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。     

水热生物炭燃烧特性与动力学分析

采用热重法对锯末、玉米秸秆水热生物炭燃烧特性及动力学进行了研究,考察了不同升温速率(10、20、40℃/min)对燃烧特性的影响,分析了它们的燃烧特性及动力学参数。结果表明:1)水热炭化前后生物质燃烧质量损失集中在挥发分和固定碳燃烧阶段,升温速率快,着火温度、燃尽温度高,整体向高温区转移,综合燃烧特性指数越大;2)40℃/min时,锯末水热生物炭综合燃烧特性指数远大于玉米秸秆,在其余升温速率下区别不明显;3)以20℃/min相同升温速率时,锯末、玉米秸秆水热生物综合炭燃烧特性相对于未炭化生物质下降27%、13%;4)采用一级反应动力学模型和积分法对水热生物炭燃烧动力学进行了研究,一级反应动力学能很好的描述2种生物炭的燃烧动力学,相关系数(R2)均高于0.9,挥发分阶段活化能大于固定碳阶段的活化能。研究结果可为水热生物炭的燃烧应用能提供理论指导。     

生物质三组分燃烧特性及动力学分析

采用热重分析法对纤维素、木聚糖和木质素的燃烧特性及动力学进行研究,考察了不同升温速率(20、40、60、80℃/min)对燃烧特性的影响,求出了生物质三组分的燃烧特性参数和动力学参数。研究表明:纤维素和木质素的燃烧失重分别集中在挥发分和焦炭的燃烧阶段,而木聚糖的燃烧在这2个阶段失重都比较大。纤维素和木质素在低温段和高温段燃烧的最佳反应级数分别为1和2,而木聚糖在这2个温度区间燃烧的最佳反应级数都为1。     

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。     

油页岩半焦矿物组分分析及其与玉米秸秆混烧特性

利用程序升温热分析技术对不同混合比下油页岩半焦/玉米秸秆进行了热重燃烧试验,并对不同燃烧终温下的油页岩半焦进行了X射线衍射XRD(x-ray diffraction)试验。研究了汪清油页岩半焦与玉米秸秆在整个混烧过程中各燃烧组分的变化,考察了汪清油页岩半焦的矿物组分对其影响,采用基于固体分解动力学的TG(thermogravimetric)曲线模拟法得到了混样各阶段燃烧组分的变化曲线。结果表明汪清油页岩半焦矿物质的分解与聚合反应主要发生在873~1023 K;混样的主燃烧阶段包含4个阶段,玉米秸秆的掺入有效促进了混样中挥发分的析出燃烧,并促使矿物质碳酸盐的分解向低温区迁移,而反应级数的改变可以作为各阶段燃烧组分变化的表征。研究结果可为油页岩半焦燃烧的工业化利用提供理论技术支持。     

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。     

烘焙林业废弃物生物质与煤粉不同配比混合颗粒的流化特性

为考察烘焙林业废弃物生物质与煤粉二元混合物的流化特性,在自行搭建的流化试验装置上,进行不同质量配比的烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒系统的流化试验,获得该系统的流化特性曲线,并在此基础上确定二元混合颗粒的起始流化速度、最小流化速度和完全流化速度等特征速度,进而获得“组分-特征速度”的相平衡图,探讨烘焙生物质质量分数（0,20%,40%,60%,80%和100%）对二元混合颗粒流化特性的影响规律,并提出了预测烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒最小流化速度的经验公式。结果表明,煤粉颗粒与烘焙生物质颗粒单独流化时,流化曲线可以划分为4个区域：I固定床区域,II过渡区域,III起始流化区域和IV完全流化区域。完全流化区域标准化床层比压降值的大小依次为：无烟煤1（0.90）>无烟煤2（0.86）>烘焙生物质1（0.84）>烘焙生物质2（0.53）,流化质量依次变差。烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒的流化曲线与其单组分颗粒的流化曲线近似,但区域II和III所对应的气速的范围明显缩小。随着烘焙生物质质量分数的增加,完全流化区域的标准化床层比压降值呈现出逐渐减小的趋势,混合颗粒的流化质量逐渐变差,起始流化速度先增大后减小,完全流化速度先减小后增大,最小流化速度逐渐减小。不同特征速度对应着不同流化阶段间的过渡,通过流化气速所处的区间并结合“组分-特征速度”相平衡图,可以对二元混合颗粒所处的流化状态进行预判,并可根据实际工程应用需要对操作流化气速进行相应的调节。该文所获得的不同配比烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒最小流化速度经验公式可以在-25%～+20%的误差范围内对烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒的最小流化速度进行较好地预测。研究结果可为生物质与煤流化床共气化工艺中的气化炉等相关工艺设备的设计和安全稳定运行提供参考。     

