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。     

生物质成型燃料链条蒸汽锅炉的研制

针对生物质成型燃料燃烧特性,通过优化设计和试验研制出适合生物质成型燃料燃烧的专用链条蒸汽锅炉,该锅炉为单锅筒纵置式布置,采用新型链条炉膛结构。试验得出,锅炉的燃烧效率达96.7%,热效率达83.2%,锅炉排烟中CO、NOx、SO2、烟尘含量分别为360×10-6、116×10-6、44×10-6、26.4 mg/m3,表明锅炉的燃烧效率、热效率较高,锅炉消烟除尘性能较好,排烟中的烟尘、氮氧化物及SO2含量低,符合国家锅炉的污染物排放标准要求。     

生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型

为研究生物质颗粒成型燃料压缩成型机理,该文用玉米秸秆、花生壳、小麦秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、木屑等6种生物质原料,采用生物质颗粒燃料成型机进行压缩成型,研究生物质颗粒燃料压缩成型过程,采用黏弹性理论,建立生物质颗粒成型燃料的本构模型,从力学角度提出生物质颗粒成型燃料的压缩成型机理,并研究对比不同种类生物质原料压缩的最大应力与能耗.结果表明,6种生物质原料中棉杆和木屑的最大应力较高,其余4种原料略低;木屑的压缩能耗最高,其次为棉秆、花生壳和豆秸,小麦秸秆和玉米秸秆较小.该研究结论为解决生物质颗粒成型燃料成型加工能耗高,关键部件受力磨损导致寿命低等问题提供一定参考.     

中国固体生物质成型燃料标准体系

为了促进中国固体生物质成型燃料产业健康发展,该文对中国固体生物质成型燃料标准体系进行了研究。论文对国内、外固体生物质成型燃料生产和销售现状及国外同类标准体系进行了详细的调研、分析和研究,阐述了构建中国固体生物质成型燃料标准体系的必要性和迫切性,提出了构建中国固体生物质成型燃料标准体系的指导思想和原则,对构成标准体系的框架和内容提出了具体建议,并进行了分析。     

生物质固体成型燃料加工生产线及配套设备

针对目前中国生物质原料复杂多样,以及生物质固体成型燃料加工过程中存在系统配合协调能力差、原料适应能力差、生产率低等问题。该文采用模辊式成型原理,研发设计了有强制喂料系统的成型机以及配套设备,采用二次粉碎工艺以及连续喂料与调制喂料相结合的混配工艺,提出了能够适应多种生物质原料特性的固体成型燃料生产工艺路线,建立了生物质固体成型燃料生产线。试验检测结果表明,采用生物质固体成型燃料生产线的每小时生产率比单机状态下提高了17.3%,经济效益提高13.3%,成型率达到98%,堆积密度和颗粒密度也明显高于单机,达到了设计要求。实现了规模化、连续稳定生产,有利于中国生物质固体成型燃料产业化的发展。     

生物质冷压成型模具摩擦热分析

为了揭示生物质成型过程中摩擦热引起的温度变化规律以指导生物质成型机的设计,根据生物质冷压成型特点和传热学原理,引入平均压力和当量速度等,建立生物质成型模具的摩擦热分析模型,对成型过程摩擦热进行数值模拟试验。结果表明,试验结果和模拟结果基本吻合,冷压成型摩擦热引起的温度变化为：成型模具内表面温度在工作运转60 min后达到木质素软化温度,成型制品质量有所提高,240 min后温度趋于稳定,最终温度在115～125℃;通过控制原料、模具材料、模具结构、生产率等因素,可缩短成型达到木质素软化点所需时间,提高成型质量。     

水热及水热氧化预处理对木屑成型颗粒理化性质的影响

生物质成型处理可以提高生物质的能量密度而降低其运输与储存成本,有利于生物质资源的综合利用。该研究以杉木屑为研究对象,经170～260 ℃水热及水热氧化预处理后制备成型颗粒,并使用范式法、X射线衍射仪和热重分析仪等测试手段分析了水热及水热氧化预处理过程对木屑及其成型颗粒理化性能的影响。结果表明：与原料相比,水热及水热氧化预处理后木屑成型颗粒的机械性能从原料的16.2 MPa分别增至38.9 和41.1 MPa,水热氧化预处理对木屑的机械性能提升更有效。在水热及水热氧化预处理过程中,随着预处理温度上升,木屑样品的结晶度均呈现先升高后降低的趋势,分别在230和200 ℃时达到最高值,且成型颗粒的机械性能与木屑中纤维素含量及其结晶度呈正相关趋势,结晶纤维素是影响其成型过程的关键组分。与原料相比,水热及水热氧化预处理明显改善了木屑成型颗粒的燃料品质及其燃烧性能,成型燃料的热值、综合燃烧指数和稳燃指标均得到明显提升,其中水热氧化处理更有利于木屑炭化程度的提升。     

