生物质与煤矸石混烧特性实验研究
生物质与煤共热解特性研究
生物质与煤共热解特性研究摘要：选取一种典型生物质样品（棉秆），并将生物质样品与煤分别以1:9、3:7、5:5的质量比混合。
采用热重分析法，在相同升温速率下，对各样品进行热解实验，探讨了生物质与煤热解特性的差异以及它们共热解时生物质对煤热解过程的影响。
研究表明，生物质与煤的热解特性差异很大：生物质热解温度低，热解速度快，而煤相对热解速度慢，热解温度高；在生物质与煤混合热解时，总体热解特性分阶段呈现生物质和煤的热解特征；随混煤中生物质比例的增加，热解温度降低，热解速度变快。
关键词：热重分析生物质煤热解共热解随着人们越来越关注化石能源的使用对生态环境的不利影响，生物质能源的利用份额逐年上升[1]。
但是，由于生物质分布分散、能量密度低、收集运输和预处理费用高、热值低、水分大、转化利用需要外热源等缺点[2]，使得单独利用生物质燃料的设备容量较小、投资费用较高、系统独立性差和效率低。
为了使生物质在较短期内实现大规模有效利用，并具有商业竞争力，生物质与煤混合燃烧和转化技术在现阶段是一种低成本、大规模利用生物质能源的可选方案。
1 生物质能的转化生物质的利用转化方式主要有直接燃烧、热化学转化和生物转化[3]。
热化学转化是指高温下将生物质转化为其它形式能量的转化技术，包括气化(在气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下对生物质进行部分氧化而转化成气体燃料的过程)、热解(在没有气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下，单纯利用热使生物质中的有机物质等发生热分解从而脱除挥发性物质，常温下为液态或气态，并形成固态的半焦或焦炭的过程)和直接液化(在高温高压和催化剂作用下从生物质中提取液化石油等)；生物转化法是指生物质在微生物的发酵作用下产生沼气、酒精等能源产品。
固体生物质的热解及其进一步转化是开发利用生物质能的有效途径之一。
在生物质热化学转化过程中，热解是一个重要的环节。
生物质形态各异，组成多为木质素、纤维素等难降解有机物，与矿物燃料不同，因此生物质热解过程是一个复杂的过程，影响生物质热解的运行参数有终端温度、加热速率、压力和滞留时间等[4]。
生物质与煤混烧过程中细微颗粒排放特性研究
生物质与煤混烧过程中细微颗粒排放特性研究生物质与煤混烧可以利用生物质碳循环的优点，并适用于现有燃煤锅炉改造，有效地降低成本，提高燃烧效率，但是由于生物质相比于煤含有更高含量的碱金属，而这些碱金属矿物在燃烧过程中又极易发生气化从而造成燃烧后的设备安全及环境问题，如灰沉积及其腐蚀的加剧、飞灰颗粒物排放的环境危害等。
因此，合理全面的分析探讨生物质与煤混烧后细微颗粒物的形成与排放具有重要的科学与实际意义。
本论文主要通过在高温沉降炉和立式热天平炉上开展生物质与煤的混烧试验，分析不同试验条件下生物质与煤混烧时细微颗粒(PM<sub>10</sub>)形成与排放的主要影响因素，研究不同生物质中生物化学组分的含量以及对PM<sub>10</sub>排放的影响趋势，并深入探讨生物质中不同存在形式碱金属的迁移特性及其对混烧后细微颗粒生成与排放的作用规律。
本文研究的主要内容如下：试验工况对混烧PM<sub>10</sub>排放特性的影响。
试验结果表明：不同种类的煤样与生物质混烧后生成的PM<sub>10</sub>在其质量粒径分布上并无太大差异，且与单一原料燃烧时较为相似，均呈双峰分布。
生物质与煤混烧过程中，碱金属和元素S，Cl大部分富集在亚微米颗粒当中，并且主要以碱金属的氯酸盐和硫酸盐的形式存在。
随着氧气浓度的增加，亚微米颗粒（PM<sub>1</sub>）与超微米颗粒物(PM<sub>1-10</sub>)的排放浓度随之递增，但PM<sub>1</sub>在PM<sub>10</sub>中所占的比例却出现较大幅度的降低。
随着燃烧温度的升高，PM<sub>1</sub>和PM<sub>1-10</sub>排放上升，且PM<sub>1</sub>的增长幅度较大。
煤与生物质(稻秸秆)共热解反应及动力学分析
煤与生物质（稻秸秆）共热解反应及动力学分析摘要：本文利用综合热分析仪，对煤（褐煤、无烟煤）与稻秸秆按不同比例混合及各自单独热解反应进行了热解实验。
结果表明，生物质与煤的热解过程可简化看作是在较低温度段（400℃以下）热解以生物质为主；在高温段（600℃～850℃）热解以煤为主。
生物质对煤的热解过程有促进作用，随着生物质参混比例的上升，使煤的热解高峰区的温度向低温区移动。
但是促进程度是随着生物质的量的增加而减小的，并且对褐煤的促进作用要比对无烟煤的作用明显。
在动力学分析中，发现褐煤和生物质单独热解过程在整个热解温度范围内可用coats-Redfern法按反应级数n=1的过程来计算出热力学参数；但是两者混合后的热解过程，由于反应机理及过程发生了变化，并不能用简单的热解动力学模型来描述；最后，对无烟煤与稻秸秆（质量比例3：2）的混合物按升温速率分别为10℃/min和20℃/min的热解过程作了对比试验，总结出升温速率对热解反应的影响。
关键词：煤与生物质稻秸秆热重分析动力学参数一引言生物质是人类利用最早、最多、最直接的能源，同时也是低碳燃料和唯一可运输及储存的可再生能源，可实现CO2的零排放。
我国生物质储量丰富，因此生物质能的开放和利用有着重大意义[1]。
同时我国煤炭资源丰富，在今后很长一段时间内对煤炭的依赖性还很大。
生物质与煤混合燃烧发电和热解转化技术是高效洁净合理利用我国两大优势能源的有效途径之一，不但可降低CO2、NOX 、SOX的排放量，而且可以有效解决生物质单独使用时的焦油问题。
对于煤与生物质共热解的问题，国内外的学者作了不同结论的实验研究。
对于其协同性问题，存在两个对立的观点。
Chatphol.M[2]、Collot.A.G[3]等人，各自在实验中得到无协同作用的结论；而Nikkhah.K[4]、McGee.B[5]等人则在共热解试验中得出有协同性的结论。
阎维平[6]用生物质混合物与褐煤的共热解试验证明生物质粉末对煤的热解有一定的促进和抑制的作用，两者间有协同性存在；而李文[7]、李世光[8]等人则通过试验说明两者无明显的协同作用。
生物质与煤混燃研究分析
生物质与煤混燃研究分析摘要:通过对生物质与煤混燃的研究方法、优势、燃烧特性以及研究结论的介绍,阐明充分开发生物质资源,进行生物质与煤共燃的研究对解决我国能源问题具有现实意义。
关键词:生物质;煤;混燃作为清洁的可再生能源,生物质能的利用已成为全世界的共识。
我国生物质资源丰富,生物质占一次能源总量的33% ,是仅次于煤的第二大能源。
同时,我国又是一个由于烧煤而引起的污染排放很严重的发展中国家,生物质被喻为即时利用的绿色煤炭,具有挥发分和炭活性高,N和S含量低,灰分低,与煤共燃可以降低其硫氧化物、氮氧化烟尘的含量.同时生物质燃烧过程具有CO2零排放的特点。
这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。
因此发展生物质与煤混合燃烧这种既能脱除污染,又能利用再生能源的廉价技术是非常适合中国国情的。
