麦秸半焦低温催化气化实验研究

以麦秸半焦为研究对象,比较麦秸半焦和酸洗麦秸半焦700℃下水蒸气气化实验,研究了麦秸灰分中碱金属含量、催化剂种类(K基、Ca基和Fe基)对气化过程的影响。实验结果表明,麦秸灰分中较高含量的碱金属K能够有效促进半焦气化的进行,使得在非催化条件下半焦的碳转化率达到63.4%,相比酸洗麦秸半焦提高了2.6倍。低温下碱金属K基催化剂对半焦气化的促进作用显著,在700℃和K/Al催化剂条件下H2产率和碳转化率分别达到118.60 mol/kg和98.5%,相较于Ca/Al、Fe/Al催化剂而言,H2产率分别提高了10.7%和20.5%,碳转化率提高了12.4%和31.0%;而Ca/Al及Fe/Al催化剂有利于水气变换反应的进行,可提高气化产物中H2体积分数,降低CO体积分数。综合考虑碳转化率、气体产率及气体组分含量等因素,在催化效果较好的K基催化剂中添加适量的Ca基催化剂有利于调节产气成分,从而进一步提纯获得富氢气体。     

污泥及秸秆生物质固体燃料制备中试工艺及燃烧特性

为实现污泥的无害化和资源化处置,该文利用处理量为24t/d的中试试验台,进行了化学调理剂添加比例、脱水时间、秸秆尺寸等工艺参数对污泥制备固体燃料性能影响的研究。结果表明:以Fe3+和Ca2+为调理剂,污泥及秸秆等生物质制备固体燃料最佳的铁钙比及燃料压滤最优时间分别为1∶4～1∶2和6h;化学调质法制备的污泥固体燃料存在一个脱水极限,在脱水压力为1.2MPa、秸秆或木屑添加质量比为10%时,污泥固体燃料的质量含水率最低为40%～50%;同等条件下,秸秆越长,燃料脱水性能越好;燃料着火点低,约500K,完全燃烧温度范围窄,燃烧性能好,可做替代燃料使用。该文研究成果对降低污泥处理成本、实现污泥的无害化、资源化处置具有重要的理论意义和实用价值。     

基于LSSVM和SA-BBO算法的循环水系统优化

火力发电厂循环水系统的优化对确定凝汽器最佳真空,以及提高火电厂整体效率、节能降耗,意义重大.以某电厂2台600 MW机组循环水系统为研究对象,建立了基于最小二乘支持向量机（LSSVM）的汽轮机功率预测模型.该模型解决了神经网络中的局部极小值问题,取得了很好的预测效果,泛化能力强.在此基础上,建立了以利润最大化为目标函数,综合考虑循环水泵功耗、汽轮机组功率微增以及煤、电能量价值市场差异的凝汽器真空优化模型.实际应用中,该模型计算时,首先以一定周期从实时数据库中读取电厂运行的最新工况信息,并进行数据预处理和稳态判别;再采用模拟退火生物地理学优化混合算法（SA-BBO）对凝汽器真空优化模型进行寻优,得出了不同工况下的凝汽器最佳真空、循环水泵的最优组合运行方式及优化收益.将寻优结果制成循环水系统的优化组合图,可以指导现场运行调节.     

樟子松热解生物油提质工艺系统能值分析

生物质热解提质制高品位生物油技术是当前研究热点,该文基于能值投入产出结构和能值指标,考虑环境因素,运用能值分析方法对樟子松快速热解催化加氢提质(方案1)和超临界乙醇提质(方案2)制高品位生物油系统进行综合评价,并分别从生产效率、自然环境支持力以及可持续性3个角度进行对比。结果表明,在生产等量燃料情况下,方案2消耗的太阳能更少,效率更高,但在人类社会投入及总投入方面方案1少于方案2,方案1系统的可再生率更高,对环境的压力更小,可持续性更好,工艺更受环境支持。该文为提高生物质热解提质制生物油系统的综合性能提供理论依据。     

