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.     

玉米秸秆与油页岩混烧的热重试验

为了充分燃烧利用农业生物质与油页岩,采用热重-差示扫描量热(TG-DSC,thermogravimetric-differential scanning calorimetry)技术对玉米秸秆与油页岩混合燃料进行了热重试验,对其各燃烧特性与燃烧机理进行了分析并计算了燃烧动力学参数。结果表明,混烧试样的微分热重(DTG,differential thermogravimetric)曲线出现4个峰值,主要分别是半纤维素热解、纤维素热解、木质素和油页岩热解,以及油页岩焦炭燃烧和油页岩无机盐热解。在DTG曲线第1至第3峰之间出现DSC曲线放热峰,在DTG曲线第3峰至第4峰之间出现DSC曲线吸热峰,需要强化混合燃料的前期燃烧;玉米秸秆与油页岩的质量比例为4∶1时的混合燃料S2,其混烧的可燃特性、着火特性及综合燃烧特性指数均最大,燃尽时间最短,燃尽特性指数较大;在前3个温度区段,混合试样的活化能及频率因子均随温度区段的升高而降低,体现了活化能与频率因子变化的一致性;低温阶段与高温阶段反应级数分别约为1.5及0.7。研究结果可为生物质和油页岩的混烧利用提供参考。     

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。     

草本类生物质与烟煤混烧特性及其影响因素分析

为了研究草本类生物质与烟煤的混烧特性,在空气气氛下分别对甜菜根、柳枝稷与烟煤的混烧特性进行热重试验,分析升温速率和质量配比对混烧特征参数的影响,并与纯烟煤的燃烧特征进行比较。结果表明:混合样品的着火温度远低于烟煤,但略高于纯生物质的着火温度,随着升温速率的提高,混合燃料着火温度逐渐提高。当生物质质量比例大于20%时,提高升温速率才能有效提高混烧样品的挥发分释放性能和综合特性指数,升温速率一定,生物质质量比例越大,混烧样品的挥发分释放特性指数和综合特性指数也越大,生物质质量比例为80%,升温速率为50℃/min时,混合样品有较好的燃烧性能。在10～90℃/min的升温速率范围内,柳枝稷混烧样品的燃烧特征参数均大于甜菜根混烧样品。研究结果可以为生物质与烟煤混合燃料的高效燃烧提供参考。     

BCT-1型生物质燃气燃烧器的研制

该文介绍了生物质燃气的基本燃烧特性，并给出了BCT-1型生物质燃气燃烧器的基本结构。BCT-1型生物质燃气燃烧器采用鼓风扩散式燃烧，使用柴油作为点火介质，燃烧过程实现自动控制。该燃烧器适用于多种生物质气化燃气，试验表明燃烧器在稳定工作条件下燃烧效率为98％，烟气CO含量小于1×10^-6，各项性能指标达到燃气燃烧器的基本要求。     

生物质热解固体热载体高温烟气加热装置设计与试验

固体热载体加热生物质是生物质热解制取生物油的工艺手段之一。为解决固体热载体间接加热方式升温慢、效率低问题,设计了一种流化床生物质燃烧的热烟气直接加热固体热载体装置,分析了其结构与原理,开展了固体热载体升温性能和流化床燃烧器的燃烧特性试验研究,并对试验结果进行了热平衡分析。结果表明:流化床高温烟气加热陶瓷球热载体的平均热能利用率为66.3%,流化床燃烧生物质粉产生的高温烟气能够满足热载体加热装置对热源的需求,热载体加热器内的热量传递方式主要是对流换热。陶瓷球热载体与加热器内高温烟气的对流传热系数为475 W/(m~2·℃)。研究对结果对解决生物质热解液化技术中的固体热载体加热升温关键问题具有重要指导意义。     

气相温度脉动对非球形生物质颗粒焦炭燃烧的影响

将生物质颗粒与煤粉混合燃烧,可以有效地利用生物质能。生物质颗粒通常形状很不规则,有着较大的长径比,非球形特性较为明显。对于在燃烧室内运动与燃烧的生物质颗粒,气相湍流脉动是否会对非球形生物质颗粒的燃烧反应过程产生作用有待探讨。该文研究了气相温度脉动对热气流中非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧的影响,给出了不同气相平均温度和颗粒长径比下生物质颗粒瞬时质量和瞬时焦炭燃烧速率随时间的变化。研究表明气相温度脉动对不同长径比的生物质颗粒的焦炭燃烧过程均有明显的影响,导致颗粒质量下降变快,焦炭燃尽时间变短。气相温度脉动幅度的增加进一步加快了不同长径比颗粒瞬时质量的下降。该文的研究揭示了气相温度的湍流脉动对非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧过程的作用,这种作用并不会因为颗粒长径比的变化而发生改变。     