一、共燃的主要方式:(1)直接共燃:即直接将生物质混入煤中进行燃烧或生物质与煤使用不同的预处理装置与燃烧器。
(2)生物质焦炭与煤共燃:通过将生物质在300~400℃下热解,可以将生物质转化为高产率(60%~80%)的生物质焦炭,然后将生物质焦炭与煤共燃。
生物质与煤共燃燃烧性质的研究主要是利用热分析技术所得的TG-DTG曲线进行。
利用TG-DTG曲线可以方便的获取着火温度Th,最大燃烧速(dw/dt)max平均燃烧速度dw/dt)mean,燃尽温度Th等参数。
可以对一种煤和几种生物质以及它们以不同的比例所得的混合试样进行燃烧特性分析。
比如在STA409C型热综合分析仪上对各试样进行燃烧特性试验,工作气氛为N2和O2,流量分别为80ml/min、20ml/min ,升温速率为30℃/min ,温度变化范围为20~1200℃。
每个试样重量约5.0mg。
其数值根据自己的实验需要进行修改。
2 生物质与煤共燃的优势2.1 CO2等温室气体的减排由于生物质在燃烧过程中排放出的CO2与其生长过程中所吸收的一样多,所以生物质燃烧对空气CO2的净排放为零。
生物质能燃烧特性的实验研究
生物质能燃烧特性的实验研究第一章绪论随着世界能源需求的不断增长，传统化石燃料逐渐枯竭并污染环境，生物质能作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景和重要的意义。
生物质能是指从生物质中提取能量的过程，其来源主要包括农作物废弃物、林木和固体废弃物等，广泛应用于生活、工业、发电和交通等领域。
生物质能燃烧作为生物质能利用的主要形式之一，研究其燃烧特性具有极其重要的实际意义。
本篇论文主要对生物质能燃烧特性进行实验研究，从燃烧特性、燃烧效率和热值等三个方面展开深入探讨，并探究不同处理方式对生物质能燃烧特性的影响。
第二章生物质能燃烧特性的实验研究2.1 生物质能燃烧特性生物质能燃烧是指将生物质分解为一系列火焰化学反应产生的物质，包括水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氮气、灰分和粒子等。
生物质能的燃烧过程包括生物质的开始发热、可燃部分的燃烧反应、燃烧反应的终止和灰分的残留，整个过程较慢而稳定。
2.2 燃烧效率燃烧效率是指生物质能燃烧过程中被释放的热能和提供的热能之间的比值，反映了生物质能燃烧时能量转化的效率。
实验表明，燃烧效率与生物质粒度、形状、水分和灰分含量等因素相关。
一般而言，较小粒度生物质燃烧效率高，因为小颗粒的热辐射更强，火焰更容易扩散。
随着水分和灰分含量的增加燃烧效率逐渐降低，这是因为这些因素均会占据生物质中的可燃部分，从而影响燃烧反应的进行。
2.3 热值热值是指单位质量生物质能释放的热能，常用单位为焦耳/千克或卡/克。
不同类型的生物质能具有不同的热值，例如小麦秸秆、稻草、木材、棕榈油残渣等，其热值范围在14-20MJ/kg之间。
与传统加热方式相比，生物质能燃烧方式热值较低，需要考虑大量生物质的供应和储存。
第三章不同处理方式对生物质能燃烧特性的影响3.1 生物质粉碎生物质粉碎是将生物质切碎为较小的颗粒，以提高其燃烧效率。
实验表明，生物质粉碎程度对燃烧特性有明显影响。
随着生物质颗粒的减小，生物质能的燃烧反应更充分，因此燃烧效率和热值均得到提高。
生物质成型燃料燃烧特性的实验研究
氧化介质，使氧气内部扩散阻力增大，空气 与内层可燃物质的接触不充分导致生物质 成型燃料难于燃烧完全，造成炉温下降和燃 烧不稳定。在相同的燃烧时间下，随着温度 的升高，煤和生物质成型燃料的燃尽率都有 所提高；且燃烧温度不变，燃烧的时间越长， 两者的燃尽程度也越大，说明适当的提高燃 烧时间，燃烧就越充分，但是不能无限制的 延长时间，当燃尽率达到一定值时，再增加 时间，燃尽率不再提高。
由表1可以看出，生物质成型燃料的水 分明显高于煤，这使得其不易破碎，容易粘 附在设备上，增加粉碎的能耗。生物质成型 燃料与煤比，着火困难，水分影响了燃烧速 率，使炉内温度降低，使机械和化学不完全 燃烧的热损失增加；生物质成型燃料的挥发 分明显的高于煤，所以易于着火，燃烧稳定， 但火焰温度较低；煤的灰分较高，可燃成分 相对较少，热值相对较低，燃烧时，熔化的 灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和 燃烧，同时造成排渣困难。炼焦时，全部转 入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭 质量；生物质燃料中含碳量最高的也仅50% 左右，相当于生成年代较少的褐煤的含碳 量。特别是固定碳的含量明显地比煤炭少 [1]。因此，生物质燃料不抗烧,热值较低， 相比之下煤更难燃烧，着火燃烧的温度也较 高，易产生固体不完全燃烧，在灰渣中有碳 残余。 3 生物质成型燃料的纯烧特性 3.1温度和时间对燃料燃烧特性的影响
论文研究的主要手段是通过实验对生 物质和煤的燃烧特性进行研究。利用马弗炉 和烘干箱对生物质和煤进行工业分析。并通 过改变燃烧温度、改变燃烧时间以及改变燃 烧方式（生物质成型燃料、生物质粉末燃料 的纯烧和不同比例的混烧）等手段，研究生 物质和煤在马弗炉内燃烧后的燃烧特性以 及成灰特性。另外，通过不同比例的混合燃 烧实验，确定生物质与煤混烧的最佳混合
生物质与煤掺烧时SO2排放特性的实验研究
２
３
４
５
６
７
８
烟气中含氧量，％
基
号 嘲 翅 姑
木屑最小，麦秆最大，稻壳居中，由此可知，ＳＯ：排放量与三 种燃料含硫量密切相关。松木屑几乎不舍有硫，所以，掺烧松
木屑，ＳＯ，排放量是最小的。分析其原因可能是生物质富含
占
ｃＩ）
碱金属，碱金属元素与氧气、ＣａＯ结合，生产碱金属硫酸盐或 者碱土金属硫酸盐，从而降低ＳＯ，的排放；另外，随着含氧量 的增加，产生的ＳＯ：与氧元素结合生产ＳＯ。，这也可能导致
Ｈ．ｒ ４．９ ４．３ ６．８１ ２ ３６
Ｏ。 ３０．１ ３１．５ ３７．１１ ３．５７
Ｎ－ ０．４９ ０．５５ ０ ０５ ０．５３
Ｓ， ０．０８ ０．１１ ０．２５ ０．９５
麦秆
松木屑 阳泉煤
由于大量化石燃料的消耗，能源短缺问题日益严重，如何尽快
解决环境污染和能源资源匮乏问题成为当务之急。在我国， 生物质资源可作为能源利用约为７亿吨标准煤，且生物质的 灰分和氨硫含量都比煤的低，燃烧时对环境污染小。生物质 和煤的混燃是可再生能源和化石能源的综合利用，一些欧美 等发达国家近年来采取了将部分生物质和煤掺烧发电或气化 的新措施，该措旌既可以缓解能源短缺，降低ＣＯ：等温室气 体及ＮＯ×、ＳＯ×、Ｎ２０的排放。国内某些燃煤电厂已开始在 原有的燃煤机组上掺烧生物质，然而，目前对燃煤电站直接掺 烧生物质污染物排放规律的研究还不充分，尤其是结合燃烧
根据图８～图１０可知，对纯煤，随烟气含氧量的增加， ＳＯ：排放量逐渐降低，加入一定量的生物质后，随掺混比 的增加，燃烧生成的ＳＯ：体积浓度呈下降趋势。由于ＳＯ，
的排放量主要决定于燃料中Ｓ的输入量，煤在燃烧过程中
