生物质燃烧烟气排放特性与污染物控制

生物质锅炉及颗粒燃烧器的烟气污染物排放已引起人们的重视。生物质燃烧产生的污染物主要有颗粒物、一氧化碳和氮氧化物等污染气体。综述了国内外关于生物质燃烧的烟气排放特性及影响因素，如不同生物质燃料种类及性能、进风系统和进料系统配置及参数等，着重介绍了进风系统中风量配比、过量空气系数、氧气浓度以及进气流速等因素对烟气污染物排放的影响，提出了生物质燃烧烟气排放特性和污染物控制研究中应注意的问题。      

生物质颗粒直燃炉灶设计与试验

针对当前生物质燃烧炉灶热效率低、火力强度达不到要求、供风不充足燃烧不完全、功能单一等问题,依据集中供餐炊事对清洁生物质颗粒燃料炉灶的需求,研制了一种以层燃为燃烧方式,集炒菜、蒸饭、烧水、供热等功能于一体的生物质颗粒直燃炉灶。运行性能试验结果表明:该炉灶的炊事热效率为42.9%,综合热效率达70.7%,炊事强度为14.1 k W,烟气排放指标低于国家标准,生物质颗粒燃烧较为充分,可为以生物质颗粒为燃料的集中供餐炊事炉灶的设计与应用提供科学参考。     

生物质热解挥发物原位贫氧调质试验研究

针对热解挥发物直接燃烧作为分布式热解制炭热源工艺,以消除生物质热解挥发物中炭颗粒、提高其品质,改善其燃烧性能为目的,利用自制生物质螺旋连续热解反应器和热解挥发物贫氧调质反应器,采用贫氧燃烧方式进行了热解挥发物原位调质试验研究,分析了调质温度、空气量对挥发物组分的影响。结果表明:生物质热解挥发物中携带炭颗粒粒径为1~2μm,在调质温度350℃和空气量20 m L/min条件下,已很难收集到炭颗粒,原位贫氧调质可以消除热解挥发物中炭颗粒;贫氧调质对气相产物组分含量影响不明显,主要组分H2、CO2的变化均在±5%范围内,CO、CH4变化在±2%范围内;随着贫氧调质温度升高和空气量加大,重质组分中的烷类物质含量显著降低,酚类物质显著增加,呋喃、醇、茚、醛等次要组分含量略有增加,低碳原子数物质含量增加,高碳原子数物质含量降低;轻质产物中烷类、酸类、酮类和酚类物质相对含量发生显著变化,酚类物质性质较稳定,实际含量变化不明显,调质后低碳原子数物质含量增加。原位贫氧调质可以消除热解挥发物中炭颗粒,降低热解挥发物中重质组分含量,从而改善热解挥发物的燃烧性能,为热解挥发物直接燃烧作为分布式热解制炭的热源提供科学依据。     

生物质燃料脉动燃烧器的设计

将自激脉动燃烧技术应用于生物质燃烧,既能够提高生物质的燃烧效率,又能减少烟气污染物的排放量.针对生物质燃料与脉动燃烧设计中的问题,进行了有关生物质燃料脉动燃烧器设计的理论研究,分别对外形尺寸、炉膛结构、进料装置、炉箅子、清灰以及除渣装置等进行分析与设计.实验证明,所设计的燃烧器能够稳定与持续燃烧,炉膛温度保持在800～1 000℃之间,避免了高温结团和结渣的产生.     

