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。     

玉米秸秆颗粒燃料抗结渣剂效果的比较

为解决秸秆类生物质颗粒燃料的结渣问题,通过在玉米秸秆中分别添加4种添加剂,对其结渣率、灰熔融特性、燃料特性等开展试验研究,并进行验证试验。结果表明,添加质量分数3%的MgCO3、CaCO3、Al2O3添加剂均可有效改善结渣效果,其中MgCO3的抗结渣效果最好,结渣率近似为零;CaCO3添加剂结渣率低于10%,抗结渣效果性价比最高。同时,添加添加剂对燃料的燃烧性能无明显影响。这为解决玉米秸秆等生物质固体成型燃料的结渣问题提供了技术依据。     

生物质颗粒燃烧器燃料适应性试验

为深入研究生物质颗粒燃料的燃烧特性,探讨自动燃烧器的燃料适应性,该文基于PB-20型生物质颗粒燃烧器,选择了5种灰分小于25%(空气干燥基)的颗粒燃料,分别研究了燃烧工况中进料量和空气量对燃烧性能的影响。试验结果表明灰分含量大于20%的颗粒燃料燃烧不充分,工况不稳定,效率低,结渣大,易熄火,不适用于此类生物质颗粒燃烧器;灰分含量为12.40%的颗粒燃料推荐参数为进料量4 kg/h,风机转速2 600~2 800 r/min,清渣速度为3 r/min,转5 s/停35 s;灰分在7.21%的颗粒燃料推荐控制参数为进料量3~4 kg/h,风机转速2 600~2 800 r/min,清渣速度相对应为3 r/min,转5 s/停60~55 s;灰分值低于1%的颗粒燃料均以进料量3~4 kg/h,风机转速2 600~2 800 r/min,不需清渣为推荐参数。该研究总结了生物质颗粒燃烧器的燃料适用控制参数,为燃烧器的推广应用提供了数据支持。     

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。     

连续式秸秆捆烧锅炉设计与供暖工程减排潜力分析

针对连续式捆烧设备在连续进料过程中,秸秆捆连续稳定燃烧性能差、挥发分气体燃烧不充分、秸秆捆难燃尽,而导致热效率低、排放高的问题,该研究基于分级燃烧原理与秸秆捆燃烧特性,在设计计算过程中,对燃烧、换热、配风系统等较为重要设计参数给出了合理的参考值,并通过烟气预热干燥秸秆捆、增加挥发分二次燃尽的三级风、往复炉排增加捆间间隙等方式提高秸秆捆的燃烧性能。设备试制后,利用玉米秸秆捆为燃料开展了热工与排放性能试验。试验结果表明,连续式秸秆捆烧锅炉的平均热效率为80.37%,颗粒物、NOx、SO2平均排放质量浓度分别为48、197、7 mg/m3,环保与能效指标均符合设计要求与国家标准。并对建立的采暖示范工程进行排放、污染物等测算,结果表明采用秸秆捆烧供暖单位面积可减少标煤使用量23.1 kg/m2,CO2当量排放量58 kg/m2。该研究能为秸秆能源化利用与北方清洁区域供暖提供技术支撑,助力农业农村领域碳达峰、碳中和的目标实现。     

玉米秸秆打捆燃料燃烧动力学模型

根据玉米秸秆捆烧特性,设计出整体玉米秸秆打捆燃料燃烧差热试验台。通过对玉米秸秆打捆燃料在不同供风温度（18℃、90℃）和不同供风量（过剩空气系数α分别取值0.7、1.1、1.5）工况下进行热重测试分析,建立了燃烧过程的动力学模型,求解出热解动力学参数：活化能和频率因子。研究表明：玉米秸秆打捆燃料燃烧的热重曲线、微商热重曲线总体变化特征是相似的,燃烧前期燃烧速度变化较快,中期逐渐变慢,后期趋于平稳;分析了燃烧温度和供风量对秸秆打捆燃料燃烧速度的影响,实现合理配风下的控温燃烧,挥发份的析出速度均匀适中, 燃烧相对平稳;捆烧动力学模型的建立,完善了生物质打捆燃料的燃烧理论,可供有关生物质打捆燃料打捆设备及燃烧设备的设计人员参考。     