８０％一１００％的燃料Ｓ会转变成Ｓ０：，而大部分的生物质 含硫量极少或不含硫，因而，将生物质与煤共燃能够有效降低 ＳＯ：的生成量。同时，生物质灰分中含有大量碱金属或碱土 金属的氧化物，它们能够与Ｓ０２反应生成硫酸盐，起到固硫 剂的作用。与煤粉单独燃烧生成ＳＯ，的浓度相比，生物质与 煤共燃过程中掺混比的变化对ＳＯ：浓度的影响不显著。 ３．３同一含氧量，不同生物质，不同掺混比对ＳＯ。排放规律 的影响 为了研究生物质与煤的质量比对ＳＯ：减排效果的影响，
生物质与煤混合燃烧成灰特性研究进展
当生物质与煤混合燃烧时， 灰的成分对燃料 的结渣积灰特性有一定影响， 且不同燃料灰之间 还可能发生反应。生物质与煤混合燃烧时，灰中碱 金属及氯、 硫的反应行为会显著影响灰的沉积与 污染物的形成。 Wei Xiaolin 分析了混合燃料中矿 物质对碱金属滞留和释放的影响[17]，结果表明 Si， Al，Ca，Mg 和 S 会显著影响 Cl，K 和 Na 的沉积行 为。当煤与秸秆混合比例大于 1 时，燃料内大部分 K 被 Si，Al 结合生成 KAlSi2O6，这种物质能够抑制 锅炉表面的积 灰 ；在 温 度 为 1 200～1 400 K，秸 秆 含量低于 50%时，K 主要生成液态 K2SO4；当秸秆 单 独 燃 烧 时 ，K 主 要 生 成 气 态 KCl 和 液 态 K2Si4O9。 在空气冷却过程中，KCl 和 KOH 可能会 与 SO2 和 H2O 反应生成 K2SO4 后形成大量的气溶 胶。 Heije Miettinen Westberg 对木屑和煤在循环 流化床锅炉燃烧过程中一些无机元素在固相和气 相 中 的 分 布 进 行 了 研 究[18]，阐 述 了 生 物 质 燃 烧 时 K，Cl 和 S 的释放和变化规律，推断出燃烧室在低 温下可能发生如下反应：
生物质与煤的燃烧特性有很大区别，当燃烧 特性不同的燃料混合燃烧时，不能通过单一燃料 的 燃 烧 特 性 来 预 测 混 合 物 的 燃 烧 特 性 [4]，因 此 了 解煤与生物质混合后在燃烧状态下的行为特性 是很有必要的。 混合燃料的结渣积灰性可能高于 单一燃料燃烧时的结渣积灰性，也可能具有较低 的结渣积灰性，即混合燃料中的不同组分会以多 种方式影响其结渣积灰性。 灰分中碱金属的含量 以及和其它元素的含量比是影响灰熔点的最重 要 因 素 [5]。 1.1 混合比例的影响
生物质与煤混烧灰的熔融性实验研究
文章编号:CN23-1249(2011)01-0048-03生物质与煤混烧灰的熔融性实验研究李洪涛1,徐有宁1,黄景立2,纪桂英3(1.沈阳工程学院沈阳市循环流化床燃烧技术重点试验室,辽宁沈阳110136;2.山西电力科学研究院,山西太原071003;3.华电白音华金山发电有限公司发电部,内蒙古锡林郭勒盟026200)摘 要:为解决生物质与煤混燃存在的结渣积灰问题。
以稻秸秆、白杨木屑、稻壳和煤在不同配比下混合燃烧的灰分作为研究对象,利用HR -3C 灰熔融性测定仪研究了生物质与煤混合燃烧的熔融特性。
研究表明:生物质燃料中碱金属含量比煤中的含量要高,提高生物质的掺入比总体上会使灰熔融温度降低;此外,对于二氧化硅含量不同的生物质燃料其灰熔融性有所差别,因此锅炉改生物质混烧过程中,为避免结渣积灰问题应考虑灰的成分和掺入比。
关键词:生物质;煤;混烧;灰;熔融性中图分类号:TK6 文献标识码:AExperi m ent Study on Ash Fusi ng Character Duri ng Co -firi ng of Coal and Bio m assL iH ongtao 1,X u Youning 1,H uang J inli 2,JI G ui y ing2(1.Shenyang Key Laborato r y on C ircu lati n g F l u i d ized Bed Co mbusti o n Techno l o gy ,Shenyang institute of engineeri n g ,Shenyang 110136,China ;2.Shanx iE lectric Pow er Research I nstitute ,Ta i y uan 030001,Chi n a ;3.Pow er Generation Depart m en,t H uadian Ba i y i n hua JinshanPo w er P l a nt Co .Ltd .,X ilinguo l e ,026200China)Abst ract :To solve the pr oble m s o f slagg ing and fou li n g duri n g co-firi n g of coal and bio m ass .The ash character of coal and 3sorts of b i o m ass (rice ste m,poplar sa w dus,t rice husk)b le nds i n different m i x ing proporti o ns w ere stud i e d by theHR -3C detector of ash fusion .The results sho w tha:t the alkalim etal content i n bio m ass fuels is h i g her than the coal conten;t the bio m asses fraction is raised ,the ash f u si n g te m perature of b lends decreases generally ;i n addition ,it is d ifferences to the silica con tent of different b i o m ass ash,w hen the fuel o f coal fired bo iler change to bio m ass ,i n order to avo i d the proble m s of slagging and fou li n g ,it shou l d consi d er to the co m positi o n and m i x ing ratio o f ash .K ey w ords :b i o m ass ;coa;l co-firing ;ash ;ash characteristic te m perature收稿日期:2010-11-24作者简介:李洪涛(1975-),男,讲师,河北定州人,主要从事生物质能热化学转化技术以及两相流传热传质研究。
生物质煤炭复合燃料动力学分析
生物质煤炭复合燃料动力学分析全球生态环境因为化石燃料的燃烧而遭到严重的破坏，并且这一问题变得越来越突出。
我们迫切需要化石燃料的洁净燃烧，尤其是煤炭的洁净燃烧，实现能源利用的可持续发展。
冬季在我国的北方地区，有大量燃烧秸秆的现象，产生的空气悬浮颗粒会加剧空气的二次污染。
文章重点研究了国内大量存在的生物质杨木和秸秆煤炭复合燃料动力学相关特征，分析其应用于实际锅炉利用的可能性。