秸秆成型燃料炉具设计与试验

以作物秸秆为原料制成的生物质颗粒燃料具有便于储存运输,燃烧热效率高等优点,可以用来替代煤炭作为农村家庭生活炊事与冬季取暖的主要能源。但生物质颗粒燃烧会排放较多的氮氧化物,目前生物质脱氮一般应用于大型工业炉内,农村家用的生物质锅炉基本没有氮氧化物处理装置。根据生物质燃料的燃烧特性,本文首先阐述了所设计秸秆成型燃料专用炉具的结构和关键燃烧技术,对玉米秸秆成型燃料进行燃烧试验研究。采用KM9106型烟气分析仪测量燃烧时烟气中NO、NO2和烟气氧含量。结果表明通过改变二次风的风量比例、进气位置、充气角度,在炉具内形成不同的风压射流,以强化热质传递,确保燃尽效果,有效控制氮氧化物的生成与排放。试验结果表明,当一、二次风量比例为3∶1、扰流形成的风压射流配送二次风时,秸秆成型燃料烧温度最高,燃烧充分,满足高效清洁燃烧要求。     

生物质热解焦油燃烧试验系统设计与试验

生物质热解焦油作为热解炭化或气化过程的副产物,难以去除且危害较大。通过对热解焦油的理化性质分析,发现其具有较高的热值,燃烧后可以为热解设备提供热源,实现能量的循环利用。针对热解焦油雾化效果差、直接燃烧不稳定等问题,设计了二次雾化喷嘴,并提出一种生物质热解焦油伴气燃烧的工艺;采用一定量的热解气作为助燃剂,为热解焦油燃烧提供稳定的火焰,设计了热解焦油燃烧试验系统。燃烧试验表明,该燃烧器的焦油燃烧量为20~55kg/h,达到设计要求。当雾化空气压力为0.6MPa、热解焦油压力为0.2~0.4MPa、热解气压力为0.3~0.5kPa时,燃烧器燃烧稳定,火焰明亮。通过烟气分析仪发现燃烧烟气中CO和NOx含量较高,表明在燃烧室中的一次燃烧并未达到理想的燃烧效果。     

抗结渣生物质固体颗粒燃料燃烧器研究

针对我国秸秆类生物质颗粒燃料灰含量高、灰熔点低而导致燃烧过程中易结渣、燃烧器易熄火、燃烧不稳定等问题,采用多级配风原理,设计出高效双层燃烧筒装置,实现三级配风,同时研究了螺旋清灰破渣机构,并在此基础上研制了生物质颗粒燃料燃烧器。采用玉米秸秆颗粒燃料和落叶松木质颗粒燃料进行了燃烧试验,试验结果表明,本燃烧器的多级配风结构和破渣清灰机构设计合理,燃烧效率达到91%,能够有效地将燃烧过程中产生的灰渣排出,结渣率明显下降,实现了连续稳定燃烧。与瑞典PX-20型燃烧器相比,以玉米秸秆颗粒为燃料时,本燃烧器燃烧效率提高了9%、结渣率降低了25.94%,燃料适应性广。     

生物质粉体燃烧炉的研究探讨

为广大农村农作物秸秆再利用,解决各类秸秆原料运输成本高、造粒困难及颗粒燃料供应不足等问题,应用生物质直接燃烧技术,研究出生物质粉体燃烧炉及其控制器,采用多级配风、螺旋悬浮燃烧和二次燃烧,使生物质燃料的燃烧效率达到90%以上;在热风炉烟囱处增加粉尘拦截网,达到洁净排放。应用自动控制技术,实现自动点火、自动进料、自动配风,是烘干热风炉热源的最佳选择。     

CO2稀释对生物质燃气燃烧与排放特性的影响

在一台火花点火发动机上,分别进行了CO2稀释对生物质燃气中可燃组分CH4、CO和H2的燃烧及排放性能影响的试验研究。研究结果表明,稀释燃烧能够有效降低NOx排放量;适当的稀释率对发动机的平均有效压力、循环变动以及热效率的影响较小,但过大的稀释率会导致部分燃烧。通过CO2稀释燃烧的手段,可以得到生物质燃气以一定热效率和NOx排放水平为指标的适宜燃料条件范围。     

