兰炭与生物质混合燃烧对NOx、SO2排放及燃烧特性的影响

生物质与兰炭掺混燃烧被认为是解决大量碳排放、NO_x和SO₂ 等空气污染相关问题的潜在途径。分别通过热重试验和滴管炉试验研究纯兰炭、兰炭与生物质混合物空气分级燃烧特性,分析掺混比对混合燃料着火温度、燃尽温度、结渣特性、沾污特性及燃烧特性指数的影响,确定适宜空气分级燃烧比例、最佳燃烧温度和最佳掺混比。结果表明,掺烧生物质可有效降低混合燃料着火点,其着火点由474℃降至300℃,掺烧生物质后燃尽温度略降低,兰炭掺混生物质燃烧未明显提高燃烧特性指数;兰炭粉掺混生物质燃烧有高灰分沉积倾向,结渣倾向小。相比掺烧前,不同温度掺烧生物质后出口NO_x和SO₂质量浓度均较低,1 200℃出口NO_x和SO₂质量浓度降幅均较高,分别达87.27%和80.2%。未空气分级时,综合出口NO_x等参数得出,适宜生物质质量分数为30%～40%,最佳燃烧温度1 200～1 300℃。分级燃烧时,生物质质量分数30%的NO_x初始排放随温度变化平缓,稳...     

高掺混比例下不同生物质与煤粉混燃试验

生物质作为可再生能源，具有资源丰富、着火容易、污染物排放低等优点，但存在能量密度低、水分高等缺点。煤粉则具有能量密度高的优点和着火困难、污染物排放高等缺点。将生物质高比例掺混入煤粉(生物质/煤粉质量比大于5∶5),可有效解决生物质利用率低、能量密度低、煤粉着火较难和污染物排放高等问题，提高能源利用率，实现节能减排，该方法已成为一种新型能源利用技术。目前学者研究主要集中低掺混比例(小于5∶5),国内常见生物质与煤粉在高掺混比例下的混燃特性尚有待深入研究。采用热重分析法研究了不同生物质(玉米秸秆、稻杆、玉米芯、棉花及杨木屑)与煤粉在高掺混比例下(0∶10、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、10∶0)的燃烧特性和动力学特性，分析了不同生物质种类及掺混比例对燃料热失重特性、特征温度、反应动力学、燃尽特性及燃烧特性指数等影响，并确定不同生物质的最佳掺混比例。结果表明：混合样品的失重曲线表现为失水、挥发分燃烧、固定碳燃烧3个阶段。最大失重速率在第1阶段变小，第2阶段变大，燃烧整体前移。混合样品的着火温度和燃尽温度分别比煤粉下降约100和40℃,在协同作用下，掺混后杨木屑的着火温度随掺混比例的增加而增...     

