃盡區(qū)溫度為1100℃，氣體停留時(shí)間為3.0min，燃盡區(qū)內(nèi)空氣當(dāng)量比為1.5。

半焦氧化區(qū)經(jīng)中間隔板隔離成為底部聯(lián)通的第一半焦氧化區(qū)和第二半焦氧化區(qū)，氣化區(qū)的下端與第一半焦氧化區(qū)相連通，燃燒反應(yīng)器的下端與第二半焦氧化區(qū)相連通，第一半焦氧化區(qū)的一側(cè)為傾斜斜面，并在斜面設(shè)置底風(fēng)引入口，第二半焦氧化區(qū)的下緣設(shè)置灰渣排泄口。本實(shí)施例中第一半焦氧化區(qū)的傾斜斜面的角度為75°，在傾斜斜面處引入底風(fēng)，使半焦顆粒呈流態(tài)化狀態(tài)，不會(huì)使半焦顆粒沉積使其充分燃燒。

本發(fā)明利用各區(qū)域合理布風(fēng)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的最優(yōu)化，主要在生物質(zhì)氣化過程中運(yùn)用了分級(jí)氣化、半焦燃燒、氣化氣燃燒、氣化氣對(duì)氮氧化物的還原技術(shù)，針對(duì)生物質(zhì)燃燒的特點(diǎn)，有效利用生物質(zhì)熱能的同時(shí)，在燃燒裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)氮氧化物與顆粒物的達(dá)標(biāo)排放，具有廣泛的推廣及使用價(jià)值。

以上對(duì)本發(fā)明提供的生物質(zhì)氣化燃燒過程控制氮氧化物及顆粒物排放的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的技術(shù)方案及其核心思想，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。