添加剂对玉米秸秆颗粒燃料结渣特性的影响

为了研究添加剂对秸秆类颗粒燃料抗结渣的机理,该文以玉米秸秆颗粒燃料为研究对象,通过添加MgCO3、CaCO3、Al2O3 3种添加剂,对其灰渣进行结渣特性、灰渣形貌、化学组成等试验研究。结果表明,添加添加剂后玉米秸秆颗粒燃料灰渣形貌发生明显变化,灰渣尺寸越小,表面越粗糙,孔洞较多;Si、K元素是玉米秸秆颗粒燃料引起结渣的主要元素,Mg、Ca元素与Si、K元素反应生成新的化合物而具有抗结渣效果;Al元素亦与Si、K等元素发生反应生成了新的硅酸盐类。即添加剂与秸秆中的Si、K等碱金属元素发生反应生成了新的化合物抗结渣。研究结果为解决秸秆类固体成型燃料结渣问题提供了理论依据。     

秸秆捆烧锅炉设计及其排放特性研究

针对中国现有秸秆捆烧锅炉燃烧不充分,燃烧后烟气净化工艺繁琐以及自动化程度较低等问题,该文基于原料分级、配风分级技术原理,设计了打捆秸秆分级燃烧系统,研发了多级配风系统和组合式烟气净化除尘装置等关键部件,并开发了智能控制系统,实现燃烧过程工艺参数的实时调控和数据采集。以打捆玉米秸秆为原料进行燃烧试验,结果表明秸秆捆烧供热锅炉的热效率为84.6%,锅炉功率为230 kW,烟尘排放平均质量浓度19.8 mg/m3,NOX质量浓度133.6 mg/m3,SO2质量浓度小于3 mg/m3,达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）要求,解决了燃烧效率低、烟尘和NOx等污染物排放高的问题,智能化的锅炉燃烧系统可开展多种工艺试验的探索,为捆烧锅炉技术装备的推广应用提供平台支撑。     

大颗粒木质成型燃料燃烧过程烟气排放特性

选用大颗粒木质燃料为研究对象,通过管式加热炉对单颗粒木质燃料进行燃烧试验,研究不同空气流量和温度下木质燃料燃烧过程CO、NO、SO_2等气体动态排放特性。试验结果表明:800℃时,挥发分着火时间滞后,着火前即有CO随挥发分析出,CO排放浓度曲线呈双峰状;随着温度升高,CO析出峰明显变窄,从挥发分析出至焦炭燃烧完成所需时间缩短:NO排放浓度及其排放量在温度为900℃时达到最大值,燃料N至NO的转化率最高可达41.79%,随着温度升高和燃烧过程还原性气氛增强,NO析出浓度及其排放量减少,转化率可低至12.32%;木质燃料充分燃烧时,几乎无SO_2排出,S主要转化为硫酸盐固存于灰分中或于高温下随烟气排出;贫氧燃烧状态下,S02析出主要源自挥发分析出初期有机硫的分解、氧化,但燃料中更多的s以H2S、CaS等形式排出。     

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。     

秸秆捆烧技术及其排放特性研究进展

秸秆捆烧技术是实现农业秸秆能源化清洁利用的有效途径之一,但实际运行中仍然存在燃烧不充分、NO_X和颗粒物生成机理不清晰、烟气污染物排放较高等问题。该文综述了秸秆捆烧技术最新研究进展,简述了秸秆捆燃烧反应原理和秸秆捆燃烧特性,重点分析了秸秆捆烧过程中颗粒物、NO_X和CO等污染物产生及减排方法,系统总结了国内外秸秆捆烧技术类型、原理及特点等研究进展。通过全球文献检索,分析了秸秆捆烧技术研究热点、主要研究机构以及发展趋势,并评价了秸秆捆烧供暖运行成本。建议深入开展秸秆捆烧燃烧与污染物排放特性研究,开展秸秆捆烧锅炉结构及配风工艺优化,从源头减少烟气污染物生成,为实现秸秆清洁能源化利用提供参考。     

生活垃圾混烧秸秆类生物质颗粒CO和NO的排放特性

选取典型秸秆类生物质颗粒掺混垃圾作为研究对象,利用自制燃烧试验平台,研究掺混比、温度、粒径及生物质种类等因素对垃圾掺混生物质颗粒燃烧过程中CO与NO释放规律的影响。试验结果表明:CO排放量随着混合燃料中棉花秆颗粒含量增加而减小;混合燃料中垃圾掺混量高于棉花秆颗粒时,焦炭氮燃烧峰值随棉花秆含量增加而增大,掺混量低于棉花秆颗粒时,焦炭氮燃烧峰值逐渐减小,掺混比为5:5时NO生成量最低。燃烧温度为850℃时CO生成量最低;NO峰值时间随温度升高向前偏移,排放量呈先增大后减小趋势,较高的反应温度有利于降低燃烧过程中NO生成量。随着燃料粒径减小,CO峰值浓度降低;存在粒径临界值(60~80目),当粒径小于临界值时,NO生成量随粒径减小而减小,大于临界值时,NO生成量随粒径增大而减小。垃圾混烧生物质颗粒后CO生成量显著降低;掺混同质量分数生物质颗粒试样中,生物质颗粒氮含量越高,混合燃料燃烧NO生成量越大。该研究可为实际生产中城市生活垃圾混烧生物质颗粒技术及污染物排放控制提供参考依据。     