煤粉大比例掺混不同生物质的混燃特性研究

可再生能源生物质清洁低碳、易于获取、利于着火,含硫、氮量少且属于碳中性物质,但其能量密度低。在煤粉中大比例掺混生物质(生物质/煤粉质量比大于5∶5)可有效改善煤粉着火特性,碳排放水平接近燃烧天然气,且污染物排放显著降低,进而达到节能减排目的。目前研究主要集中在低掺混比例(小于5∶5)下生物质与煤粉的混燃特性,针对北方常见的玉米秸秆、稻杆和玉米芯等生物质与煤粉在大掺混比例下的燃烧特性,尚有待深入。笔者利用热重分析技术分别研究了煤粉与不同生物质种类(玉米秸秆、稻杆及玉米芯)在不同掺混比例下(5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)的混燃特性,分析生物质种类和掺混比例对混合燃料的着火温度、燃尽温度、交互反应以及燃烧特性指数等的影响,确定了不同生物质的最佳掺混比例。结果表明:掺混比例对混合样品失重曲线的影响从大到小依次为玉米秸秆、玉米芯和稻杆。随掺混比例增加,第1阶段最大质量变化速率逐渐增大且燃烧进程前移,第2阶段则逐渐减小,这是由于挥发分相对增加且焦炭相对减少的原因。混合样品的着火温度和燃尽温度比纯煤粉分别下降约100和60℃。随掺混比例的增加,玉米芯着火温度逐渐减小,玉米秸秆和稻杆则先减小后增大,且均在7∶3时达到最小;燃尽温度均呈现下降趋势,下降幅度由大到小分别为玉米芯、稻杆和玉米秸秆。玉米秸秆和稻杆在8∶2时燃尽性能较差。混合样品发生不同程度的交互作用,该交互作用正是生物质的促进和抑制的协同作用,使3种生物质均在5∶5时对煤粉燃烧抑制作用大;玉米秸秆和稻杆在7∶3时、玉米芯在6∶4、8∶2时促进作用大。同时,3种生物质的燃烧特性指数远大于煤粉,随掺混比例的增大,玉米芯的燃烧特性指数变化最大并在8∶2时达到最大值,6∶4和7∶3时几乎相同;稻杆的变化最小且在7∶3时达到最大值;玉米秸秆在7∶3和8∶2时几乎相同并达到最大值。小范围改变掺混比例时,燃烧特性指数变化不大。这可能是由于燃烧特性指数不仅与着火温度和燃尽温度有关,还与样品在其主要燃烧过程的反应速率有关,而煤粉在焦炭燃烧阶段的反应剧烈程度高于生物质挥发分析出阶段,使不同掺混比例的混合样品出现以上现象。     

林木基与秸秆基生物质颗粒燃烧特性对比研究

选取落叶松、红松作为林木基生物质颗粒原料,选取棉秆、玉米秸秆作为秸秆基生物质颗粒原料,采用江苏东工生物质能研究院有限公司开发的生物质颗粒燃烧器为试验装置,分析了4类生物质颗粒的燃烧特性、污染物排放特性及底灰结渣特性。结果表明:水分越低、挥发分越高、灰分越低,所需点火时间越短;运行阶段林木基与秸秆基生物质颗粒能够充分燃烧,CO排放浓度达到最小;林木基与秸秆基生物质颗粒燃烧烟气中NOx排放浓度低于国家标准,NOx排放浓度与N含量基本成正比,NOx生成方式主要为燃料型反应机制;软化温度越高,结渣率越低,当软化温度达到1390℃以上时,不会发生结渣。     

两类锅炉中兰炭粉和生物质混燃特性数值模拟

清洁能源兰炭粉价格低且污染物排放量小,但其着火和燃尽困难。可再生能源生物质清洁低碳、易于获取且利于着火,但其能量密度低。二者混燃可有效改善兰炭粉的着火和燃烧特性,解决生物质能量密度低的问题,有利于提高燃料适用性。针对煤科院自主研发的水冷式和风冷式锅炉,研究了不同掺混比例对兰炭粉和生物质混燃特性的影响,分析了不同型式的锅炉中不同混燃特性产生的原因。采用数值模拟方法建立了三维等比例模型,综合考虑了湍流、传热、挥发分析出和燃烧、固定碳燃烧、颗粒流动等实际燃烧过程。模型计算结果与文献试验结果的相对误差不超过5%,从而验证了模型的准确性。分析对比了不同掺混比例下,两类锅炉燃烧器出口温度分布、燃烧区域温度分布、炉膛出口温度分布及氧含量分布等。结果表明:水冷式锅炉中,掺混比例为2/8时燃烧器出口平均温度和最高温度、燃烧区域平均温度以及炉膛出口平均温度均最高,炉膛出口平均氧含量为最低值6%,燃烧性能最好,4/6和10/0时最差。风冷式锅炉中,掺混比例为4/6时燃烧器出口平均温度和最高温度达到最高,氧含量最低,为4. 8%,因此燃烧性能最好,8/2和10/0时最差。随掺混比例增大,两类锅炉燃烧器内的着火位置逐渐向前锥推移并在前锥最前端出现最高温度;水冷式锅炉着火位置偏向前锥时对炉膛内燃烧性能下降的影响较大。两类锅炉相比,风冷式锅炉的各温度参数明显较高,氧含量较低;水冷式锅炉在最佳工况2/8时,除燃烧区域最高温度外,各温度参数均低于风冷式,氧含量高1%,燃烧性能低于风冷式锅炉;风冷式锅炉处于最差工况8/2时,温度比水冷式锅炉高300～700K,氧含量是其1/2,故燃烧性能高于水冷式锅炉;在相同掺混比例下,风冷式锅炉燃烧性能明显优于水冷式锅炉。     