标签：生物质；杨木；秸秆；煤炭；复合燃料；动力学引言近年来，可再生能源因其灵活性好、燃烧效率高、传热性高和NOX、SOX、CO2排放量低而廣泛获得关注。
生物质可以转化成能量，这被认为是潜在的可再生能源[1]。
生物质的主要的应用是使用锅炉单独燃烧或与煤联合燃烧。
在我国的北方地区，秸秆燃烧排放大量污染物，导致雾霾等严重空气污染过程的发生或加强。
国家已制定了禁烧的相关法案，但目前尚无有效替代燃烧处理秸秆的方法，不少地区燃烧仍很普遍。
因此，有必要进一步探讨解决秸秆燃烧污染效应的其他途径[2]。
因此，秸秆作为生物质煤炭复合被视为混烧过程的一种备选方案。
文献[3]指出，在我国的大环境下生物质成型燃料与煤炭价格的比价，表明生物质的合理利用可促进两者比价的合理化，生物质完全取代煤炭是很难实现的，混合使用可更好的提高其燃烧效率。
同时，混烧生物质与煤可以更好的克服并解决个别缺陷样品，如含有高挥发分的生物量和高硫分高灰分的煤[4]。
除此之外，混合后由于灰分的存在，会有协同作用的效果。
富碳材料的热化学设施工业发展的转换主要需要全面的燃烧参数数据及其对过程动力学的影响。
在这种情况下，热分析方法如热重量分析法（TG）、微分热重量分析法（DTG）、示差热分析（DTA）、差示扫描量热法（DSC），傅里叶变换红外光谱与热重联用（TG-FTIR）和热重质谱联用（TG-MS）技术被以日益增长的用于评价和表征化石燃料和可再生能源，并作为一种测定燃烧特性及动力学参数的重要手段[5]。
生物质与煤混烧的热重_红外试验研究
第36卷第1期煤 炭 学 报V o.l 36 N o .1 2011年1月J OURNAL OF C H I N A COAL SOC I ETYJan .2011文章编号:0253-9993(2011)01-0124-05生物质与煤混烧的热重-红外试验研究马爱玲1,2,谌伦建1,黄光许1,朱孔远1(1 河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作 454000;2 河南工程技术学校,河南焦作 454000)摘 要:利用TG -FTI R 对生物质、煤及其混合物的燃烧过程及燃烧产物进行分析,研究了生物质添加比例、升温速率、氧气浓度对燃烧过程的影响。
结果表明,生物质的加入可以有效改善样品的燃烧性能,提高样品的燃尽性能。
提高生物质添加比例,可以降低燃烧气态产物中CO 与CO 2的比例,提高燃料利用率。
提高升温速率和氧气浓度,可以提高生物质与煤混合物的燃烧速度,缩短燃烧时间,改善生物质与煤混合物的燃烧性能,有利于燃烧反应的进行;同时,燃烧气态产物中C O 所占比例逐渐减小,CO 2所占比例逐渐增大,提高了燃料的燃尽率。
关键词:生物质;煤;混烧;TG-FTI R 中图分类号:TQ534 文献标志码:A收稿日期:2010-05-20 责任编辑:许书阁基金项目:河南省重点科技攻关项目(082102340028)作者简介:马爱玲(1971 ),女,河南辉县人,工程师。
E -m ai:l m aa ili ng_71@163 co m 。
联系人:谌伦建(1959 ),男,四川射洪人,教授,博士生导师。
Te:l 0391-*******,E-m ai:l l un jianc @hpu edu cnTG FT I R experi m ental study on co fi ring of bio mass and coalMA A i ling 1,2,C H E N Lun jian 1,HUANG Guang xu 1,Z HU Kong yuan1(1 S chool o f M a te rial S cie nce and Eng i neeri ng,H e nan Polytec hnic Un iversit y,Jiaozu o 454000,China;2 H enan E ng i n ee ring and T ec hn i ca lS c hool ,Jiaozu o454000,Ch i na )Abst ract :The TG FT I R analysi s tec hno l o gy w as applied to ana lyze the co m busti o n pr ocess and products o f coa,l bio m ass and theirm i x tures ,and the i n fl u ence of b io m ass add ition ratio ,heati n g rate ,oxygen concentrati o n to the co m busti o n process w as a lso stud ied .The resu lts sho w t h at b io m ass can i m prove the co m bustion characteristics and the burn out perfor m ance of sa m ple .I ncreasi n g the b i o m ass pr oportion ,the C O and CO 2rati o in co m bustion gaseous products can be reduced ,and the ener gy utilization efficiency can be i m proved .W ith the i n crease o f heati n g rate and oxygen concentration ,the burning speed ofm ixtures can be enhanced ,the burning ti m e can be shortened ,the co m bustion per f o r m ance can be i m proved ,and the co m bustion reaction w ill beco m e easy .A t t h e sa m e ti m e ,the CO share i n t h e co m busti o n gases is m ore and m ore less ,the CO 2share is m ore and m ore l a rger ,the fuel s bur nout rate is be increased .K ey w ords :b i o m ass ;coa;l co firing ;TG FTI R生物质能是人类最早利用的能源之一,仅次于煤炭、石油和天然气,居第4位[1-2]。
生物质与煤混烧灰的熔融性实验研究
（ ． 阳工 程 学 院 沈 阳 市循 环 流化 床 燃 烧 技 术 重 点 试 验 室 ， 宁 沈 阳 １ ０ ３ １沈 辽 １１６
２ 山 西 电 力科 学研 究 院 ， ． 山西 太 原 ０ １０ ； ７ ０ ３ ３ 华 电 白音 华 金 山 发 电 有 限公 司发 电部 ， ． 内蒙 古 锡 林 郭 勒 盟 ０ ６０ ） ２ ２０
