Ⅱ型生物质成型燃料锅炉的研制

针对Ⅰ型生物质成型燃料锅炉中存在的炉膛温度高、排烟温度高、热损失大等问题，作者对其进行了改进设计，根据生物质成型燃料的燃烧特性，研制出了Ⅱ型生物质成型燃料锅炉。对Ⅰ型和Ⅱ型生物质成型燃料锅炉进行热性能及环保性能试验，结果表明改进后的Ⅱ型生物质成型燃料锅炉热效率更高，较好的解决了Ⅰ型生物质成型燃料锅炉存在的主要问题。     

生物质成型燃料链条蒸汽锅炉的研制

针对生物质成型燃料燃烧特性,通过优化设计和试验研制出适合生物质成型燃料燃烧的专用链条蒸汽锅炉,该锅炉为单锅筒纵置式布置,采用新型链条炉膛结构。试验得出,锅炉的燃烧效率达96.7%,热效率达83.2%,锅炉排烟中CO、NOx、SO2、烟尘含量分别为360×10-6、116×10-6、44×10-6、26.4 mg/m3,表明锅炉的燃烧效率、热效率较高,锅炉消烟除尘性能较好,排烟中的烟尘、氮氧化物及SO2含量低,符合国家锅炉的污染物排放标准要求。     

生物质成型燃料燃烧设备结渣特性试验研究

本文采用生物质成型燃料双层炉排燃烧设备,分别进行了炉膛温度、燃料层厚度、燃料粒径和过量空气系数等对结渣率影响的试验,得出了生物质成型燃料燃烧设备的结渣特性。根据试验与观察,分析了生物质成型燃料燃烧设备的结渣过程及结渣影响因素,并总结了生物质成型燃料燃烧设备的结渣成因。     

生物质成型颗粒燃料燃烧特性的试验研究

该文利用热重分析仪对玉米秸秆、木屑、混合木屑三种生物质成型颗粒燃料进行了理论分析，分段比较了三种颗粒燃料的燃烧特点及各段表观活化能和频率因子的热化学动力学参数，分析了成型处理工序对生物质燃烧特性的影响。结合颗粒燃料在燃烧炉中的实际燃烧特点，明确了影响颗粒燃料燃烧适应性的主导因素是挥发分的析出和燃烧速率，由此为改良低质颗粒燃料、提高燃烧炉适应性提出了指导性建议。     

循环流化床锅炉焚烧生物质燃料的研究进展

生物质废弃物产量的与日俱增及环保要求的不断提高使循环流化床燃烧技术逐渐在生物质废弃物的处理和利用方面扮演越来越重要的角色。该文综述了采用循环流化床锅炉用生物质废弃物(林业废弃物、农业废弃物)作为燃料进行焚烧处理的国内外现状，详细介绍了废弃木材、秸秆、稻壳、果核、橄榄饼、甘蔗渣和向日葵茎干这些生物质废弃物在循环流化床锅炉里燃烧的研究和应用现状，指出了目前存在的问题及努力的方向。     

国内外生物质成型燃料质量标准现状

中国生物质成型燃料标准体系建设初步取得了一些成效,但与欧美发达国家相比标准制定工作进展较为缓慢,一定程度上制约了产业发展。该研究分析了国内外生物质成型燃料标准体系和质量认证体系现状,研究生物质成型燃料质量影响因素及质量要求;与ISO国际标准比较,分析了木质、非木质生物质成型燃料各指标质量分级要求,结合中国国情,提出中国生物质成型燃料质量标准仍需进一步完善。同时与国内煤炭质量相关标准进行比较,生物质成型燃料灰分含量低,硫含量、砷和汞等重金属含量极低,对环境友好,是良好的替代散煤的固体燃料。通过研究提出建议成立生物质成型燃料国家标委会,亟需制定质量分级和污染物排放国家标准,并应区分商用、民用以及工业用等不同应用对象的燃料质量要求。     

秸秆成型燃料锅炉炉膛气体浓度分布规律的试验与分析

为了评价秸秆成型燃料锅炉设计与运行水平,实现锅炉优化设计与安全、稳定、经济运行。采用直接测量方法,在锅炉正常燃烧情况下(排烟处过剩空气系数α_py为2.2),对该文作者设计的双层炉排秸秆成型燃料锅炉炉膛气体浓度分布进行试验,试验得出锅炉炉膛内CO₂,O₂,CO气体浓度在炉膛高度方向及深度方向的变化规律,并以此分析燃料层内干燥、干馏、氧化、还原、灰渣层厚度。在α_py为2.2时双层炉排秸秆成型燃料锅炉炉膛气体的浓度分布较合理,实现了锅炉安全、稳定、经济运行,锅炉的燃烧效率可达98.20％,热效率可达74.39％;同时该锅炉具有消烟除尘作用,为秸秆成型燃料锅炉燃烧设备进一步的优化设计及运行调整提供依据。     