生物质对呼盛褐煤灰熔融特性的影响

灰熔融特性对煤与生物质共气化意义重大。为探索生物质对褐煤灰熔融特性的影响规律, 向呼盛褐煤中分别加入不同质量比例的花生壳、玉米秸秆和松木屑, 采用ALHR-2型智能灰熔点测定仪对混合灰样的灰熔点进行了测定, X射线荧光仪(XRF)和X射线衍射仪(XRD)分析了灰熔融特性变化的原因。结果表明生物质能够在一定程度上降低呼盛褐煤的灰熔融温度, 这与生物质灰分含量以及混合灰样化学组成有关, 且生物质掺混比例与混合灰熔融特征温度呈现非线性关系;莫来石的生成和消失使花生壳与呼盛褐煤混合灰样和玉米秸秆与呼盛褐煤混合灰样的灰熔融特征温度出现了波动;高熔点硅线石含量的降低、低熔点钙长石含量的增加、以及低熔点白榴石和斜辉石的生成导致了松木屑与呼盛褐煤混合样灰熔融特征温度降低。     

生物质与煤混合灰的熔融及黏温特性

使用灰熔点测试仪研究了稻草、玉米秸秆、棉秆3种生物质分别掺入不同比例对鲍店煤灰熔融特性的影响,并利用高温黏度计考察了3种生物质掺入比例均为10%时对鲍店煤灰黏温特性的影响。结合X射线衍射仪分析测试结果,采用热力学计算软件FactSage得到了不同温度下灰渣熔融过程中物相及渣液内固含量的变化。结果表明：3种生物质掺混比例为10%～30%时,混合灰灰熔点均随生物质掺混比例的增加而降低,在较高的掺混比例下混合灰灰熔点呈现波动性,但均未高于煤的灰熔点。掺混比例为10%时,生物质的加入一定程度上改善了鲍店煤灰的黏温特性,可使气化炉操作温度下限降低约20℃左右。钙长石的生成是造成熔渣黏度迅速增加的主要原因。     

固体回收燃料掺烧对污泥燃烧特性的影响

为了掌握固体回收燃料(Solid Recovered Fuel, SRF)掺烧对污泥焚烧处置的热反应特性及烟气环境特性的影响，通过使用德国耐驰公司生产的热综合分析仪、SEM、XRD和GA-21plus烟气分析仪着重解析了不同掺烧比例时SRF与污泥混燃过程的热重规律、综合燃尽特征指数、结渣特性和烟气中NO_x排放特性。结果表明：混烧过程存在明显的多峰失重现象，主要集中在192.3～645.3℃;SRF掺烧提高了燃料的失重速率，掺混比11%时，最大失重速率达0.14%/min,显著高于污泥单独焚烧的失重速率。随着SRF掺烧比提高，燃料的着火温度和燃尽温度降低，充分燃烧阶段向低温区域偏移。SRF掺混比为11%时，稳定燃烧性能指数和综合燃烧性能指数分别提升了1.38倍和1.17倍，改善了污泥单独焚烧时的着火特性。另外，SRF掺混后燃料灰熔融温度升高，灰分黏附程度降低，颗粒聚团强度降低，从而减弱了污泥单独焚烧时结渣情况，然而掺混燃烧导致烟气中NO_x排放量增加。     