影响能源植物产量和燃烧质量的农田管理因素

随着经济的快速发展,化石燃料短缺日益成为困扰国际社会的重大问题。开发利用生物质能源植物是解决能源危机的有效途径之一。能源植物的产量和燃烧质量是决定其能量产出的关键;然而,国内尚未见有关能源植物生产影响因素的系统分析和报道。该文在分析生物质能源植物的特性、类型和燃烧质量的基础上,结合近年来国内外能源植物的相关研究,重点讨论了水分、养分和收获时间等农田生产措施对能源植物产量和燃烧质量的影响,以期为中国生物质能源植物的生产管理提供参考。     

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。     

生物质资源能源化与高值利用研究现状及发展前景

生物质是唯一能够直接转化为燃料的可再生能源,其开发利用既可以弥补低碳能源的需求,减少环境污染,也是中国实现"碳中和"目标的重要手段。该研究围绕以秸秆为主的生物质资源制备清洁能源和高值利用的总目标,系统分析生物质资源通过生物或热化学等转化途径制备气、液、固三相清洁能源的综合利用技术和模式,重点论述厌氧消化制备生物燃气、水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化与生物油提质和生物质制备固体燃料4项技术发展现状与研究进展。在4项生物质转化技术中,厌氧消化制备生物天然气工业化程度最高,由于其大都基于大型养殖场建立,可有效解决原料收集问题,而且厌氧消化技术与沼气净化技术相对较为成熟,生物天然气可直接作为燃料、电力和热力来源供用户使用;由于生物质制备液体燃料中存在转化过程成本较高、产物分离困难、提质效率低、产品不稳定等问题,很难与当前应用端平稳接轨,因此水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化制备生物油技术规模化发展水平较低;对于生物质制备固体燃料,其成型技术较为成熟,配套炉具的研发也有效解决了成型燃料应用端的问题,其规模化应用最大的难点在于原料的收集与存储。文章最后对未来生物天然气、生物质液体燃料与固体成型燃料发展前景进行展望,为实现农村生物质资源高效制备清洁能源及高值利用提供借鉴。     

随机鲁棒区间-生物质电厂选址风险分析模型

优化生物质发电厂厂址对于中国生物质发电行业意义重大。然而,生物质发电厂选址系统中包含多重不确定性和复杂性。忽略这些,将给生物质发电厂带来风险。因此,充分考虑生物质发电厂系统中的多重不确定性,将鲁棒随机规划（robust optimization,RO）与区间规划（interval parameter programming,IPP）融于两阶段规划（two-stage programming,TSP）框架中,建立基于随机鲁棒区间风险分析模型（stochastic robust interval model, SRIM）的生物质发电厂选址模型。该模型可以处理表现为离散区间和随机性的不确定变量。并且对于随机过程产生的风险进行追索,增强生物质发电系统的安全性。通过调节不同风险等级,可以对系统进行风险分析,利于决策者对系统安全性和经济性做出衡量。该文以装机容量为15 MW的生物质发电厂为案例。模型结果显示：该规划区域拟建设生物质发电厂数量为1,优化厂址介于（245,242）km至（250,247）km;各个燃料收储站优化配送方案;以及不同鲁棒等级下的系统风险和系统成本。通过模型得出的结果合理可行,可以为生物质电长选址提供科学的依据及决策支持。     

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。     

酯类含氧燃料应用研究现状及进展

随着全球能源消耗加剧,有限的石化燃料已难以满足人们对能源的需求;而汽车保有量却不断增加,使得车辆向大气中排出的有害污染物急剧增加,这对内燃机行业发展提出了新的要求和挑战。因此,各国从能源安全和环保的角度出发,开始寻找新型燃烧模式,实现内燃机的高效清洁燃烧。酯类含氧燃料作为石化燃料的替代品或添加剂,在燃烧过程中,可提供额外的氧,能使燃料进行充分燃烧,改善燃料物化性质,达到降低有害物质排放、提高燃烧性能的目的,故开发新型酯类含氧燃料有着环保和缓解对石化燃料依赖的双重意义。该研究对生物柴油、长链脂肪酸醚基酯、碳酸酯类、醚酯类、乙酰丙酸酯类清洁含氧燃料的理化性质、排放特性以及在内燃机上的应用进行了讨论,分析酯类含氧燃料的优缺点,并指出酯类含氧燃料应用趋势以及未来研究建议。     

国外生物液体燃料发展和示范工程综述及其启示

概述了国内外利用农林废弃木质纤维素、能源作物和生活垃圾等生物质制备生物液体燃料的发展现状和工程进展动态,着重讨论了美国、巴西、欧洲、加拿大等国促进生物液体燃料发展的政策和法规,介绍了各国在纤维素乙醇、油脂加氢、气化-费托合成液态烃等生物液体燃料制备技术的大型运行及在建工程装置,分析了中国该领域的基础,分析了生物液体燃料发展中存在的主要障碍,如原料成本高及供给不确定,高生产成本及政策不确定性。提出继续研发高效的生物液体燃料技术路线、加大中试和示范工厂建设和投入、开展生物液体燃料生产企业与航空公司及与传统能源化工公司的合作等促进其未来发展的建议与方向。同时应立足国情,加强国家层面的生物液体燃料使用目标,完善政策保障,建立反映各类能源环境成本的能源价格和税收制度,为生物液体燃料能源产业发展建立公平的竞争环境。