生物质固体成型燃料燃烧颗粒物的数量和质量分布特性

针对中国生物质固体成型燃料燃烧过程中排放的颗粒物粒径分布不清、燃烧功率和空气量对颗粒物分布影响不明等问题,该文在生物质燃烧试验平台上,采用低压电子冲击仪（electrical low pressure impactor）设备,对玉米秸秆、棉杆、木质等3种固体生物质成型燃料分别开展了燃烧颗粒排放研究,重点研究了3种生物质成型燃料在不同功率下和不同空气量下的颗粒物的数量和质量分布。试验结果表明,3种燃料的颗粒物的数量峰值主要集中在4~7四级,占颗粒物总数量的70%以上;颗粒物质量峰值在7级和12级,占颗粒物总质量的50%以上。随着功率增加,颗粒物排放量先减小后增大,大粒径颗粒物增多,在14kW时颗粒物排放最少。随着空气量的增加,分布趋势不变,颗粒物总量减少。该研究为中国生物质固体成型燃料的颗粒物排放法规的制定提供参考。     

生物质成型燃料的物理品质和成型机理的研究进展

为了提高生物质成型燃料的物理品质，以及为成型工艺的合理选择提供理论依据，在生物质成型燃料物理特性试验研究的基础上，结合目前国内外关于生物质压缩成型的最新研究进展，分析了生物质压缩成型的内在机理，揭示了生物质成型燃料的品质指标与生物质成型过程的粒子特性、生化特性和电势特性的关系，为今后深入开展生物质压缩成型的研究提供了新的思路和途径。     

典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验

为研究生物质颗粒燃料的燃烧特性及污染物排放特性,该文以国外引进的生物质颗粒燃料燃烧器为试验装置,选择了8种典型的生物质颗粒燃料进行试验研究。试验结果表明,挥发份含量越高,含水率越低,生物质颗粒燃料所需的点火时间越短,SO2、NOx等污染物排放质量浓度远低于国家标准,但存在着部分生物质颗粒燃料灰分含量过大、结渣严重等问题。对大多数颗粒燃料来说,软化温度越高,结渣率越低,当软化温度超过1 389℃时,不会发生结渣;Si元素、碱金属元素含量越高,越容易结渣,碱土金属元素含量越高,越抗结渣。玉米秸中Si的质量分数为27.70%,底灰结渣率达到48.84%,落叶松中Si的质量分数仅为9.76%,不结渣;使用添加剂后,玉米秸的底灰结渣率降低了22.77%。这将为设计适合中国国情的生物质颗粒燃料燃烧设备及改善燃料的燃烧性能提供依据。     

秸秆压块燃料炉设计与试验

农村地区采用秸秆压块燃料供暖可有效降低温室气体和大气污染物的排放。针对秸秆压块燃料炉存在自动化程度低、低效、高排放等问题,该研究基于秸秆压块燃料燃烧特性,设计了一台具有自动供料装置的秸秆压块燃料炉,采用分区燃烧、鼓风与引风耦合配风等方式,提高燃烧性能。对秸秆压块燃料炉进行性能测试,试验结果表明：通过自动供料机可以实现连续10 h小流量输送燃料,燃料输送量为2.57～4.12 kg/h;其额定热功率8 kW,热效率71.20%,耗电量3.83 (kW·h)/d;最佳燃烧工况下,粉尘、CO、NOx排放量分别为35.78 mg/m3、0.104 %、191.1 mg/m3,符合国家标准的排放限值。对燃料炉的测试与评价验证了锅炉结构合理,可为后续高自动化秸秆压块燃料炉的研发提供参考依据。     