生物质与高硫劣质煤混烧固硫特性研究

使用快速智能定硫仪对小麦秆、棉花秆、玉米秆三种生物质分别与高硫劣质煤混烧的固硫特性进行了研究,分析了不同混合比、温度及生物质灰成分等因素对固硫率的影响.实验结果表明,温度对固硫效果影响较大,总固硫率随温度的升高而下降;相同温度下生物质含量越高,固硫效果越好;生物质种类不同,固硫效果也不相同;生物质中氯与碱金属含量对固硫效果的影响较大.     

生物质替代燃料燃烧特性分析

本文使用同步热分析仪对常见生物质替代燃料树枝、谷壳、秸秆和枯棉燃烧过程的TG、DTG曲线进行了研究，分析来自不同区域和品种的树枝、谷壳、秸秆和枯棉在同一条件下的各个燃烧性能指标，通过研究发现四种生物质替代燃料着火温度普遍分布在265～285℃，不同材质燃尽温度各不相同，主要集中在350～450℃附近，整体燃烧时间长，平均燃烧速率慢，最大燃烧速率在（7～10）%/min，发热量低，热量释放主要集中在挥发分和固定碳的燃烧，部分材料出现分段燃烧现象。     

生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的调控机制

为探索生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的影响,向鹤壁煤和晋城无烟煤中分别加入不同质量比的花生壳和玉米秸秆,采用智能灰熔点测定仪测定混合灰样的灰熔点,X-射线荧光仪和X-射线衍射仪分析灰熔融特性变化的原因。结果表明:随着生物质质量分数增大混合灰熔融温度逐渐降低,选择合适生物质质量分数能使灰熔融流动温度满足液态排渣要求;鹤壁煤混合灰样和晋城无烟煤混合灰样中的高熔点矿物质与煤灰其他成分反应生成了铁橄榄石、铁尖晶石、白榴石、钙长石和微斜长石等,这些矿物之间能够形成低温共熔物,从而导致混合灰的灰熔融温度降低。     

煤与生物质耦合燃烧的协同效应

生物质燃料是替代化石燃料的重要能源,在燃煤机组上掺烧生物质是当下生物质能利用的主要途径。由于煤和生物质耦合燃烧过程中存在协同效应,生物质燃料与煤耦合燃烧性能与二者单独燃烧的燃烧性能差异无法通过化学成分或相关性质算术平均来确定,与此同时,生物质中富含的碱金属K也会加重受热面结渣倾向。为研究煤与生物质混合燃烧过程中协同效应,选取神府烟煤与板栗壳作为试验样品,通过混合、研磨与压制,制备成圆饼形颗粒并在Hencken平焰燃烧器上进行燃烧试验。利用高速摄像机结合图像处理技术计算着火延迟时间,利用光谱仪结合自发辐射理论测量燃烧过程中火焰温度、气相K浓度。探讨耦合燃烧着火特性、燃烧特性与气相碱金属释放特性协同效应及其原因。最后,结合灰分分析结果计算各工况结渣指数,获得燃烧气相碱金属释放量与结渣指数相关性关系。结果表明：煤与生物质耦合燃烧着火延迟时间低于理论值,证明耦合燃烧着火存在协同效应,表现为促进着火。受纤维素热解与碱金属元素催化共同影响,生物质质量分数为50%时,着火延迟时间与理论值之差达到最大1.91 s,协同效应最大;耦合燃烧释放的碱金属低于理论值,说明耦合燃烧气相碱金属释放协同效应表现为抑...     

