1、目前，直接燃燒發(fā)電是最為成熟和應用最廣的生物質能源化利用技術。然而，盡管生物質中的氮和硫元素含量要低于燃煤等化石燃料中的值，但是隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格，其熱化學轉化利用過程中的氮氧化物和硫氧化物排放依然不容忽視。本文依托十二五國家科技支撐計劃項目“先進生物質發(fā)電技術示范”，以開發(fā)先進的高效、低污染生物質燃燒發(fā)電技術為目的，采用熱重紅外聯(lián)用分析儀、固定床反應裝置和0.5MW循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)對生物質燃燒過程氮和硫的遷移、轉化機理進行了系統(tǒng)

2、的研究。本文主要研究內容和結論如下:
　　 (1)選取國內具有代表性的幾種農(nóng)業(yè)廢棄生物質（稻草、麥稈、玉米桿、甘蔗葉、桉樹皮）為研究對象，對生物質熱解過程中氮的析出特性進行了系統(tǒng)的研究。在低溫熱解條件下(250℃)，生物質中的氮便開始有明顯的析出，并且氮的析出大部分發(fā)生在400℃以前，當熱解溫度達到900℃時，生物質燃料中的氮僅有不到30％殘留在焦炭中。NH3和HCN是熱解過程中最主要的氣相含氮前驅物，且二者顯示出不同的析出特性

3、。慢速熱解條件下，稻草在低溫階段＜500℃)的主要含氮氣體為NH3，而在高溫階段，NH3基本停止析出，HCN仍然有較為明顯的生成。快速熱解條件下，特別是在高溫條件下，HCN的生成量要明顯高于NH3的值，鑒于HCN是生成N2O的重要前驅體，推測生物質燃燒過程的N2O排放從理論上不容忽視。
　　 (2)采用氨基酸作為含氮前驅物制備了生物質模型焦炭化合物，并分析和研究了焦炭中的含氮結構。試驗結果表明，氨基酸和纖維素混合熱解過程發(fā)生了強

4、烈的耦合反應。通過對生物質模型焦炭化合物的XPS分析發(fā)現(xiàn)，不論是在含氮官能團的種類，還是含氮官能團各自所占的比例方面，生物質焦都具有與低階煤焦類似的特性。
　　 (3)在條件可控的固定床反應裝置上研究了對生物質燃燒過程中NO和N2O的生成特性。雖然生物質燃燒過程中燃料氮中的很大一部分轉化為NO，但同時也有相當程度的N2O生成率。氮氧化物的生成大部分來源于揮發(fā)份氮，因此，生物質燃料具備良好的爐內脫硝潛力。在700℃～900℃的溫度

5、范圍內，燃料氮向NO的轉化率先升高，在達到750℃后呈微弱的降低趨勢，而其對N2O的轉化率則是一直降低。NO和N2O的生成率均隨著氧濃度的增加而呈現(xiàn)出增加趨勢，并且在高溫條件下，上述增加的趨勢變的更為明顯。
　　 (4)相比煤焦，生物質焦具有良好的還原NO活性，這對實際燃燒過程中降低NO排放具有重要的意義。研究結果表明，生物質焦炭對NO的還原作用很大程度上受到焦炭物理化學性質和反應條件的影響。隨著焦炭制備溫度的升高，其對NO的還

6、原作用逐漸下降，而反應溫度的升高則會明顯導致焦炭還原NO的能力增強。
　　 (5)以稻草為對象，深入研究了生物質燃燒過程中硫的遷移、轉化機理。試驗結果表明，稻草熱解過程硫的析出主要發(fā)生在低溫階段(＜400℃)，且主要源于有機硫的分解。稻草焦具有很強的吸附SO2的能力，且吸附的硫主要與焦炭中的碳結構結合形成較為穩(wěn)定的有機硫結構，而不是直接與K、Ca等元素反應生成無機鹽類。而在焦炭后續(xù)的燃燒過程中，大部分吸附在有機碳結構上的硫能轉變

7、為無機硫酸鹽的形式固存在灰相中，而這一過程主要受控于焦炭中能參與硫酸鹽化反應的K、Ca等無機元素的含量。
　　 (6)循環(huán)流化床爐內良好的氣固相接觸條件大大強化了燃燒過程的自固硫作用。在本文的低溫燃燒模式下＜800℃)，能夠實現(xiàn)生物質燃燒SO2的零排放。提高過量空氣系數(shù)能大幅度的降低CO排放，但卻導致NO濃度的增加。過量空氣系數(shù)對N2O沒有明顯的影響。提高床層溫度會導致NO排放的而增加，但同時卻降低了N2O濃度。在高溫工況下，空