生物炭/凹凸棒石复合材料对铅镉的吸附

为探讨生物炭/凹凸棒石复合材料对废水中重金属的吸附效果与作用机理,以水稻、小麦秸秆与凹凸棒石为原料,在缺氧条件下热解制备生物炭/凹凸棒石复合材料。通过批量吸附实验研究时间、浓度及pH等因素对复合材料吸附溶液中Cd²⁺和Pb²⁺的影响,利用SEM、BET、XRD、FTIR等方法对吸附前后的复合材料进行表征分析,从定性和定量的角度分析其作用机理,明确主导吸附机制。结果表明：准二级动力学和Langmuir等温模型更符合复合材料对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附过程。与原始生物炭和凹凸棒石相比,水稻秸秆与凹凸棒石比例为5∶1时制备的复合材料RABC5-1和小麦秸秆与凹凸棒石比例为3∶1时制备的复合材料WABC3-1具有更好的吸附效果,对Cd²⁺的最大吸附量分别为132.97 mg·g^-1与132.39 mg·g^-1,对Pb²⁺的最大吸附量分别为222.60mg·g^-1与220.55 mg·g^-1。机理分析表明,复合材料对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附机理主要包括沉淀作用、官能团络合作用、离子交换作用和阳离子-π作用。定量分析进一步证明,沉淀作用在RABC5-1、WABC3-1吸附Cd²⁺的过程中所占比例分别为84.6%、77.3%,在吸附Pb²⁺的过程中所占比例分别为82.0%、78.3%,是复合材料吸附重金属的主要机理,其次为阳离子交换作用,官能团络合作用和阳离子-π作用对吸附的整体贡献率较小。研究表明,复合材料RABC5-1与WABC3-1具有良好的吸附Cd²⁺和Pb²⁺的性能,是一种极具潜力的吸附材料,且沉淀作用是复合材料吸附重金属的主导机制。     

钝化剂联合农艺措施修复镉污染水稻土

为研究镉污染土壤修复方法,选取粉煤灰、磷矿粉、生物炭3种钝化剂单独施加或与叶面喷施硅肥联合开展田间试验,研究它们对水稻产量、水稻籽粒吸收镉与土壤有效态镉的影响,同时采用比表面积孔径孔容(BET)、表面形貌(SEM)、红外光谱(FTIR)、元素组成(EDS)等多种表征手段研究钝化剂的表观性质。结果表明:生物炭具有疏松多孔的结构特征和较大的BET比表面积(达146.83 m2·g-1),且含有较多的羧基等含氧官能团,这种官能团能与镉形成络合物而使得重金属有效态降低。田间试验结果表明,各处理均可升高土壤pH和降低土壤镉的有效性,其中,生物炭处理降低土壤有效态镉含量的效果最好,降低幅度达41.53%,其次为粉煤灰和磷矿粉,有效态镉含量分别降低了27.92%和25.97%。在降低土壤有效镉含量方面,钝化剂与叶面硅肥配施的处理与钝化剂单施的处理无显著差异。此外,各处理均降低了水稻籽粒中镉的含量,其中生物炭与叶面硅肥配施的处理降低籽粒镉含量的能力最强,降低幅度达17.59%。在水稻产量的方面,除了单施生物炭处理,单施磷矿粉和粉煤灰处理均不能提高产量,钝化剂与叶面硅肥配施的处理均能显著提高产量。研究表明,生物炭与叶面硅肥配施能同时显著降低土壤中有效态镉含量和水稻籽粒镉含量,并具有显著的增产作用。     

Effects of different catalysts on steam gasification ofbiomass char at low temperature

生物质气化技术是将低品位的生物质能转换成高品位能源的有效途径。该文以稻壳和麦秸半焦为试验对象,进行了低温下生物质半焦的水蒸气气化试验,研究了浸渍法制备的碱金属催化剂和气化温度对生物质半焦气化行为的影响。结果显示,对于稻壳半焦气化而言,相同负载量的K基催化剂的催化效果明显优于Na基催化剂,相比非催化时稻壳半焦的碳转化率分别提高了18.2%和13.5%,差异明显。增加K2CO3负载量有利于半焦气化反应的进行,但负载量不宜超过30%。不同的煅烧温度,催化剂的活性组分存在形式有较大差别,负载量为30%的K基催化剂在800℃煅烧后具有最佳的催化效果。相同条件下,麦秸半焦的气体产率和碳转化率均较高,在700℃下添加该催化剂时分别达到130.0 mol/kg和95.9%,相比非催化时分别提高了57.0%和34.1%。随着温度的降低,气体产率和碳转化率均明显下降,该文催化条件下的半焦气化温度不宜低于700℃。研究结果可为生物质低温气化高效催化剂的选择提供理论依据。     