ｔｅ ｐ ｏ ｌｍｓｏ ｌｇ ｉ ｇ ａ ｄ ｆｕ ｉ ｇ ｉ ｓ ｏ ｌ ｏ ｓ ｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｉｎ ａ ｄ ｍｉｉ ｇ ｒｔ ｆ ｓ ． ｈ ｒ ｂ ｅ ｆ ａ ｇｎ ｎ ｏ ｌ ，ｔ ｈ ｕ ｄ ｃ ｎ ｉ ｒｔ ｈ ｏ ｏ ｉ ｏ ｎ ｘｎ ａｉ ｏ ｈ ｓ ｎ ｄ ｔ ｏ ａ
第 ｌ 期
２１ ０ １年 １月
锅
炉
制
造
Ｎｏ．１
Ｂ Ｉ Ｅ ＭＡＮＵ Ａ ＵＲＩ ０Ｌ Ｒ Ｆ Ｔ ＮＧ
Ｊｎ２ ｌ ａ ． ０１
文章 编 号 ： Ｎ ３—１４ （０ １ ０ — ０８— ３ Ｃ２ ２９２ １）１ ０４ ０
生 物 质 与 煤 混 烧 灰 的熔 融 性 实 验 研 究
ｋ ｌ ｍｅａ ｏ ｔｎ ｎ ｂ ｏ ｓ ｕ ｌ ｓｈ ｇ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅｃ ａ ｏ ｔ ｎ ；ｔ ｅ ｂ ｏ ｓｅ ｒ ｃｉ ｎ ｉ ａｓ ｄ，ｈ ａｉ ｔｌｃ ｎ ｅ ｔｉ ｉｍａ ｓｆ ｅ ｓｉ ｉｈ ｒｔ ａ ｈ ｏ ｌｃ ｎ ｅ ｔ ｈ ｉｍａ ｓ ｓｆａ ｔｏ ｓｒ ｉｅ ｔ ｅ
物质燃料中碱 金属 含量 比煤 中的含量要高 ， 提高生物质的掺人 比总体上会使灰熔融温度降低 ； 此外 ， 于二氧 对
化 硅 含 量 不 同 的 生 物质 燃 料 其 灰 熔 融 性 有 所 差 别 ， 因此 锅 炉 改 生 物 质 混 烧 过 程 中 ， 避 免 结 渣 积 灰 问 题 应 考 为
生物质与煤混合燃烧发电技术研究进展
第4卷㊀第1期2023年8月新能源科技New Energy TechnologyVol.4,No.1August,2023㊀作者简介:闫亚龙(1977 ),男,陕西神木人,经济师,硕士;研究方向:可再生能源开发与利用㊂生物质与煤混合燃烧发电技术研究进展闫亚龙,刘欣玮(国能锦界能源有限责任公司,陕西神木719319)摘要:在碳达峰㊁碳中和的大背景下,生物质作为一种可再生清洁能源,具有巨大的减排潜力㊂文章简单总结了生物质的燃烧特性与处理方式,通过对生物质进行预处理可以提高其储运的可靠性,减少生物质混烧中出现的结渣腐蚀等问题㊂文章重点介绍了生物质混烧技术路线及发展现状,发现直接混合燃烧技术相较于间接混合燃烧和并联混合燃烧具有低成本㊁简单㊁高效的特点㊂关键词:生物质;预处理;直接混燃;间接混燃;并联混燃中图分类号:TQ534;TK6㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀全球变暖是人类面临的巨大威胁,如果全球气温上升2ħ,将导致一亿人死亡以及数百万种动植物物种灭绝[1]㊂为了减少CO 2的排放,向绿色和清洁可再生能源转型对于社会的可持续发展至关重要㊂在可再生能源中,风能㊁水能和太阳能等新能源具有随机性和间歇性的特点,这对电网的调峰能力提出了挑战[2]㊂而生物质能源具有储量丰富㊁来源全面㊁排放低的特点,是一种具有较高应用潜力的可再生资源㊂生物质的发电技术包括直燃发电㊁混燃发电和气化发电㊂与直燃发电和气化发电相比,混燃发电具有成本较低㊁建设周期短,受原料性质影响较小的优点㊂燃煤机组混燃生物质作为一种经济㊁高效㊁清洁的利用方式,在碳减排方面具有很大的潜力,仅需对现有燃煤机组进行适当改造,不仅可以降低CO 2的排放量,还可以提高锅炉侧燃料的灵活性㊂本文针对生物质的分类㊁燃烧特性㊁预处理方式㊁混合燃烧方式㊁发展现状及遇到的问题等进行了简单的总结㊂1㊀生物质分类及资源现状㊀㊀根据国际能源机构(IEA)的定义,生物质是指通过光合作用形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物以及这些生命体排泄的有机物质㊂生物质能来源于太阳能,是继煤炭㊁石油和天然气之后的第四大能源㊂生物质的种类繁多,包括农业废弃物㊁林业废弃物㊁畜禽粪便㊁生活垃圾㊁污水污泥㊁废弃油脂等㊂目前,我国生物质资源年产生量约为34.94亿t,但利用率不高㊂从图1中可以看出,在各类生物质中,禽畜粪便的资源量最高,其次是秸秆,但能源化利用率除生活垃圾外均不超过20%㊂图1㊀各类生物质2020年产量及利用率2㊀生物质和煤的燃烧特性㊀㊀燃料特性可由工业分析㊁元素分析㊁灰分分析和低位热值表示[3]㊂表1给出了几种典型的生物质及煤的燃烧特性,从表1中可以看出,生物质的挥发分普遍更高一点,当与煤混烧时,有助于提高燃料的反应活性和点火特性[4]㊂与煤相比,生物质的水分较多,灰分和固定碳较少㊂水分含量是影响燃料燃烧的另一个重要因素,当燃料水分过多时,会使得着火困难㊂从表2中可以看出,生物质的C 含量较低,而H㊁O 含量较多,导致其热值较低,这是因为与C =C 键断开时释放的能量相比,生物质中的C-H 键和C-O 键断开时释放的能量较小㊂此外,生物质中的O 含量较多,使其氧化的活化能较低,从而拥有更高的反应活性[5]㊂生物质中的S和N较少,使其燃烧后释放出来的污染物与燃煤相比较少,与煤混烧时,可以减少污染物的排放㊂燃料的烧结性越强,则越容易在锅炉中形成烧结性积灰,而燃料的烧结性主要与燃料中所含的碱性物质有关㊂从表3中可以看出,生物质的碱性物质较煤更多,这使其通常表现出更强的结渣和结垢的倾向㊂表1㊀某些生物质和煤的工业分析表2㊀某些生物质和煤的元素分析表3㊀某些生物质和煤的灰分分析3㊀生物质预处理3.1㊀浸出㊀㊀生物质中碱金属含量较高,容易导致结渣㊁腐蚀等问题,使得混烧生物质时降低电厂可靠性㊁增加维护成本和运营成本㊂硫和氯的存在会加速锅炉的腐蚀,同时增加污染物的排放㊂因此可以通过浸出来减少生物质燃料中这些成分的存在,以减轻燃烧过程中遇到的问题㊂3.2㊀烘焙㊀㊀生物质和煤在化学性质和物理性质上都存在差异,生物质的水分较高,能量密度较低,再加上混合特性差,使得生物质和煤的混烧存在问题㊂而烘焙可以通过热处理使得生物质拥有与煤较为接近的物理性质㊂(1)烘焙可以去除生物质中的水分,提高了生物质的热值并能够使其形成外观类似煤的产物;(2)烘焙可以使生物质具有良好的疏水特性,提高其抗生物降解的能力[7],大大优化了燃料的储存特性,使其能够长时间稳定储存;(3)烘焙可以破坏生物质的木质纤维素结构,改善了生物质的可磨性和流动性,提高燃烧效率,同时有利于煤和生物质的均匀混合㊂3.3㊀生物质成型燃料㊀㊀生物质作为燃料与传统化石燃料相比最大的问题是能量密度低,给生物质的收集㊁运输㊁储存㊁预处理和给送等带来困难,限制了生物质的大规模应用㊂而生物质成型可以很好地解决这一问题,生物质成型工艺包括干燥㊁研磨和压缩㊂经过生物质成型后可以大大提高燃料的能量密度㊂单位能量所需体积减小可以大大降低运输和存储的成本,且成型后的生物质含水量下降,具有较高的低位发热量㊂4 