生物质成型燃料三次配风锅炉的设计及低NOx排放效果

根据生物质原料的燃烧特性,采用三次配风锅炉,研究污染性气体及热损失随三次配风比例与进给量的变化特征。结果表明:调节三次配风的比例,可以有效改变NOx的质量浓度,当一次风、二次风和三次风进给比例为7:1:2,NOx的排放浓度达到最低,为83.45mg/m3。随着过剩空气系数(αpy)的增大,SO2、NOx的排放浓度逐渐减小,烟尘排放浓度逐渐增大,锅炉总热损失呈现先减小后增大的趋势。当αpy值为1.75时,锅炉的热损失最小,为13.8%,此时,SO2、NOx和烟尘排放质量浓度分别为29.29、83.03和74.90mg/m3,为生物质成型燃料清洁低NOx排放燃烧锅炉的设计和运行提供了依据。     

基于化学动力学的生物质颗粒燃烧排放NO特性模拟与验证

为研究生物质颗粒燃料燃烧NO排放规律及其生成机理,采用CFD和Chem Kin联合仿真,建立试验锅炉燃烧筒CFD网络模型,应用Chem Kin接口导入简化的17组分58基元反应机理,建立Chem Kin-PSR反应模拟网络,选用Reaction Design C2_NOx详细机理,对棉秆、玉米秸秆、木质3种生物质颗粒NO排放进行模拟。结果表明,NO生成量:棉秆玉米秸秆木质;NO排放量随过量空气系数的增加先增大后减小,在过量空气系数为1.7附近达到峰值。将模拟结果与试验结果进行比较,证明了模型和化学反应机理的正确性,为生物质燃料燃烧NO排放的预测与控制提供参考。     

农业生物质燃烧特性及燃烧动力学

为了充分燃烧利用农业生物质,采用 TG-DTG-DSC ( thermogravimetric-differential thermogravimetric-differential scanning calorimetry)联用技术对玉米杆、玉米芯、稻草、龙眼枝、荔枝条及其混合燃料进行了热重试验,考察了其可燃特性、着火特性、燃尽特性及综合燃烧特性,计算了燃烧动力学参数.结果表明,玉米杆及玉米芯燃烧前期DTG曲线分别出现2、3个峰值,而稻草、龙眼枝及荔枝条燃烧前期DTG曲线均只出现一个峰值;玉米杆及稻草燃烧中后期出现DSC曲线的吸热峰;玉米杆的可燃特性指数及着火特性指数均最大,且着火温度最低,荔枝条的燃尽特性指数最大,玉米芯的综合燃烧特性最好;低温阶段反应级数约为1.0~1.2,高温阶段反应级数约为0.5~0.8,低温阶段活化能大于高温阶段的活化能;生物质燃烧前期属于均相着火,后期属于多相着火.秸秆类生物质纯烧的后期稳定性较差,在木质类生物质中适当加入秸秆类生物质有利于混合燃料的前期燃烧,研究结果可为农业生物质的燃烧利用提供指导.     

集中式烤房供热工艺的比较

该文将以8座烤房为供热对象,对传统燃煤分散供热、燃煤蒸汽锅炉集中供热、煤气化集中供气、导热油锅炉集中供热、生物质沸腾炉集中供热、生物质气化集中供气等工艺技术的经济性进行研究比较,得到优化的烤房集中供热技术路线。比较发现,传统燃煤分散供热与其他几种系统相比,能源利用率低,对环境的污染大,在经济效益和环境效益方面均不如集中供热系统;综合考虑经济效益和社会效益,燃烟茎烟杆的生物质沸腾炉集中供热技术为最优烤房供热系统。     

“双壁面射流”燃烧系统性能的试验研究

为了改善直喷柴油机的排放与经济性能,该文开发了一种直喷柴油机"双壁面射流"燃烧系统。通过试验的方法研究了燃烧室结构参数、喷油器结构参数、转速、负荷及喷油时刻等运行条件对"双壁面射流"燃烧系统燃烧过程的影响。试验结果表明:随转速的增加,着火始点向后推迟,缸压峰值呈现出先增大后减小的趋势,瞬时放热率峰值、缸内燃烧平均温度和累计放热量都降低;随负荷的增加,着火点提前,缸压峰值对应的曲轴转角向后推迟,缸压峰值、缸内燃烧平均温度和累计放热量都增加,总指示热效率随负荷的增加而降低。不同燃烧室结构参数和喷油器参数的"双壁面射流"燃烧系统燃烧持续期,在2100r/min的负荷特性中,小负荷主要受压缩比的影响,大负荷主要受预混合燃烧量的影响;总指示热效率主要受压缩比和壁面油膜生成量的影响;而NOx与碳烟排放受预混合燃烧量和贯穿度的影响。将"双壁面射流"燃烧系统静态供油提前角提前到18°CA BTDC,能实现扭矩点与功率点同为0.21BSU的低碳烟排放。     