影响秸秆固化成型燃料点火过程的因素分析

以LLA-6型户用生物质炉具为试验装置,分别考察了4种引火助燃剂、2种不同形状的烟筒及3种烟筒高度、点火助燃罩及其上方所铺放成型燃料厚度等因素对点火过程的影响。结果表明,助燃剂JC15和CJ51点火引燃效果最好,1.5 m高的锥形烟筒所用点火时间为普通圆柱形烟筒的51.3%;点火助燃罩上方的成型燃料厚度在0.5～3 cm之间时都能保证正常点火;不用点火助燃罩时,成型燃料摆放形状对点火过程有较大影响;7种摆放形状中窝形摆放点火效果最好。该研究为解决秸秆固化成型燃料在实际推广过程中普遍遇到的点火难问题提供了依据,为我国生物质固化成型燃料大规模推广指明了途径。     

双层炉排生物质成型燃料锅炉设计与研究

根据生物质成型燃料特性，通过详细的热工计算及一定加工工艺研制出适合于生物质成型燃料燃烧的专用锅炉，这种锅炉采用双层炉排结构，具有消烟除尘作用。不但燃烧效率高，气体及固体不完全燃烧损失小，而且排烟中的烟尘含量，氮氧化物及二氧化硫含量低，符合国家锅炉的污染物排放标准要求。在我国秸秆代煤方面有较高的推广应用价值。     

HPB-Ⅰ型生物质成型机的试验研究

对ＨＰＢ-Ⅰ型生物质成型机的成型参数、结构参数及生物质含水率作了成型试验研究,分析了成型压强与套筒的磨损及其影响因素。提出了通过合理调整成型温度和成型周期,选择合适的成型锥角和锥长能有效地降低成型机的单位产品能耗,延长易损件的使用寿命。为成型机的研制和应用提供了新的方法和依据。     

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。     

秸秆类生物质成型热黏塑性本构模型构建

针对生物质颗粒生产能耗高、效率低的现状,该文从生物质组成角度,特别是木质素特性出发探讨其成型机理。秸秆成型过程由于内摩擦力的作用产生大量热量,温度的上升会造成木质素的软化,木质素的这一变化为纤维颗粒的团聚提供了黏结力。温度和木质素特性对生物质塑性成型性能产生巨大影响,是热黏塑变形过程。为研究生物质内部特性对塑性成型过程的影响,运用内时理论,以玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆为研究对象,构建了秸秆类生物质压缩成型内时本构方程。借助黏土流动理论,推导定义生物质黏塑性强化函数和核函数,运用数值分析和试验得出本构方程的系数。与试验数据相比较,基于内时理论的热黏塑性本构模型较好的模拟了生物质塑性流变过程。结果显示,向秸秆中添加20%的木质素,可有效提高其塑性流动性能,降低其在相同应变下的应力以及生产能耗;当成型温度在100~115℃之间,应变率在1×102~1×103 s-1之间,对于木质素质量分数分别为29%的玉米秸秆、33.5%的小麦秸秆和34.3%的水稻秸秆的固化成型性能最好。     

生物质成型燃料的物理品质和成型机理的研究进展

为了提高生物质成型燃料的物理品质，以及为成型工艺的合理选择提供理论依据，在生物质成型燃料物理特性试验研究的基础上，结合目前国内外关于生物质压缩成型的最新研究进展，分析了生物质压缩成型的内在机理，揭示了生物质成型燃料的品质指标与生物质成型过程的粒子特性、生化特性和电势特性的关系，为今后深入开展生物质压缩成型的研究提供了新的思路和途径。     