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。     

燃用生物质气化气的内燃机特性分析

生物质气化气的组分对内燃机的排气温度、最大爆发压力、有效热效率和尾气排放都具有重要影响.各种气体成分的燃烧速率以及其中的阻燃成分都直接影响气缸内混合气的燃烧,同时影响内燃机的尾气排放.分析发现内燃机的排气温度过高、爆发压力偏低、能耗偏高的主要原因是由于生物质气化气热值低、燃烧速度慢:通过对尾气排放的测试分析发现,混合气的完全燃烧可以降低碳烟、CO和HC的排放,降低燃烧温度可以降低Nox的生成率.     

生物质灰肥特性及对杨梅生长发育与果实品质的影响

生物质灰肥是利用生物质燃烧残渣开发的一种富含矿质营养元素的肥料。本文分析了4种原料生物质灰渣的特性,研究了生物质灰肥对杨梅(以荸荠种和东魁种为供试品种)生长发育和品质的影响。结果表明:生物质灰渣富含K、Si、Ca、Mg等营养元素,重金属含量符合国家标准。相同总养分含量条件下,生物质灰肥处理较杨梅专用肥和普通复合肥及对照处理明显提高杨梅坐果率与优质果比例,并使总可溶性固形物及糖含量较对照和普通复合肥处理显著上升;可滴定酸含量、Vc含量、单果重与其他3个处理差异显著,果实品质明显改善;东魁杨梅、荸荠杨梅的单株产量增幅最高分别可达26%、27%;同时,施用生物质灰肥能促进早熟。因此,将生物质灰肥用于杨梅生产可以提高其品质,并减少生物质灰渣对环境的污染。     

稻壳与煤混合燃烧特性试验

采用非等温热重法对稻壳、煤及其混合燃料进行燃烧试验,使用Flynn-Wall-Ozawa（FWO）和Kissinger- Akahira-Sunose（KAS）2种方法分析了样品的燃烧反应动力学参数,分析了掺混比、升温速率对燃烧特性参数的影响,探讨了燃烧过程中混合燃料成分间的协同效应。结果表明：混合燃料的点火温度与纯煤相比有明显降低,燃烧特性有明显改善,随着稻壳掺混比由10%升至70%,燃尽温度从730℃降低至650℃,燃尽程度也逐渐变大,失质量从86.1%增至91.5%,综合燃烧特性指数从2.153×10-8增加到1.183×10-7;随着升温速率的增加,混合燃料的燃尽温度和综合燃烧指数均会增大,但点火温度和燃尽程度几乎不变;稻壳与煤混合燃烧时组分间会发生协同作用,且随着稻壳掺混比的增加,协同效应参数逐渐增大,协同效应越来越明显;FWO和KAS法得到的煤的活化能分别为37.66和31.00 kJ/mol,稻壳的活化能分别为20.96和16.30 kJ/mol;混合燃烧过程中,活化能随着温度和转化比而改变,随着稻壳掺混比的增加呈现出先增大后减小的趋势。     

