生物质热解焦吸附模拟烟气中SO2和NO的实验研究

以麦秆、稻秆、棉花秆、玉米秆和稻壳等5种生物质原料为对象,在热解温度Tp 673~1 073 K范围内,采用快速热解和慢速热解方式制备了生物质焦,利用固定床吸附反应装置研究了焦粒粒径、热解温度、热解速率、烟气组成、吸附反应温度和生物质种类等因素对生物质焦吸附模拟烟气中SO2、NO的影响。结果表明:生物质焦对SO2的吸附效率和吸附量随着生物质焦粒径的减小而增加,但其增加趋势逐步减小。随着热解温度升高,生物质焦对SO2的吸附效率和吸附量均呈现先上升后下降的趋势。快速热解生物质焦对SO2和NO的单独吸附效率和吸附量均高于慢速热解焦。生物质焦对SO2和NO的吸附效率和吸附量均随着吸附反应温度的升高而下降。生物质焦对SO2吸附能力显著优于吸附NO的能力,模拟烟气中SO2组分对NO吸附具有显著促进作用。SO2和NO同时吸附时,WS-RP873型生物质焦对SO2的吸附量较单独吸附时减少了22.3%,但其对NO吸附量却提高了112%。在Tp 873K快速热解条件下,各种生物质焦对SO2吸附量顺序为麦秆焦>玉米秆焦>稻秆焦>稻壳焦>棉花秆焦,对NO吸附量顺序为麦秆焦>稻秆焦>玉米秆焦>稻壳焦>棉花秆焦。     

氧量对典型生物质燃烧特性的影响

采用热重-质谱联用仪对稻秆、玉米秆和玉米芯3种生物质的燃烧特性进行了实验研究，讨论了氧量对其燃烧特性的影响，提出采用相对失重速率来描述其燃烧特性指数。结果表明：氧量对燃烧模式有一定的影响。稻秆和玉米芯燃尽温度受氧量影响明显，而玉米秆则相反。对于同一种生物质，随着氧量的增加，综合燃烧特性指数增大，各气体析出温度范围减小，析出终温增大，氧量对3种生物质主要燃烧气体产物析出的影响程度依次为：稻秆>玉米芯>玉米秆。3种生物质的燃烧过程可采用2段1级反应模型来很好地描述，在不同氧量条件下，3种生物质的燃烧活化能E与指前因子A存在动力学补偿效应。     

生物质与煤混合的热解特性研究

利用热重分析仪研究了生物质麦杆与煤混合的热解特性。实验发现,生物质的掺混能改善煤的热解特性。随着掺混比例的增大,混合燃料热解的挥发分初始析出温度会降低,最大热解速率增大,而最大热解速率对应的温度下降,挥发分释放变得更加集中,挥发分释放特性指数值变大。在热解过程中,麦秆与煤并没有发生明显的协同作用。     

玉米秸秆低温热解制备生物质炭的特性研究

玉米秸秆资源丰富,为了对其进行开发,利用自制的低温炭化装置,制备了不同低温热解的生物质炭,分析了生物质炭的产率、元素组成、工业组成、比表面积和表面形貌,以期了解玉米秸秆低温生物质炭特性及其随热解温度的变化规律。结果表明:热解温度显著影响玉米秸秆生物质炭的理化特性,随热解温度的升高,玉米秸秆生物质炭的产率从220℃的79.8%下降到270℃的71.2%,生物质炭中C元素含量显著增加,而H和O元素含量下降,N和S的含量变化不大,H/C和O/C摩尔比逐渐下降;生物质炭挥发分含量降低,固定碳含量升高;生物质炭比表面积普遍较低,在3.8~4.4 m~2/g;生物质炭表面形态变化不明显,粗糙程度略有增加。     

双流化床中煤的热解特性试验研究

在双流化床试验台上,对神木煤的热解特性进行了试验研究。结果表明,在试验温度范围内,煤中的碳元素主要汇集于燃烧炉尾气,氢元素主要汇集于热解炉产物中。在热解炉温度450~850℃的范围内,热解产品质量收率随着热解炉温度的升高而上升,热解炉冷效率在550℃达到峰值。试验条件下,热解焦油质量收率在热解温度550℃时达到峰值;热解停留时间对热解焦油的产率影响不大。热解炉煤气各组分体积分数关系为:H2CH4COCO2;随着热解炉温度升高,热解气体热值降低,热解气体产率升高。     