生物质混燃发电4.1㊀混合燃烧方式4.1.1㊀直接混合燃烧生物质与煤直接混合燃烧是最常用的技术,就是把预处理过的生物质和煤直接混合送入锅炉进行燃烧,与其他燃烧方式相比,直接混合的投资成本最低㊂直接混合燃烧根据耦合位置可以分为4种类型,如图2所示㊂(1)制粉处混合:生物质和煤混合后送入磨煤机,磨制完成后分配到燃烧器㊂(2)给料混合:生物质由单独的磨机粉碎,通过输送管道与煤粉混合后送入燃烧器㊂(3)燃烧器内混合:生物质燃料也是由单独的磨机粉碎,但与煤粉在燃烧器中混合㊂(4)炉内混合:生物质由单独的磨机粉碎后送入专门的燃烧器燃烧,生物质的磨制与燃烧是独立的㊂图2㊀直接混合燃烧4.1.2㊀间接混合燃烧间接混合燃烧是先将生物质气化,再将产生的生物质燃气输送到锅炉[8],把燃气作为一种再燃燃料,可以减少氮氧化物的排放[9]㊂气化产物主要包括CO㊁CO2㊁CH4㊁H2O㊁H2㊁N2和一些轻烃㊂气化产物的热值与燃料的含水量有关,水分较高时会降低气化产物中可燃气的比例㊂4.1.3㊀并联混合燃烧并联混合燃烧采用了完全分离的生物质燃烧系统,生物质和碳分别在独立的锅炉中燃烧,再将产生的蒸汽输送到发电机组耦合发电㊂并联混合燃烧设计了一个独立燃烧生物质的锅炉,优化了燃烧过程,使结渣和腐蚀等问题大大减轻,为大比例掺烧生物质提供了更多的可能性,降低了操作风险,可靠性更高,但资金投入也大大增加㊂4.2㊀混合燃烧技术㊀㊀大多数生物质混燃项目都是利用现有的燃煤电厂改造以适应生物质燃料与煤的混合燃烧㊂由图3可知,燃烧技术一般分为固定床㊁流化床和悬浮燃烧㊂不同燃烧技术的特点如表4所示㊂煤粉锅炉采用悬浮燃烧技术,对燃料的要求较高㊂因为颗粒尺寸小,燃料气化和固定碳燃烧同时发图3㊀燃烧技术分类生,因此,可以实现负载快速变化和高效控制㊂通过适当的分阶段配风可以实现低过量空气系数和低NO X排放量㊂同时,与流化床或炉排炉相比,煤粉锅炉受结渣㊁结垢和腐蚀的影响较小㊂流化床燃烧技术可分为鼓泡流化床和循环流化床㊂由于混合良好,流化床能灵活处理不同的混合燃料,实现了燃料多样化,增加了现有发电厂的燃料范围,但对燃料颗粒尺寸有一定要求㊂炉排炉属于固定床的一种,适用于含水量高㊁灰分含量高和燃料尺寸变化大的生物质㊂由于过量空气系数高,炉排炉的热效率较低,限制了该燃烧技术的广泛应用㊂目前,炉排炉较多地应用于间接混合燃烧和并联混合燃烧中㊂表4㊀炉排炉、流化床和煤粉锅炉燃烧特点5㊀生物质混合燃烧发展现状㊀㊀目前,商用的生物质混合燃烧技术以直接混合燃烧和间接混合燃烧为主㊂生物质混合燃烧发电在欧美国家应用较广,约2/3的大型生物质混烧电厂坐落于欧洲,尤其是北欧和西欧㊂在欧洲,英国大部分燃煤电厂均采用了生物质混合燃烧,总装机容量达到25366MW㊂英国燃煤电厂中采用了多种生物质原料,包括农业剩余物㊁能源作物和林业剩余物㊂英国部分燃煤电厂如表5所示,其中部分已停产㊂最典型的是英国最大的燃煤电厂Drax,该电厂装有6台660MW 燃煤机组㊂表5㊀英国生物质混烧电厂㊀㊀德国最常用的燃料是污水污泥,50%的混燃电厂都使用污水污泥,以3%混燃比混烧,可以不对电厂做出大的改造㊂相较于其他生物质资源,污水污泥全年可得且通常为负成本,同时,秸秆和废木屑也是主要的生物质燃料㊂表6列举了德国一些混燃污水污泥的电厂㊂从表6中可以看出,德国生物质混烧电厂以煤粉炉为主,少数使用流化床㊂表6㊀德国生物质混烧电厂㊀㊀在北美,美国和加拿大是生物质混烧发电的主要应用国家㊂对于美国和加拿大而言,大规模进行生物质混合燃烧的问题在于充足的生物质来源㊁生物质的运输和储存㊂截至2010年,美国560家燃煤电厂中有40家正在使用生物质混烧技术,并在持续增加中[10]㊂所有的生物质混烧电厂都采用直接混合燃烧的方式,大多数为煤粉锅炉㊂美国近50%的生物质混烧工厂采用的原料是木制品,如木屑和木材废料㊂表7列举了美国部分生物质混烧电厂㊂表7㊀美国生物质混烧电厂㊀㊀在亚洲,中国㊁日本和韩国等国家也开始采用生物质混燃技术㊂在这些地方,生物质混烧的主要原料是木质颗粒㊂2013年,日本有24台燃煤机组开始混烧生物质试验或已投入运行,到2017年,约有29个大型燃煤煤机组混烧生物质㊂国内的生物质混合燃烧发电技术起步较晚,也是以间接混燃和直接混燃为主㊂国内生物质混烧电厂,如表8所示㊂2005年,国内首个生物质混烧电厂华电十里泉发电厂建成,引进丹麦BWE公司的秸秆发电技术,生物质发电容量26.0MW[12]㊂2010年国电宝鸡第二发电有限责任公司在300MW燃煤机组上进行生物质预处理成型与煤小比例混燃的试验,但由于运行期间亏损严重,目前已停运[13]㊂2012年,国电长源荆门电厂采用生物质间接混烧技术将640MW煤电机组改造为燃煤耦合生物质发电项目,是间接混燃技术在我国大型燃煤电厂的首次成功应用[12]㊂大唐长山热电厂是目前国内投运的容量最大的生物质混燃发电机组,采用CFB微正压空气气化后送入660 MW超临界锅炉燃烧[14]㊂华电襄阳发电厂6号机组是国内首个以秸秆为主要原料的生物质间接混燃发电机组,于2018年投产㊂表8㊀国内生物质混烧电厂[11]6㊀生物质混合燃烧存在的问题及解决方法6.1㊀结渣、腐蚀和积灰㊀㊀生物质中灰分的形成过程与煤粉燃烧相似[15],在生物质颗粒燃烧和焦炭颗粒形成过程中,挥发性有机金属化合物首先析出,再进行脱挥发分,最后部分碱金属和碱土金属以及挥发性微量元素扩散出来㊂随着气体温度的降低,挥发性组分成核并冷凝形成亚微米颗粒㊂高浓度K和Na通过成核㊁冷凝和反应会导致各种严重的灰相关问题,如碱诱导结渣㊁硅酸盐熔体诱导结渣和团聚㊂KCl被认为是整个燃烧过程中最稳定的气相含碱金属物质,也是影响生物质结渣的主要物质[16]㊂在燃烧过程中,烟气中的Cl2㊁HCl㊁NaCl㊁KCl等物质在高温下会破坏金属的氧化层加速金属的氧化而导致直接腐蚀,或者形成熔融状碱盐对过热器造成腐蚀,而在低温下当受热面的壁温低于酸露点时,会凝结成酸液对金属发生腐蚀作用㊂可以采用优质合金或者抗腐蚀涂层来减少腐蚀㊂对于生物质混烧过程中的结渣㊁腐蚀和积灰等问题,存在多种对策,包括使用添加剂和浸出等方法㊂浸出直接从来源中去除K,使用添加剂旨在改变灰分成分,并进一步减少挥发性碱物质的存在㊂石灰㊁方解石㊁高岭土和长石等矿物被用作添加剂,有望改善生物质燃烧过程中与灰有关的问题㊂当与燃料混合或添加到燃烧系统中时,这些添加剂可以:(1)通过改变或稀释灰中的耐火元素来提高灰的熔化温度;(2)与低熔点化合物结合并将其转化为高熔点化合物;(3)通过物理吸附降低燃烧系统中有问题的灰种浓度[17]㊂浸出是一种有效的预处理手段,可以去除生物质中的无机物质,特别是碱金属㊁硫和氯减少结渣积灰等问题㊂浸出可分为水浸出㊁醋酸浸出和酸浸出㊂约100%的Cl和90%的碱金属可溶于水,因此,人们对水浸出的研究非常关注㊂6.2㊀污染物排放6.2.1㊀SO X排放混燃生物质可以降低SO X排放量主要是因为生物质中的S含量较低,如农林废弃物的平均含硫量仅为0.38%,低于煤的平均含硫量1%[20]㊂此外,生物质中碱金属含量较高,与烟气中SO2反应生成硫酸盐起到固硫作用,也会减少SO X的排放量㊂目前,电厂中应用最广泛的脱硫技术是石灰石/石膏湿法脱硫(FGD),但当生物质中的氯含量较高时,产生的HCl 可能会影响FGD的脱硫效率㊂6.2.2㊀NO X排放生物质混烧可以降低电厂中NO X的排放量㊂首先,生物质中N含量较低,使得燃料型NO X减少㊂其次,生物质的热值较煤炭低,混烧生物质时炉膛温度降低,可以减少热力型NO X的生成量㊂最后,生物质燃烧的中间产物是NH3,其向NO X的转化率较低[18]㊂通过燃料分级㊁烟气再循环和炉内空气分级等可以有效控制NO