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。     

EGR废气组分对柴油机颗粒氧化活性的影响

针对不同EGR废气组分条件下产生的颗粒,采用热重分析的方法,分析了EGR废气组分对颗粒中主要物质含量的影响;考察了颗粒中挥发物析出温度、soot组分着火温度等4个特征温度、燃烧特性指数以及活化能的变化规律。结果表明,与引入废气和N2时相比,只通入CO2时产生颗粒的失质量百分数所占比例最大,颗粒中水分和可溶有机物(soluble organic fraction,SOF)含量增加明显,soot组分含量有较大幅度降低;在颗粒氧化过程中的高温反应阶段,与引入废气和N2时相比,只通入CO2时产生颗粒中soot组分的质量变化率峰值和峰值对应温度均最小;氧化特性参数的计算结果表明,与引入废气和N2时相比,只通入CO2时产生颗粒的挥发物析出温度TSOF1、挥发物起始燃烧温度TSOF2、soot组分着火温度Ti、soot组分燃尽温度Th均最低,燃烧特性指数增加明显,反应活化能最低。说明引入CO2后,颗粒中soot组分在达到相同失质量百分数时,所需的温度较低,反应所需能量较小,EGR废气中的CO2可以显著提高颗粒自身的氧化能力和反应活性,改善颗粒的氧化燃烧性能。     

玉米秸秆成型燃料生命周期评价

为了定量解释以秸秆为原料的成型燃料的节能和温室气体减排潜力,从能源消耗和环境排放出发,分析了玉米秸秆的生长、运输、压缩成型,成型燃料运输、燃烧利用等单元过程,建立了秸秆成型燃料的生命周期能源消耗、环境排放分析模型。以5 000 t/a的秸秆成型燃料生产厂为例,评价了其生命周期能耗和环境排放。结果表明：秸秆运输、压缩成型、成型燃料运输等环节都需要消耗能源,其中,压缩成型的能耗最大;秸秆固定的二氧化碳量为生命周期排放出二氧化碳的96.6%,在很大程度上减少了温室气体的排放。利用生命周期分析秸秆成型燃料,得出其相比化石燃料具有较大的减排优势,为秸秆成型燃料利用提供了基础性数据。     

玉米秸秆酶解上清液厌氧发酵产氢工艺优化

该文主要以粒度小于0.088 mm秸秆粉的酶解上清液为底物与热预处理后的活性污泥进行厌氧发酵产氢试验,以累积产氢量为考察指标,基于响应面Box-Behnken模型研究不同影响因素对玉米秸秆酶解上清液厌氧发酵产氢的影响,对玉米秸秆酶解上清液厌氧发酵产氢工艺进行优化。结果表明:温度、初始p H值和还原糖浓度三因素中,温度和还原糖浓度对玉米秸秆酶解上清液厌氧发酵产氢的影响最大。采用Box-Behnken模型获得的最佳产氢条件为:温度38.32℃,初始p H值4.93,还原糖浓度20.70 mg/m L,最大产氢量685.59 m L,此时最大产氢率为57.13 m L/g(玉米秸秆)。通过试验验证,实际最大产氢量为659.24 m L,产氢率为54.94 m L/g(玉米秸秆),与模型预测值相比,相对误差为3.84%,说明该模型具有较好的拟合性。该优化工艺可为后期连续流状态下的生物制氢系统提供参考。     

玉米秸秆成型燃料单锅灶的设计与试验(简报)

为了解决农村日益紧张的能源问题和秸秆焚烧问题,根据目前农村的主要生活炊事习惯和玉米秸秆成型燃料的燃烧特性,研制了玉米秸秆成型燃料单锅灶。试验结果表明：该灶达到了国家的相关标准,燃烧比较稳定,利用清洁,有效的利用了玉米秸秆,对于解决玉米秸秆焚烧的问题和改善居民炊事条件具有重要的意义。