不同酿酒原料酒糟的燃烧特性及燃烧过程中NOx和CO的排放特性

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中文摘要：酒糟是酿酒工业生产过程中酿酒原料经微生物发酵后产生的残渣，其水分和氮含量高，在经过干燥预处理后热值较高，属于生物质能源。酒糟直燃技术燃烧效率高，适用于酒糟的大规模资源化利用。鉴于不同酿酒原料产生酒糟的燃烧特性及燃烧产生烟气中NOx和CO排放特性不明确的问题，本课题开展了如下研究：首先，在热重-差示扫描量热仪（TG-DSC）上进行了高粱酒糟、玉米酒糟、小麦酒糟和大麦酒糟燃烧的燃烧动力学研究，并利用燃烧特性指数和燃烧热动力学参数对酒糟的燃烧动力行为进行分析。结果表明：不同酿酒原料酒糟燃烧失重过程依次经历水分析出、纤维素和半纤维素完全热解以及木质素部分热解、木质素的燃烧和燃尽四个阶段。高粱酒糟的综合燃烧指数SN为24.50×10-7%2/(min2·K3)、可燃性指数Cr为2.29×10-4%/(min·K2)、着火指数Di为11.59×10-3%/（min3），较其他三种酒糟高，高粱酒糟具有较好的燃烧性能。对四种酒糟灰的熔融温度进行了测定，发现玉米酒糟灰变形温度较低，其变形温度低于900℃，更容易结渣，而其他种类酒糟的变形温度较高，均超过1500℃。利用基于灰成分分析的多种结渣和积灰性判别指数，预测了不同酿酒原料酒糟在锅炉燃烧过程中的结渣和积灰倾向，发现酒糟在燃烧过程中有较高的结渣趋势。其次，为了获得不同酿酒原料酒糟燃烧过程中NOx和CO排放特性，借助一维管式炉进行了酒糟燃烧实验，重点研究了炉温和酒糟含水率对酒糟燃烧过程中NOx和CO排放浓度和排放量的影响。发现随着炉温的升高，NOx排放峰值时间逐渐提前，NOx排放的峰值浓度和平均浓度值增加，在900℃燃烧时大麦酒糟、高粱酒糟、玉米酒糟和小麦酒糟的NOx排放质量浓度峰值分别为0.556mg/L、0.631mg/L、0.68mg/L和0.624mg/L，平均排放浓度分别为0.112mg/L、0.11mg/L、0.099mg/L和0.10mg/L；氮转化率和NOx排放质量均先增加而后减少，且在炉温为700℃时达到最大值，NOx排放质量分别为1.35mg、1.32mg、1.89mg和1.64mg，氮转化率分别为17%、12.4%、21.1%和15.57%。随着炉温升高，烟气中CO的平均排放浓度和浓度排放峰值均呈现先增加而后减少的趋势，且在600℃时达到最大值；高粱酒糟和玉米酒糟的CO排放质量在600℃时达到最大值，而大麦酒糟和小麦酒糟的CO排放质量在500℃时最大值。炉温为700℃时，随着酒糟含水率增加，燃烧反应时间逐渐推迟，NOx排放峰值浓度增加；CO排放浓度峰值、排放质量和平均排放浓度均在增加，其中玉米酒糟变化最明显。最后，选取了高粱酒糟和大麦酒糟，借助鼓泡流化床热态实验装置，进行了酒糟在流化床燃烧过程中NOx和CO排放实验。研究了过量空气系数、炉温和酒糟粒径等对燃烧过程中NOx和CO排放浓度的影响规律。结果表明：随着炉温的上升，CO的排放浓度降低，而NOx排放浓度先提高后下降。随着过量空气系数的增加，CO排放浓度呈现下降趋势，而NOx排放浓度呈上升趋势。炉温为800℃时，随着酒糟粒径的增加，NOx和CO排放浓度均有不同程度的升高。

作者：

李伟强

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关键词：

酿酒原料酒糟燃烧特性燃烧过程 NOx排放特性 CO排放特性

授予学位：

硕士

学科专业：

动力工程及工程热物理

导师：

姜华伟

学位年度：

2023

学位授予单位：

青岛大学

语种：

中文

中图分类号：