作为非常有潜力的污染物减排技术,生物质和煤耦合燃烧吸引着全世界的目光。本文通过实验和模拟相结合的方式研究生物质和煤耦合燃烧过程中燃烧特性及污染物排放特性,重点关注含氮物质的迁移转化规律。生物质和煤耦合燃烧方式多样,同时也有许多关于生物质的预处理方式,因此本文不仅关注直接耦合,同时也关注间接耦合,在此基础上对生物质预处理方式之一的烘焙也做了深入研究。以期对生物质和煤耦合燃烧做一个完整、全面、细致的认识与了解。首先,本文在管式炉上对生物质和煤的直接耦合燃烧过程中燃烧及污染物排放特性进行了实验和模拟探究。实验数据表明,生物质掺混有利于提高燃烧速度和缩短燃烧时间。增加生物质掺混比例会导致NO浓度降低。同时也发现在耦合燃烧时,存在对NO排放的协同作用,即抑制NO的释放。当生物质掺混比例为50wt.%时,对NO排放抑制的协同作用最强。研究发现对NO的抑制作用同时存在挥发分燃烧和焦炭燃烧过程中。协同作用的主要机理与生物质挥发分自身的还原性有关,同时与自由基和氢转移有关的非催化作用在促进燃烧和NO释放方面有关。由于燃烧过程中,氮的释放速率和碳的燃烧速率不一致,相对于焦炭燃烧速率,NO的形成对温度的变化更敏感,同时温度升高促进NO生成反应的极大提高。而对于O2则相反,燃烧速率受O2浓度的变化影响更大,氧气浓度促进了 NO还原反应的增强。在管式炉的基础之上,利用20KW循环流化床进一步探究生物质和煤耦合燃烧过程中燃烧及污染物排放特性。研究发现,随着生物质掺混比的升高,NO呈现先减小后增加趋势。在20%下取得最小值;数据分析表明循环流化床内生物质和煤耦合燃烧时出现了对污染物排放的耦合作用,即抑制了 NO的排放同时促进了 N2O的排放。耦合作用发生在二次风口以下位置,具体的原因是生物质起到了再燃气的作用,同时煤焦对密相区NO具有强烈的还原作用。随着二次风比率的增加,NO排放浓度降低,但当二次风比率提高到一定程度后,再增加二次风比率就会导致NO的排放的升高。温度升高会带来NO排放增加,N2O排放降低。主要是因为温度的提高在一定程度上抑制了已经生成的NO在炉膛轴向的还原分解,而这种NO被抑制分解后N2O的量也明显低于低温条件下的N2O的量。添加石灰石之后NO排放增大,N2O排放量降低。NO增大的主要原因是因为二次风口区域下NO的生成催化反应增强。同时N2O的分解也被进一步加强。接着对生物质和煤间接气化耦合燃烧过程中燃烧及污染物排放特性做了进一步的模拟研究。通过模拟发现,随着炉膛高度增加,炉膛截面的平均NO浓度呈现先增加,后减少,再增加最后再稳定的一个变化趋势。不同的阶段反映了燃烧的不同行为和化学反应的进程。生物质气化合成气通入后,SOFA风后区域平均温度水平相对于不通气化气工况有显著提高。生物质气化合成气的通入使得焦炭氮在过渡区提前释放以及生物质气化合成气的还原作用,导致最终NO的排放低于没有生物质气化合成气通入的工况。随着锅炉负荷的降低,气体射流速度减小,气流刚度减小,切圆直径逐渐变大。较低负荷下燃烧器区域较高的过量空气系数导致到达SOFA风区域的未燃烬的焦炭较少,同时由于低负荷工况下的烟气流量较小,而可燃气的流量不发生变化,因此可燃气对NO的还原作用在低负荷下效果更为明显。最终导致NO排放浓度随着负荷的降低而逐渐降低。生物质掺混比例的增加对炉温曲线的影响较小。生物质气化合成气掺混比例较高的工况由于其强烈的NO均相还原反应导致最终NO的排放较低。生物质气化合成气喷口位置的改变基本上并未影响温度分布,生物质气化合成气喷口位置较高,会导致焦炭燃烧过程向炉膛上部延长,进而导致焦炭氮的释放靠后,进而导致NO的释放增加。燃烧器倾角的变化对锅炉温度产生比较大的影响。燃烧器向上15°倾角的工况下由于整体燃烧向上移动导致焦炭燃烧上移,最终炉膛出口处的NO量也明显高于0°工况。对于-15°工况来说,其NO的排放也介于15°和0°之间。最后探究了生物质烘焙后理化特性的改变,同时也对烘焙后生物质和煤耦合燃烧过程中燃烧及污染物排放特性做了进一步的研究。经过烘焙后的生物质在理化特性上发生了较大的变化,含水量降低,可磨性提高,能量密度提高,性质更接近煤。烘焙不仅影响含氮官能团的转化及其分布,同时也对生物质和煤耦合燃烧过程中氮氧化物的排放产生比较大的影响。研究发现,随着烘焙温度的升高,烘焙后的生物质和煤耦合燃烧过程中会释放更多NO。烘焙后的生物质和煤耦合燃烧过程也存在对NO排放的相互作用。这种作用随着烘焙温度的升高由对NO抑制的协同作用,转变为对NO促进释放的协同作用。因此工业上可以选择用低温烘焙在提高生物质某些性质的同时也能尽量降低污染物的释放。