煤粉掺烧气化细渣的燃烧特性研究

为有效地对气流床煤气化细渣进行资源化利用,研究了高活性神华煤和低活性宁夏煤掺混气化细渣的燃烧特性,探究了煤粉掺烧气化细渣燃烧反应的协同机理.结果表明:煤粉中气化细渣添加量的增加会导致燃烧过程灰渣出现不同程度的熔融现象,表明气化细渣内Ca和Mg等碱金属降低混合样品的灰熔融温度.在非等温及空气气氛的燃烧条件下,宁夏煤粉/气...     

神木兰炭清洁燃烧利用评析

神木兰炭具有低灰分、低硫、低磷、低有害元素、高发热量等优越特性,燃烧性能与热稳定性较好.在分析神木兰炭基本特性的基础上,对其清洁燃烧利用现状进行了评析.神木兰炭替代无烟煤用作生产、民用燃料可减少有害物质的排放及对空气的污染,有效改善空气质量;将神木兰炭与无烟煤、生物质复配成型制备混合燃料代替原煤燃烧是未来神木兰炭高效清...     

生物质—煤混合燃烧SO2排放特性研究

在自行研制的小型循环流化床试验台上,对生物质与褐煤混合燃烧烟气中SO2排放状况进行了研究。试验选取四种不同生物质(葵花秸秆、玉米秸秆、沙柳枝条、柳树枝条)与褐煤混合,在不同生物质种类、掺混比例和床温试验条件下测定了燃烧烟气中SO2析出状况;结果表明:掺混不同生物质,SO2析出程度存在明显差异;生物质掺混比例越高,SO2排放量越小;本文所选床温范围内,随着温度的升高,SO2排放量逐渐增大。     

准东煤及其混煤燃烧与结渣特性

准东煤田是我国目前最大的整装煤田,煤质总体呈现中高水分、中高挥发分、低灰、低硫、低磷、中等热值、反应活性好等特点,是大规模煤化工、煤电气联产优质原料。但准东煤中较高的Na、Ca含量影响锅炉正常运行,限制了准东高钠煤的燃烧利用,目前电厂主要通过掺烧低钠煤方式加以利用。为考察准东煤及其混煤燃烧与结渣特性,在五彩湾电厂采集了准东煤(ZD)和乌东煤(WD)等2种原料煤。采用热重分析仪研究30%、50%和80%等不同配比下混煤燃烧特性,并分析响应配比下煤灰特性变化规律。结果表明,准东煤混煤燃烧的DTG曲线有2个特征峰。随准东煤配比增加,混煤燃烧TG和DTG曲线向低温区移动,DTG曲线特征峰更明显;混煤燃烧特征温度逐渐降低,最大燃烧速率与综合燃烧特性指数先降低后升高,混煤灰熔融温度逐渐降低。准东煤相对乌东煤具有较高的碱性氧化物和较低的酸性氧化物含量,准东煤配比越高相应的SO_3、CaO、Na_2O的含量越高结渣倾向性更强。但部分指标并不能准确预测结渣强弱,如准东煤硅铝比为1.67,而乌东煤硅铝比为3.02,依据硅铝比判断结渣倾向性与事实不吻合。另外,煤中CaO含量大于30%后继续增加则灰熔融温度升高,是准东煤比乌东煤具有更高灰熔融温度的原因,随准东煤配比增加,混煤灰熔融温度呈明显降低趋势。燃烧结渣与沾污倾向指标主要有基于煤灰成分和基于煤灰熔融温度的指标,总结分析以往结渣与沾污预测指标结合试验结果认为:基于煤灰成分的碱酸比以及基于煤灰熔融温度的特征温度差值(FT-DT)是判别准东煤及其混煤结渣与沾污倾向性的理想指标。     