烘焙生物质与煤不同配比混合物的流动及下料特性

在BT-1000粉体综合特性测试仪和有机玻璃下料试验系统上,分别进行了烘焙生物质与煤粉二元混合物的流动及下料特性试验,重点探讨了烘焙生物质质量分数对烘焙生物质与煤粉二元混合物流动特性的影响规律,并对不同烘焙生物质与煤粉混合物流动特性的差异进行了比较;进而考察了烘焙生物质质量分数(0~100%)和下料口直径(15、17、21、24和27 mm)对烘焙生物质与煤粉二元混合物下料特性的影响规律,并提出了预测烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒系统下料质量流率的经验公式。结果表明:随着烘焙生物质质量分数的增加,混合物的休止角和压缩度逐渐增大,Carr流动性指数(FI)逐渐减小,混合物的流动特性逐渐变差。与休止角法和压缩度法相比,采用Carr流动性指数法对于烘焙生物质与煤粉二元混合物流动特性的评价更加细致全面。该文所研究的4种原料的FI从大至小依次为:无烟煤1无烟煤2烘焙生物质1烘焙生物质2。对于4种不同烘焙生物质/煤粉混合物,其流动特性由一般(common)过渡至较差(poor)的转折点(即FI=60)所对应的烘焙生物质质量分数从小到大依次为:无烟煤2(平均粒径为120μm)/烘焙生物质2(平均粒径为115μm)(34%)无烟煤1(平均粒径为250μm)/烘焙生物质2(52%)无烟煤2/烘焙生物质1(平均粒径为230μm)(70%)无烟煤1/烘焙生物质1(85%)。随着烘焙生物质质量分数的增加,不同烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐减小。混合物的下料过程是否能够正常进行主要取决于混合物中烘焙生物质的添加量,即烘焙生物质的质量分数,其下料极限生物质添加量可以通过测定烘焙生物质/煤粉混合物的FI进行预测。当烘焙生物质的添加量使得烘焙生物质/煤粉混合物的FI55时,即流动特性处于较差(poor)且接近非常差(bad)的区域,甚至进入非常差(bad)范畴时,混合物的下料过程将无法进行。随着下料口直径的增大,不同配比的烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐增大。该文所获得的不同配比烘焙生物质与煤粉混合物下料质量流率经验公式可以在-15%到+25%的误差范围内对烘焙生物质与煤粉二元混合物的下料质量流率进行较好地预测。     

CO2-N2气氛下热解工艺对稻秆生物炭吸附Cd2+的影响

为了获得对镉离子(Cd~(2+))具有高吸附性能的水稻秸秆生物炭,研究了热解温度、停留时间、升温速率和反应气氛对生物炭特性的影响。以CO_2-N_2为反应气氛,确定了混合气氛中CO_2的比例以及与CO_2-N_2气氛相匹配的整套热解工艺参数。通过pH、红外光谱(FTIR)和比表面积(BET)等表征手段并结合吸附实验确定了生物炭的性质。结果表明,向反应气氛中添加CO_2可使得生物炭具有良好的多孔结构,同时在其表面引入了较多含氧官能团。综合考虑Cd~(2+)的去除率、生物炭产率和成本等影响因素,最终确定了最合理的CO_2比率为0.5,与该CO_2-N_2气氛相匹配的其他参数分别为热解温度800℃、停留时间1 h、升温速率10℃·min~(-1)。在该最佳热解工艺下制备的生物炭,对初始浓度为250 mg·L~(-1)的Cd~(2+)溶液去除率高达96.6%,表明该方法能将农业废弃生物质转化为高附加值产品,并用于处理废水中的Cd。     

低氧烟道环境制备污泥活性炭

为降低污泥制备活性炭的成本,以高温低氧烟道气为媒介,研究了活化时间、温度、蒸气含量以及氧含量对污泥活性炭性能的影响规律,结果表明：活化温度、活化时间及水蒸气流量的最佳值分别为800°C、90 min和34.8%,该条件下污泥活性炭比表面积、产率、甲基橙及亚甲基蓝吸附值分别为：246.3 m2/g、46%、14.8 mg/g、18.1 mg/g。因而,高温低氧烟气直接用于物理活化法制备污泥活性炭,活化气量（水蒸汽）不够,产品活性炭的性能差,活化温度高达800°C,运行成本仍偏高。将湿污泥用ZnCl2按1∶1浸渍16 h后活化炭化,在活化温度、活化时间、氧含量分别为550°C、90 min、2%时,污泥活性炭的产率为59%,其比表面积和亚甲基蓝吸附值分别达516.1 m2/g和129.8 mg/g,孔体积为0.29 cm3/g,微孔体积为0.16 cm3/g,平均孔径为3.95 nm,性能较好。氧气能促进活性炭微孔的形成与发展,最佳的氧含量为2%~4%。与无氧条件下制备的污泥活性炭相比,氧含量为4%时制得的污泥活性炭的比表面积增加了6.82%,亚甲基蓝吸附值提高了2.75倍。该研究表明：高温烟气作为热源、保护气和活化气,结合化学活化法,可将脱水湿污泥直接制成污泥活性炭。该结果可为低成本制备污泥活性炭、实现污泥处理的资源化利用提供一定的参考。