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。     

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。     

污泥连续水热炭化工程系统研究

水热炭化可以显著改善污泥的脱水性能,促进污泥的无害化、减量化、资源化利用,但目前污泥水热炭化技术的工业化应用鲜有报道。该研究基于工程规模的污泥水热炭化系统开展研究,重点研究了系统工程设计和控制逻辑,开展了系统参数测试,分析了污泥炭、气相和水相的理化性质和组分分布,并在此基础上进行了系统能量平衡分析。结果表明,系统污泥年处理量达1.4×104 t,水热炭化后的三相产物分别为污泥炭28.57%,水相70.00%,气相1.43%,污泥脱水率达75%,综合整个生产系统,系统加热能为454.22 MJ/t,动力耗能为64.80 MJ/t,连续水热炭化工程系统能耗比为83.83%,能量回收率为66.68%,系统具有较高的能耗比。该研究可为生物废弃物连续水热炭化技术的研发和推广应用提供重要的工程依据。     

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。     

秸秆捆烧清洁供暖技术评价

中国北方地区秸秆资源丰富，将秸秆打捆转化为能源实现清洁取暖，既能解决秸秆过剩问题，又能有效替代煤炭，对改善大气质量和人居环境具有重要意义。为探究秸秆捆烧清洁供暖技术的能源效率、经济效益和温室气体排放，采用3E（Economic，Energy and Environment）评价模型，从作物种植收获到秸秆捆烧供暖应用全过程开展系统评价，结果表明，秸秆捆烧供暖技术的能源和经济效益较好、温室气体排放少，适于居住较集中的村镇地区冬季供暖，也可用于农业、工业园区等区域供热。供暖面积0.5×104～10×104m2范围内，供暖面积越高，能源和经济环境效益越好，秸秆捆烧供暖的净能量10 512～10 774.8 MJ/t，能量产出投入比8.4～8.5，能源转化率较高，温室气体CO2当量排放量为9.67～11.21 g/MJ；技术经济成本391.1元/t（折合16.2元/m2）～560.5元/t（折合23.8元/m2），按基准收益率8%计算，供暖规模应不小于2×104 m2，若不考虑折旧只考虑运行成本，则供暖面积应不小于1×104 m2。与秸秆成型燃料和秸秆炭气联产供暖技术比较，均具有较好的经济效益，秸秆捆烧供暖技术的能量效益最优，温室气体排放量最少。与煤炭供暖技术相比，3种秸秆供暖技术的净能量产出不如煤炭，但温室气体排放仅为煤炭的1/10～1/7，秸秆清洁供暖技术的环境效益显著。     

玉米秸秆连续干馏条件下能量平衡分析

为分析外源加热与分段连续干馏技术工艺条件下的生物质热解特性,以玉米秸秆为原料,通过自行开发的生物质连续热解炭气油联产平台,开展了生物质连续干馏试验测试,分析了炭气油三态产物的理化性质、组分分布和受工艺参数影响的基本规律,并在此基础上进行了系统热量衡算和能量平衡分析。结果表明,连续热解条件下,玉米秸秆炭品质受物料在反应室的滞留时间影响大,滞留时间一般应不低于30 min,热解气热值可达到15~20 MJ/m~3,热解油组分极其复杂;玉米秸秆炭携带热量最多,约占产物总能量的47.88%,热解气占产物总能量的36.17%,木焦油和轻油分别占13.14%和1.74%;连续热解系统能耗比为0.97,能量回收率为75.7%。该研究可为外加热分段连续式生物质炭化设备的开发和推广应用提供重要的基础支撑。     

内加热连续式生物质炭化中试设备炭化温度优化试验

为分析内源加热与分段连续热解技术工艺条件下不同物料的热解炭化特性,探明炭化工艺参数对生物炭理化性质、生物炭得率及设备生产率的影响规律,以玉米秸秆、玉米芯和花生壳为原料,进行了设备生产工艺试验。试验结果表明,引风机转速为725 r/min,通过自动调节各进风口开度,使炉内负压维持在60 Pa左右时,不同炭化温度下的生物炭理化性质、设备生产率和生物炭得率均表现出较大差异,其中,固定碳含量和灰分等指标存在显著性差异(P0.05),玉米秸秆对炭化工艺参数最敏感。通过多指标综合评价分析,结合生产实际,玉米秸秆、玉米芯和花生壳的推荐炭化温度分别为550~600、600~650和600~650℃。该研究可为内加热连续式生物质炭化设备的推广应用提供重要的技术支撑。     

中国玉米秸秆草谷比及其资源时空分布特征

针对玉米秸秆资源量及时空区域分布不清等问题，该研究分析9个典型省的玉米秸秆草谷比差异性，并基于草谷比实测值，评价近10a中国玉米秸秆资源量的时空变化情况，预测玉米秸秆的资源潜力。研究结果表明，玉米秸秆草谷比实测值为（0.84±0.23），不同地区、不同品种草谷比差异显著，随着年份变化，玉米品种和种植方式在不断变化，草谷比逐年变小，从2009年1.2减小到2018年的0.84，估算2018年全国玉米秸秆理论资源量为2.16×108 t，比2009年仅增加3.9%。玉米秸秆东北和华北地区资源量最高，占50%以上，与2009年相比，东北、华北、西北地区资源量有所增加，华东、华中、西南、华南略有下降；单位面积玉米秸秆可收集资源量4.51 t/ha，比2009年增加23%，东北地区最高，其次华北、华东和西北地区，然后是华中和西南地区，华南地区最低。预测2025年玉米秸秆的理论资源量为(2.53±0.58)×108 t，可收集资源量为(1.86±0.51)×108 t。研究为全国各个地区的秸秆合理规划利用提供基本参考数据。     

生物质热解多联产在北方农村清洁供暖中的适用性评价

推进北方地区冬季清洁取暖,关系北方地区广大群众温暖过冬,关系雾霾天能不能减少。该文在总结中国北方农村地区采暖现状的基础上,阐释了清洁采暖的现实问题和基本需求。归纳梳理了生物质热解多联产的技术特征和主要多联产模式。在此基础上,提出了以生物质热解多联产技术为核心,适合中国北方农村地区清洁供暖的技术路径与应用模式,对各模式技术可行性、经济可行性和环境影响等进行了分析。研究结果表明,现有经济技术条件下,生物质热解多联产适用于北方地区农村清洁供暖,尤其适合优先示范推广以自然村或新型农村社区为单位的小型集中或分散供暖,200户左右的自然村供暖项目初投资一般不超过300万元,投资回收期为4~5 a。该研究为破解北方地区农村清洁取暖问题提供了新思路、新途径。     

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。