生物质热解气燃烧装置设计与燃烧特性试验

针对目前生物质热解气中焦油去除困难、焦油能量难以利用等问题,结合现有燃气燃烧器相关技术,开展了生物质热解气直接燃烧技术研究与试验。燃烧器理论耗气量为2~5 m~3/h,通过理论计算确定了燃烧器参数,设计了卧式燃烧室并安装烟气催化裂解装置及烟气检测装置,搭建了热解气燃烧试验平台,并对热解气的燃烧特性进行了试验研究。以花生壳为原料,在碳化温度500℃、滞留时间30 min的条件下进行连续热解碳化,产生的高温热解气直接通入燃烧设备。结果表明,燃烧设备性能较好,热解气燃烧过程稳定,燃烧效率达到98.5%,在催化剂的作用下,燃烧效率提高到98.9%,满足设计要求。     

生物质颗粒热风炉及粮食烘干的设计与应用

机械化粮食烘干中采用生物质燃料以替代常规能源,对节能减排、降低成本、提高粮食品质具有重要意义。设计了一套生物质颗粒热风炉并与谷物烘干机耦合,通过自动控温系统调节热风温度,以获得高品质谷物。生物质颗粒在时间继电器控制下自动进料,在炉膛内部设计一次进风和二次进风口,颗粒燃料的挥发分充分燃烧,提高了热风炉的输出热功率。设置了故障报警、远程监控系统,提高了设备的智能化程度。在谷物烘干厂进行性能试验,结果表明该成套设备运行稳定,性能指标优良,验证了设计的合理性；经济效益分析表明,利用生物质颗粒热风炉烘干谷物成本较低,具有明显的经济效益和推广应用前景。     

生物质颗粒热风炉设计及在粮食烘干领域的应用

机械化粮食烘干中采用生物质燃料替代常规能源,对节能减排、降低成本、提高粮食品质具有重要意义。设计了一套生物质颗粒热风炉并与谷物烘干机耦合,通过自动控温系统调节热风温度以获得高品质谷物。生物质颗粒在时间继电器控制下自动进料,在炉膛内部设计一次进风和二次进风口,颗粒燃料的挥发分充分燃烧,提高了热风炉的输出热功率。设置了故障报警、远程监控系统,提高了设备的智能化程度。性能试验结果表明,该成套设备运行稳定,性能指标优良,验证了设计的合理性。经济效益分析表明,利用生物质颗粒热风炉烘干谷物成本较低,具有明显的经济效益和推广应用前景。      

生物质成型燃料热风炉燃烧室的设计与研究

针对国内外现有的生物质成型燃料燃烧设备,存在燃烧效率低、炉膛温度过高、积灰和结渣严重、不适合块状和棒状成型燃料的燃烧等问题,通过对国内外生物质成型燃料热风炉燃烧室的研究和借鉴,设计了新型生物质成型燃料热风炉的燃烧室。该新型生物质热风炉的燃烧室只是热风炉的燃烧部分,需要和独立的换热器配合使用。在我国可用于生产颗粒状成型燃料的木屑很少,但拥有大量的可生产块状和棒状成型燃料的作物秸秆。该新型生物质成型燃料热风炉的燃烧室主要是为了适应块状和棒状成型燃料的燃烧而设计,也可用于部分颗粒状成型燃料的燃烧,主要由进料机构、燃烧室部分和炉灰清除机构组成,实现了块状和棒状成型燃料的自动进料及炉灰的自动清除。该生物质成型燃料热风炉的燃烧室可有效减少固体燃料和挥发分气体的不充分燃烧,可将炉膛的温度控制在一定的范围内,减少了积灰和结渣的产生,并能有效地去除积灰和结渣。     

