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《燕山大学》 2016年
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地基受控生态生命保障系统固体废物高温氧化处理技术研究

李攀  
【摘要】:为配合“绿航星际—4人180天受控生态系统实验”,本课题进行了小麦秸秆高温氧化技术研究。采用高温氧化法对CELSS中的植物不可食部分(主要是小麦秸秆)进行高温氧化处理,使小麦秸秆中碳、氢、氧等元素重新进入系统物质循环,以提高密闭系统中物质流的闭合度。首先,进行了小麦秸秆理化性能测试:物料含水率79.98%,灰分产生量9.09%,3~5 mm粒度小麦秸秆堆密度190 g/L,0.5 mm粒度小麦秸秆堆密度320 g/L。在此基础上,进行了小麦秸秆高温氧化过程物质流和能量流衡算。结果表明,900 g鲜重的小麦秸秆经过烘干、粉碎、焚烧处理后理论上可以向植物舱提供二氧化碳278.4 g,氮气2.97 g、水818.8 g和可溶性灰分16.36 g。在焚烧过程中物料自身放出984 W的热量,尾气排出时带走814 W的热量。针对CELSS高温氧化系统的特殊性进行了焚烧炉体设计。该炉体采用助燃气体托举物料沿加热炉体内壁涡旋上升的方式,既保证助燃气体与物料的充分混合,又保证物料与炉壁的良好传热。该焚烧炉具有设备简单、易于维护、能耗低、控温稳定、燃烧充分、易于清灰、微重力适应性好等诸多优点。焚烧炉优化工艺参数为:炉体温度600℃±20℃;进料速度5 g/min时,空气流量30~50 L/min。小麦秸秆燃烧尾气中的有毒有害气体主要为CO、TVOCs和NOx。其中CO浓度9824.1 mg/m3、TVOCs浓度89.9 mg/m3,NOx浓度58.6 mg/m3,未检测到SO2。焚烧尾气先经过除水、除尘处理,然后在铂钯催化剂作用下在150±10℃发生催化氧化反应,去除其中CO、TVOCs和部分NOx,再经由活性炭基化学滤料去除尾气中残留NOx。经处理后,尾气中CO、TVOCs、NOx、SO2的浓度满足受控生态生命保障系统大气管理标准。该系统已稳定运行180 hr以上,达到CELSS集成实验要求。
【关键词】:受控生态生命保障系统 固体废物 高温氧化 尾气
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X712
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 第1章 绪论10-20
  • 1.1 研究背景10-11
  • 1.2 CELSS中固体废物处理技术研究现状11-17
  • 1.2.1 超临界氧化技术12-13
  • 1.2.2 热解技术13
  • 1.2.3 气化技术13-14
  • 1.2.4 高温氧化(焚烧)技术14-17
  • 1.3 固废高温氧化(焚烧)处理技术研究概述17-18
  • 1.4 本文研究思路与主要研究内容18-20
  • 第2章 小麦秸秆理化性能分析与物质流能量流计算20-27
  • 2.1 小麦秸秆理化性能分析20-22
  • 2.1.1 含水率测定20
  • 2.1.2 堆密度测定20-21
  • 2.1.3 热值测定21
  • 2.1.4 灰分产生量测定21-22
  • 2.2 物质流计算22-25
  • 2.2.1 条件假设22-23
  • 2.2.2 计算过程23-25
  • 2.3 能量流计算25-26
  • 2.4 本章小结26-27
  • 第3章 焚烧炉炉体设计与工艺参数优化27-40
  • 3.1 焚烧炉体设计27-34
  • 3.1.1 焚烧炉选型27-32
  • 3.1.2 助燃气体种类选择32-33
  • 3.1.3 焚烧炉温度控制方法33-34
  • 3.2 焚烧工艺参数优化34-37
  • 3.2.1 炉体温度34-36
  • 3.2.2 空气流量36-37
  • 3.3 小麦秸秆高温氧化尾气与灰分分析37-39
  • 3.3.1 尾气中有毒有害气体分析37
  • 3.3.2 灰分分析37-39
  • 3.4 本章小结39-40
  • 第4章 尾气催化净化技术研究40-48
  • 4.1 模拟尾气催化实验研究40-43
  • 4.1.1 CO、TVOCs气体催化实验研究40-42
  • 4.1.2 NO_x气体催化实验研究42-43
  • 4.2 焚烧尾气催化实验研究43-46
  • 4.2.1 CO、TVOCs去除效果研究43-44
  • 4.2.2 NO_x去除效果研究44-46
  • 4.3 本章小结46-48
  • 结论48-49
  • 参考文献49-54
  • 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果54-55
  • 致谢55

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