制冷炊事兼用生物质成型燃料炉具的设计

为了解决当前农村能源紧缺的问题,依据当前农村普遍生活、炊事习惯和严格的热工计算,设计出农户制冷、炊事所需要的生物质成型燃料炉具。测试结果为：热效率40.6%,上火时间15 min,旺火时间62 min,炉具达到了国家的相关标准,符合生物质的燃烧特性,污染物排放量少,燃烧比较稳定,可为制冷系统稳定运行提供能量。     

基于热重法的生物质工业分析及其发热量测定

为了比较不同种类生物质的燃烧特性,丰富热重分析技术的应用方向,该文采用热重分析技术对农业剩余物、林业剩余物和工业加工废渣的代表性生物质进行了空气气氛下不同升温速率的燃烧特性试验研究。研究表明:3种类型生物质的燃烧过程均包括4个主要阶段:水分蒸发阶段、挥发分析出及燃烧阶段、固定碳燃烧阶段、燃尽阶段。该文提出1种确定样品工业分析值的方法,即热分析曲线法,并推荐应用20℃/min升温速率下的热分析曲线图来计算确定。同时还提出1种差热分析法,用以计算生物质样品发热量,分析发现,农业秸秆类剩余物适用于20℃/min的升温速率,木屑和甜高粱渣适用于5、10℃/min的升温速率。该文提出的计算工业分析值的热分析曲线法与计算发热量的差热分析法,为热重分析技术研究生物质的燃烧特性提供了新的应用方向,但2种新方法的建立,以及他们的有效性和适用性,仍需要大量试验数据的验证和进一步的试验研究。     

生物质炉具现场测试污染物排放特征及减排效果评估

目前对于生物质成型燃料替代散煤减排效果的现场评估还非常缺乏,且均为基于短时间测试方法,无法反映炉具全天实际排放情况。该研究以黑龙江省某生物质成型燃料及配套炉具推广示范村为例,采用全天24 h实地测试的方法,研究了该地区的燃煤炉具以及推广的自动进料和手动进料生物质炉具的污染排放情况。结果表明:自动/手动进料生物质炉具相比燃煤炉具的PM_(2.5)、CO、SO_2排放因子分别降低41.2%、54.3%、40.0%和35.3%、22.1%、20.0%,NO_x的排放因子没有降低。对不同取暖方式的户均排放总量核算发现:自动/手动进料生物质炉具排放的PM_(2.5)、CO、SO_2分别减排39.79%、52.77%、41.35%和33.41%、19.38%、27.01%;NO_x分别升高46.14%和6.69%。此外,调研发现经济性和便利性是生物质炉具推广的重要影响因素。     

多层二次风配风对玉米秸秆颗粒燃烧降低NOx产率及结渣的影响

秸秆类生物质具有碱金属及灰分含量高的特性,燃烧时灰分容易团聚结块而影响燃烧室内的配风及燃料的燃烧。本文设计了一种具有多层二次风配风的生物质燃烧试验装置,以玉米秸秆颗粒为燃料,研究了不同一二次风分级配比、多层二次风配比对烟气中CO、NOx等污染物浓度、燃烧效率及灰分结渣率的影响规律。结果表明：当采用一二次风分级配风时,能够显著降低烟气中NOx的浓度,烟气中CO和NOx的浓度变化趋势相反,呈现一种竞争关系。二次风位置较高或下层二次风量的减少,都易导致玉米秸秆颗粒燃烧不完全,CO浓度显著提升。与对照组相比,二次风多层配风下,燃烧室内各测点的温度和烟气中NOx浓度均有所降低,最低NOx浓度排放放生在W1工况（空气系数为1.2,一、二次风配比为60%：40%时,下、中、上二次风按（1/2,0,1/2））,约150 mg/m3。当采用二次风多层配风时,结渣率大幅度下降,最低为4.5%。W1工况的NOx浓度和结渣率均较低,综合评价为最优工况。常用的硅比指数G、碱酸比、Na含量指数、碱性指数Alc等4种结渣指数,均不能正确预测因燃料燃烧区温度T1变化而造成的结渣倾向变化,为此在硅比指数G中引入燃料燃烧区温度T1作为变量,修正后的硅比指数Gt可以很好地对玉米秸秆颗粒因燃料燃烧区温度T1引起的结渣倾向变化进行预测。