X的排放㊂在此基础上,使用选择性催化还原脱硝技术(SCR)可以进一步降低排放量,实现超低排放㊂但在使用SCR时,过低的烟温以及生物质灰中的无机挥发物可能会导致催化剂失活[19]㊂使用碱金属含量较低的生物质以及选择合适的共燃比可减少这一问题㊂6.2.3㊀烟尘排放烟尘排放主要来源于燃料中的灰分,生物质中的灰分含量较低,所以混烧生物质时通常会降低烟尘的排放,但生物质高挥发分和碱金属含量的特点使烟气中存在大量亚微米级悬浮颗粒㊂采用静电除尘器难以将其完全去除,需加装袋式除尘器,但要防止微细气溶胶堵塞布袋㊂同时,由于生物质热值较低,混烧后产生的烟气量较大,选择除尘技术时要考虑到这一点㊂7 结语㊀㊀在 双碳 压力下我国面临着能源转型,燃煤电厂混烧生物质发电技术可有效减少CO2排放量,是实现低碳发展最为经济有效的方法,在世界各地得到了广泛应用㊂(1)通过对生物质和煤燃烧特性的分析可发现,生物质的挥发分较高,C㊁N㊁S含量较少,燃煤电厂混烧生物质可以提高燃料的反应活性,不仅实现大幅度CO2减排,还减少了SO X㊁NO X和烟尘等污染物的排放㊂(2)通过浸出㊁烘焙㊁生物质成型燃料等与处理方式可以提高生物质燃料的能量密度,解决生物质燃料在储存㊁运输方面存在的问题㊂(3)通过对国内外生物质混烧发展现状的总结可以发现,直接混合燃烧仅需对目前的火电厂进行改造,投资成本较低,是目前的主流技术路线,且生物质混烧电厂向大容量机组发展㊂我国的生物质混烧技术与欧美国家存在差距,电厂发电机组容量较小,生物质混烧项目的建设和运营还需要国家政策补贴㊂(4)对于生物质混烧中出现的结渣㊁腐蚀和积灰等问题可以通过生物质预处理及使用添加剂来解决㊂[参考文献][1]RICHARDSON Y,BLIN J,JULBE A.A short overview on purification and conditioning of syngas produced by biomass gasification:catalytic strategies,process intensification and new concepts[J].Progress in Energy and Combustion Science,2012(6):765-781. 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生物质及煤矸石混合热解及燃烧特性实验的分析研究
T a b.3.1T h er m o g ra v i m et r i e a n a l y si s i n st r U m en t差热系统采用带有深度负反馈的直流微伏放大器，具有灵敏度高，噪声小，零点漂移小，抗干扰能力强等特点。
天平测量系统采用无刀口支撑的扭力、回零式天平，位移检测器采用光电元件;力矩输出器采用电磁式力矩转换器，为减少基线的零漂、温漂，采用温度补偿装置。
温度控制采用先进的专用微处理器芯片，先进的人工智能调节算法，具有较高的可靠性及抗干扰性能，控制精度高。
仪器电源电压为交流单相220士10%、频率50士IH z、电源需可靠接地放置仪器的工作台应该坚固可靠，周围不得有影响仪器精度、寿命的震动、强电、强磁场干扰和腐蚀性气体存在。
实验仪器的温度范围:室温~1450℃(工作温度1350℃);实验使用仪器:氧化铝(a一A1203)，镊子1把，铝增锅2只;差热放大系统量程:士10、士25、士50、士100、士250、士500、士1000林V;测重系统最大负载:29，最大分度值:10卜g，量程:0.1、0.2、0.5、l、、2、5、10、20、50、100、200、500、1ooo m g，电减码范围:o一999.99m g，机械减码范围:19;微分系统量程:0.1、0.2、0.5、1、2、5、1om留m i n;温度控制系统的升温速率0.1~30℃/m in，气氛控制系统气体为氮气和氧气，气体流量:毛loom Fm l n。
数据处理具有实时采集D T A、T G、D T G和T曲线，数据处理、打印、列表、数据存取等功能，软件操作系统采用菜单方式，人机对话，操作简单，数据速度快，精度高。
②实验样品采用1种煤研石和5种生物质进行实验，其中取3种生物质和煤研石进行混合热解实验，分别是玉米秸秆、糠壳和锯木屑。
实验样品被破碎至0.5~以下，并放入105℃的恒温炉中干燥l h。
煤研石和5种生物质的工业分析见表2.1。
烟煤／生物质混燃特性实验研究
Ｅ ｗ ｒ ｅｔｒ ｄ ａｄＬ ｓ 等 利 用 一 些 燃 烧 特 性 参 数 对 生 物 ｅ 质 与 煤 混 燃 进 行 了 判 定 ，得 出 了 生 物 质 掺 混 比对 燃料 的 着 火 温 度 和 燃 烬 温 度 的 影 响 结 论。 Ｍ． ． ｉ等 利 用 逐 渐 升 温 的 方 法 进 行 了煤 粉 与 Ｖ Ｇｌ
为燃烬时刻。 为 了探 讨 温 度 对 煤 粉／ 物 质 混 燃 特 性 的 影 生
２ １ 掺混 比的影 响 ．
响 ，选 取 ７ ０℃ ，８ ０℃ ，９ ０ｏ ０ ０ ０ Ｃ，对 掺 混 １ ％ 玉 ０
王金星 ，李 超 ，刘 慧敏 ，黄江城 ，王春 波
（ 北 电 力 大 学 能 源 动 力 与 机 械 工 程 学 院 ，河 北 保 定 ０ １０ ） 华 ７ ０ ３
摘要 ：利用热重分析 法 ，对烟 生物质混燃动力学进行 了实验研 究。进行 了不 同掺混 比、不同温度 、不 同生物质等 因素的探 讨。结果表 明 ，在 恒温条件 下煤粉 与生物质混 燃不存在阶段 性。生物质 对煤粉 有促 进燃烧和燃烬的作用 ，随着掺 混比的加 大 ，燃烧越剧 烈 ，越 易燃 烬；温度 的增 加有利 于燃烧 的进行 ，温
度 越 高 ，燃 烧 强 度越 大 ；不 同 生物 质 对煤 粉 的促 进 作 用 不 同 ，挥 发 分 含 量 高 且 灰 分 含 量 低 的 生 物 质 促 进
生物质与煤共热解特性研究_尚琳琳
文章编号:0254-0096(2006)08-0852-05生物质与煤共热解特性研究 收稿日期:2005-10-27尚琳琳,程世庆,张海清(山东大学能源与动力工程学院,济南250061)摘 要:选取4种典型生物质样品(麦秆、稻秆、木质素、造纸废液颗粒),将生物质样品与煤分别以1∶9、3∶7、5∶5的重量比例掺混。
采用热重分析法,在相同升温速率下,对各掺混样品进行热解实验,探讨了生物质与煤热解特性的差异以及它们共热解时生物质对煤热解过程的影响。
研究表明,生物质与煤的热解特性差异很大:生物质热解温度低,热解速度快,而煤相对热解速度慢,热解温度高;在生物质与煤混合热解时,总体热解特性分阶段呈现生物质和煤的热解特征;将各生物质样品与煤混合热解的实际微分曲线与按比例折算后曲线进行比较,得出实际微分曲线与折算曲线基本吻合,即生物质对煤的热解无明显影响。
关键词:热重分析;生物质;煤;热解中图分类号:TK6 文献标识码:A0 引 言在我国能源结构中,煤炭资源因其丰富的储量而在将来很长的时期仍将是我国的主导能源之一,同时我国也是一个耗煤大国。
随着经济的发展,煤炭的消耗量还在不断的增长。
自1980年以来煤炭在我国一次能源消耗总量中所占的比例一直稳定在75%左右。
目前我国大气污染的主要根源来自煤的燃烧,因此研究洁净煤技术以及燃烧污染物控制技术日益受到人们的关注。