生物质成型燃料燃烧挥发性有机物排放特性试验

以玉米秸秆、小麦秸秆、棉秆和木质4种生物质成型燃料为原料在生物质燃烧试验平台上,采用罐采样-GC/MS采集方法,研究分析了燃烧后烟气中的VOCs排放系数和组分,结果表明,4种生物质成型燃料的VOCs排放系数分别为0.447、1.111、0.601、0.104 g/kg,与散烧秸秆相比,成型燃料的VOCs排放系数仅为其50%;燃烧后VOCs排放组分占比最大的为卤代烃和酮,分别为49.8%和36.1%;4种生物质成型燃料燃烧VOCs排放总的臭氧生成潜势(以O3计)分别为4.792、25.737、9.598、4.502 g/kg,臭氧生成潜势比较高的化合物依次为:苯系物、酮、烯烃和卤代烃。     

基于ASPEN PLUS的烟气气氛下生物质气化模拟

基于ASPEN PLUS平台利用气固反应动力学,在生物质热解气燃烧所产生的烟气气氛下,建立生物质热解气化模型。通过AKTS热动力学软件分析了生物质在模拟烟气(80%N2、17%CO_2、3%O_2)气氛下热解气化的反应动力学,并对比模拟值和实验值,验证模型的可靠性;对影响热解气化特性的气氛进行分析并确定反应釜数量。结果表明:基于ASPEN PLUS平台进行生物质气化模拟性能良好。生物质热解气化过程中,动力学参数活化能和指前因子随着反应的进行而变化;与氮气和氧气气氛相比,烟气气氛有利于CO产生,产气热值比实验值提高1.3倍。     

高炉煤气发电技术

高炉煤气是炼铁高炉生产中的副产品,其可燃成分主要是CO,属于重要的二次能源。分析了蒸汽轮机、燃气轮机及其联合循环发电、燃气内燃机这三种高炉煤气发电形式的优缺点及其运行状况。着重论述了高炉煤气内燃机的技术难点及解决方案,并提出了今后的研究方向。在燃用高炉煤气上,蒸汽轮机和燃气轮机及其联合循环发电适合大型发电厂;燃气内燃机机组适合于我国中小型钢铁企业回收和利用高炉煤气。     

不同喷孔夹角的直喷柴油机涡流室燃烧系统性能分析

为改善燃烧室内喷雾的空间分布,增强气流运动,促进油气混合,基于前期研究提出的新型直喷柴油机涡流室燃烧系统,对146°、150°、154°喷孔夹角的3种不同喷油嘴在燃烧室内的喷雾、混合气形成与燃烧过程进行了数值模拟.结果表明:从燃空当量比总体分布来看,采用146°喷孔夹角时混合气最均匀.燃烧涡流和逆挤流对速燃期的燃烧室内温度分布有较大的影响.154°喷孔夹角的NO排放量最低,而146°喷孔夹角的碳烟排放量最低.综合来看,150°喷孔夹角有较好的排放性能.     

双燃料涡流室式发动机的燃烧模拟计算

针对涡流室双燃料发动机的特点，按下述方法来模拟其燃烧过程：副室的燃烧主要由引燃油的燃烧速率控制，其放热率等于引燃油放热率与气体燃料放热率之和；主室的燃烧主要取决于紊流火焰的扩展以及从副室喷来的未燃燃料的燃烧速率。各区之间用质量和能量的平衡方程相互联系。根据所建立的模型编写了计算程序并对计算结果作了验证。文中用该程序对一台样机进行了性能预测，指出了进一步研究的方向。     

重型直喷柴油机缩口燃烧室结构特点与评价

为定量评价缸内瞬态气流特性，定义了涡流强度保持性概念。利用CFD软件FIRE对柴油机缩口直喷燃烧室内的气流分布特性进行了数值计算，在此基础上根据流场随曲轴转角变化特性的计算结果，用Matlab软件计算了瞬态的涡流强度保持性，由此分析燃烧室结构对涡流强度保持性的影响。同时试验研究了涡流强度保持性与喷射系统参数、进气涡流匹配时对柴油机性能的影响。结果表明，通过燃烧室结构控制涡流强度保持性，并与其他参数优化匹配后在动力性、经济性保持不变的前提下，可有效地改善柴油机的排放特性。