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。     

添加凹凸棒黏土对生物质固体成型燃料抗结渣性的影响

针对当前生物质固体成型燃料抗结渣剂成本高、抗结渣效果差等实际问题,该研究采用凹土作为天然复合添加剂,制备了凹土添加量为0～7%的生物质固体成型燃料,并对其进行了工业分析及高位热值测定。燃烧生物质固体成型燃料获得灰样,采用高速相机采集灰样宏观形貌,采用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对灰样微观形貌进行分析。最后借助X荧光（X-ray Fluorescence,XRF）、X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）对生物质灰成分进行确定,以分析凹土抗结渣机理。结果表明,凹土添加量为3%以下时,热值下降速度较小,但灰分随凹土添加量增大而增加较快。由宏观形貌和微观形貌谱图发现,凹土可以极好地提升生物质固体成型燃料抗结渣性,这主要是因为添加凹土后,凹土改变了K的迁移途径,生成了更多KAlSiO4、KAlSi2O6、Ca2Mg（Si2O7）等高熔点的复盐。该研究可为解决生物质固体成型燃料行业缺乏高效低成本抗结渣剂问题提供良好解决方案。     

中国生物质固体成型燃料CDM项目开发

为了促进中国生物质固体成型燃料CDM项目的开发,该文以北京市某生物质固体成型燃料生产厂为例,利用小规模方法学AMS.I.C“有无发电的用户热能利用”及其他相关方法学,通过确定项目边界、设定基准线情景和主要参数,进行生物质固体成型燃料小型CDM项目开发,并制定了监测计划.结果表明,年生产1万t生物质固体成型燃料厂,温室气体减排量为13 688.22t/a,减排潜力较大.这表明该领域进行CDM项目开发具有较好的可行性,对中国实现温室气体减排目标具有重要的意义.     

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。     

生物质颗粒燃料炊事炉的性能

生物质颗粒燃料作为一种清洁燃料,需要设计能使其高效、清洁燃烧的特殊炉具。该文介绍了3种生物质颗粒燃料炊事炉原始样炉的热效率、燃烧特性、烟气中污染物浓度等测量结果。试验过程中以玉米秸秆颗粒为生物质颗粒燃料,并参照国家标准GB4363－1984《民用柴炉、柴灶热性能测试方法》,采用烧水试验方法。试验结果显示：这3种炊事炉都可以清洁地燃烧用农业、林业固体剩余物制成的颗粒燃料;其中带有微型风机供风的炊事炉根据试验结果改进后的产品炉的热性能和大气污染物排放水平均满足北京市地方标准DB11/T 540－2008 《户用生物质炉具通用技术条件》规定的指标和限值。     

玉米秸秆致密成型燃料燃烧动力学分析

为近一步实现秸秆致密成型燃料高效燃烧的合理利用,该文选用玉米秸秆致密成型燃料进行燃烧动力学分析,通过对玉米秸秆在不同粒度（1、0.25 mm）和不同升温速率（10、20、40℃/min）进行热重分析,采用一级反应动力学模型,得出不同实验水平下的热重、热重变化率及差热,利用热重和热重变化率计算出动力学参数——活化能和频率因子, 最后得到玉米秸秆的热解动力学方程。研究表明：玉米秸秆致密成型燃料的燃烧过程大致可以分为燃料吸热失水反应、挥发分析出和燃烧反应及固定碳的燃烧反应3个阶段,升温速率和样品细度的变化对燃料的活化能及最大失重速率有一定影响,玉米秸秆致密成型燃料的活化能在升温速率为20℃/min时最大。该研究为进一步研究生物质成型燃料的实际热解过程分析以及燃烧设备的设计参数选择提供理论依据。     

生物质燃料多功能炉设计与性能测试

为了解决当前生物质燃料炉存在的热效率低、排放不达标、有焦油味、炊事取暖不兼顾、炊事高度与烧炕爬烟高度不兼顾等问题,该文结合北方地区农村居民生活习惯,设计了一种集取暖、炊事、洗浴等功能于一体的生物质多功能炉,并对其性能进行了测试。结果显示,其额定热功率为8.0 kW,热效率为69.7%,炊事热效率为39.2%,炊事火力强度为39 926 J/g,综合热效率为78.55%,烟气排放指标低于国家标准。研究结果可为中国北方地区的生物质燃料多功能炉的设计和应用提供参考。