生物质燃料是光合作用产生的有机可燃物的总称,其来源十分丰富,但目前利用程度不高,大量宝贵的生物质被白白浪费。
生物质是低碳燃料,由于其生长过程中吸收C O2,因此被认为可实现温室气体零排放[1]。
另外,生物质燃料是一种可再生能源,开发利用生物质燃料不仅能缓解能源危机,而且可以减轻环境污染。
单一煤种的热解反应动力学已经得到广泛的研究,特别是热分析技术的应用,使煤的热解动力学研究取得了很大进展[2,3]。
生物质的热解动力学也已得到了广泛研究,赖艳华等人[4],于娟等人[5]的主要研究目标集中在提高整个设备的气化率和气体热值上,同时研究了析出气体的最终成分。
生物质与煤混合燃烧特性研究pdf
由图 7 可知，随着生物质含量的增加，烟气 成分中 SO2 含量逐渐减少，主要是因为生物质中 S 元 素 很 少 ，而 且 生 物 质 燃 料 含 有 相 对 较 多 的
K、Ca、Na 的活性成分，这些碱金属也可降低 SO2 的排放，由此可见生物质燃料是一种清洁的 燃料，燃烧产物对环境污染较小； 烟气中 CO 含 量降低较为明显，当掺混比增加至 40% 时，CO 含量仅为 19. 4mg / m3 ，较原煤含量 1419. 9mg / m3 可忽略，由此说明加入的生物质燃料使煤粉的燃 烧更彻底。主要是由于生物质中挥发分的含量远 远高于煤粉，燃烧过程中，大量的挥发分促进了 煤粉的燃烧。
生物质与煤混合燃烧特性研究*
杨艳华1 汤庆飞2 朱光俊1
（ 1. 重庆科技学院冶金与材料工程学院，2. 东北大学冶金学院）
摘 要 通过综合热重实验、发热量实验、燃烧实验，对生物质与煤混合燃烧特性及 SO2 和 CO 排放特性进行了实验研究。研究结果表明，生物质与煤混合燃烧可以改善煤粉的着火温 度、燃尽温度等燃烧特性； 混合燃烧对发热量有较大影响，故生物质不能单独使用； 混合燃 烧烟气中的 SO2 和 CO 都相应减少，降低污染排放物，提高燃烧效率。 关键词 生物质 煤 燃烧特性 发热量 气态污染物
3 结论
（ 1） 生物质与煤混合燃烧可以改善煤粉的 着火温 度、 燃 尽 温 度、 综 合 燃 烧 指 数 等 燃 烧 特 性，最佳掺混比应控制在 20% ～ 30% 为宜；
（ 2） 生物质的发热量相比煤粉要小很多，M = 50% 时，发热量仅为煤粉的 76% ，因此单一 生物质不宜作为锅炉燃料；
（ 3） 生物质燃料含硫量较低与煤混合燃烧 可以减少 SO2 排放量； 生物质燃料含有相对较多 的 K、Ca、Na 的活性成分，对燃煤固硫也起着
生物质与煤直接耦合燃烧试验研究
ＮＩ Ｇａｎｇ １，２ ，ＹＡＮＧ Ｚｈａｎｇｎｉｎｇ １，２ ，ＲＡＮ Ｓｈｅｎｍｉｎｇ １，２ ，ＬＩ Ｗｅｉｃｈｅｎｇ １，２ ，ＭＯ Ｃｈｕｎｈｏｎｇ １，２ ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｕｃｈａｎｇ １，２
（１．Ｃｌｅａｎ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆｌｕｅ Ｇａｓ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１１７３１，Ｃｈｉｎａ；
引用格式：倪刚，杨章宁，冉燊铭，等．生物质与煤直接耦合燃烧试验研究［ Ｊ］ ．洁净煤技术，２０２１，２７（３） ：１９８－２０３．
ＮＩ Ｇａｎｇ，ＹＡＮＧ Ｚｈａｎｇｎｉｎｇ，ＲＡＮ Ｓｈｅｎｍｉｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｕｐｌｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ａｎｄ ｃｏａｌ
业废弃物） 、畜禽粪便、城市垃圾和废水等方面，其
中，秸秆及农业加工剩余物、畜禽粪便、薪柴和林木
生物质能共占生物质理论可获得量的 ９７％ （ 秸秆及
农业加工剩余物占 ３８．９％，畜禽粪便占 ２２．１％，薪柴
和林木生物质能占 ３６．０％）
［１５］
，畜禽粪便等收集运
输不便，所以本文以木头、水稻、小麦秸秆、花生秸秆
以及飞灰可燃物的影响，以寻求生物质最佳掺烧位
置和掺烧比例，为工程设计提供设计依据。
１ 试验系统
１ １ 试验设备
生物质耦合试验在一维下行炉上进行，试验台
功率 ５０ ｋＷ，炉膛内径 ０．２５ ｍ，炉膛高度 ６．５ ｍ，停留
时间 ３．２ ｓ，炉膛容积 ０．３２ ｍ ３ ，试验台系统示意如图
１ 所示。 燃烧系统主要流程如下：主燃料从炉顶上
生物质与煤共热解特性研究
刘
勇， 等： 生物质与煤共热解特性研究
・１ ５・
生 物质 与 煤 共 热 解 特 性 研 究
刘 勇 ， 尹 凡， 吴 刚 ， 唐 宇晴
（ 宿州学 院 化学化工学院 ， 安 徽 宿州 ２ ３ ４ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 采用热重分 析的方 法对 三种生物质 （ 花生壳 、 木屑 、 核桃壳 ） 和煤样在高纯 Ｎ 气氛下 ， 按照一定 升温速 率（ ２ ０ Ｋ ／ ｍ ｉ ｎ ） 分别进行单 独 热重实验及不 同掺混 比例生物质与煤样进行共热解实验 。结果表 明： 生物质与煤进行共热解 时， 随着生物质 添加量 的增加 ， 样品的失 重 速率增加 ， 且热解 的开始 温度 向低温 区平移并 大大缩短 了热解所需 的时 间。
关键词 ： 生物质 ； 煤； 共 热 解
中图分 类号 ： Ｔ பைடு நூலகம் ５ ３ ０ ． ２
文献标 识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ８—０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） １ １ —０ ０ １ ５— ０ ３
Ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｃｏ—ｐｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｂｉ ｏ ｍａ ｓ ｓ ａ ｎｄ Ｃｏ ａ ｌ
ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｉ ｏ ｍａ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｌ ａ ｗ ｅ ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｌ ｙ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｗａ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｌ ｙ ｓ ｈ ｏ ｔｅ ｒ ｎ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｂ ｉ ｏ ｍａ ｓ ｓ ； ｃ ｏ ａ ｌ ； Ｃ Ｏ—ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