基于多元线性回归模型的生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度预测

生物质中钾、钠等碱金属含量高,极易导致生物质与煤混燃灰沾污结渣严重。灰熔融特征温度是用于表征积灰结渣倾向的重要指标。该研究在充分考虑灰中酸/碱性组分对熔融特征温度影响的基础上,以生物质与烟煤混燃灰中Al₂O₃、SiO₂、P₂O₅、SO₃、K₂O、CaO、Fe₂O₃7种氧化物作为变量,利用Matlab软件建立了基于多元线性回归模型的生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度预测模型,并以中国农村典型的玉米秸秆和神木烟煤为试样,测定其在不同掺混比例、不同温度和不同停留时间下的灰分组成及熔融特征温度。试验结果表明：随着混合燃料中玉米秸秆的质量分数由25%增至75%时,灰样中MgO、K₂O、CaO、Na₂O等碱性氧化物的含量增加,特别是对于K₂O而言,其质量分数由5.89%升至14.41%,而Al₂O₃、P₂O₅和SO₃等酸性氧化物的含量逐渐减少,其中Al₂O₃的质量分数由12.05%降至7.78%,P₂O₅的质量分数由3.66%降至1.07%,SO₃的含量由7.70%降至1.48%。随着灰化温度升高和停留时间延长,Cl元素的含量明显减少。将该模型的预测结果与经验公式预测结果及试验结果对比,发现该预测模型中P₂O₅、SO₃对灰熔融特征温度的影响系数较大,这与试验结果基本相符。灰熔融特征温度与Al₂O₃、SiO₂、P₂O₅、CaO等氧化物含量呈正相关,表明这些氧化物成分有助于抑制熔融结渣。利用试验测量及经验公式等方法对该预测模型的结果进行检验,利用该模型预测的熔融特征温度与试验值的误差在5%以内,验证了该模型的准确性和可靠性。该模型研究结果可为准确预测生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度以及防治锅炉积灰结渣提供参考。     

中国西南石漠化地区农村能源消费结构研究

为考察烘焙林业废弃物生物质与煤粉二元混合物的流化特性,在自行搭建的流化试验装置上,进行不同质量配比的烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒系统的流化试验,获得该系统的流化特性曲线,并在此基础上确定二元混合颗粒的起始流化速度、最小流化速度和完全流化速度等特征速度,进而获得"组分-特征速度"的相平衡图,探讨烘焙生物质质量分数(0,20%,40%,60%,80%和100%)对二元混合颗粒流化特性的影响规律,并提出了预测烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒最小流化速度的经验公式。结果表明,煤粉颗粒与烘焙生物质颗粒单独流化时,流化曲线可以划分为4个区域:I固定床区域,II过渡区域,III起始流化区域和IV完全流化区域。完全流化区域标准化床层比压降值的大小依次为:无烟煤1(0.90)无烟煤2(0.86)烘焙生物质1(0.84)烘焙生物质2(0.53),流化质量依次变差。烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒的流化曲线与其单组分颗粒的流化曲线近似,但区域II和III所对应的气速的范围明显缩小。随着烘焙生物质质量分数的增加,完全流化区域的标准化床层比压降值呈现出逐渐减小的趋势,混合颗粒的流化质量逐渐变差,起始流化速度先增大后减小,完全流化速度先减小后增大,最小流化速度逐渐减小。不同特征速度对应着不同流化阶段间的过渡,通过流化气速所处的区间并结合"组分-特征速度"相平衡图,可以对二元混合颗粒所处的流化状态进行预判,并可根据实际工程应用需要对操作流化气速进行相应的调节。该文所获得的不同配比烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒最小流化速度经验公式可以在–25%～+20%的误差范围内对烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒的最小流化速度进行较好地预测。研究结果可为生物质与煤流化床共气化工艺中的气化炉等相关工艺设备的设计和安全稳定运行提供参考。     

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.     

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。