生物质再燃脱硝特性的实验研究

沉降炉实验结果表明,生物质再燃可以获得70%左右的脱硝效率。在1373 K温度范围内,随着温度的升高,棉秆、麦秆、梧桐木和松木的再燃脱硝效率均有提高。为保证较高的脱硝效率,再燃区过量空气系数、再燃比以及停留时间应分别为0.6～0.8、20%和0.7 s左右。同时,燃料粒径对脱硝效率影响不明显。而随着NO初始浓度的增加,脱硝效率得到相应的提高。     

秸秆类生物质加压气化特性研究

采用热重分析与气相色谱分析(TG-GC)相结合的方法,开展了水蒸气气氛下生物质(麦秸)加压气化特性研究,探讨压力对反应动力学特性与气化产物的影响。实验结果表明生物质常压气化与加压气化特性有显著差异;加压条件下,麦秸的气化反应过程受化学反应动力学和扩散作用控制。麦秸水蒸气气氛下的热解阶段可视为一级反应,半焦气化阶段视为缩核反应;加压下热解、气化的表观活化能和频率因子均随反应压力的提高而增加。水蒸气对生物质热解气化具有活化作用,相比N2气下麦秸的表观活化能降低。此外,生物质水蒸气气化产物中H2浓度最大,达到50%以上,表明水蒸气是生物质气化制氢适宜的气化介质;随着气化压力的提高,CO2和CH4浓度增加,而CO浓度降低。     

固定宋热解生物质混合物的试验研究

选取华北地区常见的秸秆、木屑、沙柳和旱柳枝叶、紫花苜蓿等13种不同生物质,按等比例混合制成粉状生物质混合物,采用自行搭建的固定床热解,研究在不同热解终止温度下,生物质混合物热解产物的产率、气体热值及气体主要组成成分,并分析生物质混合热解特性和产物分配规律.通过试验,取得了生物质混合物在不同热解温度下不同气体产物的产率、气体热值、不同热解产物的产率等重要数据和结果,并将取得的试验结果与13种生物质单独热解的特征参数的加权平均值进行比较,分析了生物质混合物共热解过程中的协同作用.     

锦界烟煤煤粉高温快速热解规律研究

为全面了解制焦产物性质以便更好地设计制焦反应器,本文利用滴管炉反应器,在常压氮气氛围下实验分析了锦界烟煤在800～1 100℃、停留时间3～5 s的快速热解特性,研究了其热解半焦、热解焦油和热解气的产物组成分布及特性。结果表明:热解产物的产率与热解温度和停留时间都有较大关联,为了在减少焦油产率的同时保证粉状半焦储存的安全性,热解温度宜设置在1 000℃以上,此时热解气产率和H_2质量分数均较高;高温制取的粉状半焦吸附性能差;热解焦油主要由芳香烃及其衍生物组成,极高沸点物质含量较少,制焦反应器管道温度维持在400℃即可有效降低焦油凝结概率。     

煤与生物质中高温共热解特性研究

为了探究煤与生物质在中高温度条件下共热解过程中热解气的释放特性及元素析出规律,本文采用固定床反应器对松木和兖州煤在800~1 200 ℃温度下进行中高温热解实验,借助傅立叶红外气体分析仪和氢气分析仪对热解气的组分进行在线测量,并探索其动力学释放特性。结果表明:各热解气中可燃气体主要为H2、CO和CH4;热解温度升高,共热解气中的H2产量会大幅增加,高达75.4 mg/g反应物,CO产量缓慢增加至184.3 mg/g反应物,CH4产量下降;共热解过程中,H2析出最晚且过程在30~200 s,CO的释放过程比CH4快,且释放体积分数峰值更高,可达61.1 μL/L;生物质的氮结构存在形式主要为更不稳定的氨基酸和蛋白质,热解时NH3和HCN析出更快但释放峰值更低;此外,煤和生物质共热解时的协同作用不影响CO和CH4的释放。本研究可为未来煤与生物质中高温闪速共热解制气以及低碳清洁能源的利用提供一定指导。