混合生物质燃料循环流化床锅炉受热面结焦机理研究

某75 t/h生物质循环流化床锅炉长期燃用混合燃料(桉树皮、木尾、木板、竹子和工业合成板),在实际运行过程中高温过热器和低温过热器区域结焦严重。考虑到不同生物质燃料特性的差异性,了解混合生物质燃料燃烧中壁面的结焦机理尤为迫切。研究了5种生物质燃料的灰成分和灰熔点特性,并对该循环流化床锅炉结焦严重的高温和低温过热器受热面区域的结焦和积灰样品进行物理和化学特性表征。研究结果表明:该锅炉所燃用的生物质燃料中,竹、木尾和木板的钙和钾含量高,灰中CaO含量在30%左右,K_2O含量在10%以上;桉树皮硅和铝含量高,灰中SiO_2含量高达62.4%;工业合成板与木尾含有较多的氯元素,灰中氯含量分别为0.670%和0.865%。5种生物质除竹和工业合成板灰熔融温度较低外,其余生物质灰熔融温度高,软化温度在1 200℃以上。过热器区域的结焦呈分层结构:高温过热器焦样的外层较硬,中层包含白色的KCl晶体和飞灰颗粒,外层以及飞灰颗粒均以Ca_2Al_2SiO_7、SiO_2、KCl、Ca_2MgSi_2O_7等为主;低温过热器焦样外层的灰成分与高温过热器侧焦样的组分相同,但白色中层的KCl晶体含量更高,其同烟气中KCl蒸气的冷凝析出密切相关。     

京津冀地区民用洁净煤燃烧及排放特性

针对居民无烟煤、兰炭燃烧存在的难点燃、易断火、不耐烧等问题,通过热重燃烧试验,分析了兰炭、无烟煤、兰炭和无烟煤混合型煤的燃烧特性,利用民用煤燃烧试验装置进行民用洁净煤燃烧烟气污染物检测。结果表明,兰炭着火温度为449℃,无烟煤着火温度为504℃,兰炭的燃烧失重和失重速率均高于无烟煤,表明兰炭比无烟煤易点燃、燃烧持续时间短,混合型煤能够兼顾二者的燃烧特性,建议在型煤加工过程中采用无烟煤与兰炭混合原料成型。3种产品燃烧排放烟气中颗粒物质量浓度均低于30 mg/m3,烟气成分中SO2质量浓度均低于40 mg/m3,NOx质量浓度均低于140 mg/m3,林格曼黑度为0级,达到国家标准的限值要求。兰炭、无烟煤、兰炭和无烟煤混合型煤是农村居民燃煤的理想清洁燃料。     

烟煤与生物质混烧基础实验分析

在给料方式为下部进料的美国Harman热风炉内进行了烟煤煤棒和生物质棒的燃烧实验,通过燃烧效果和污染物排放情况的特性对比,考察了两种燃料的优缺点;将不同比例的烟煤和生物质的混合样品在Netzsch热重分析仪中进行燃烧动力学分析;结果表明,生物质燃料的烟尘排放指标高于烟煤煤棒,二者的优缺点可以互补,烟煤中掺烧生物质可以提高燃烧效率,混合燃烧降低了反应活化能,着火温度和燃尽温度均前移;生物质燃料和烟煤按照合理配比混烧,可提高两种燃料的清洁高效利用水平。     

煤、油页岩和石油焦混烧特性及其动力学

为了充分利用劣质燃料油页岩和难以利用的高硫石油焦,以煤、劣质燃料油页岩及高硫燃料石油焦的混合燃料为研究对象,采用热重-差热的试验方法和差减微分法,对其混烧特性曲线和混烧特性机理进行分析,计算出试样各种燃烧特性参数及燃烧动力学参数。结果表明:煤、油页岩、石油焦的质量比为1∶6∶3的混烧试样S7的DTG曲线先后出现挥发分的析出着火燃烧峰和剩余固定碳的着火燃烧峰;煤、油页岩、石油焦的质量比为6∶3∶1的混烧试样S4的可燃特性指数及着火特性指数均大于油页岩及石油焦的值,而且混合试样的燃尽指数均大于煤及石油焦的值,同时,混合样品的综合燃烧特性指数均大于油页岩的值;试样S4的活化能最小,该混合试样的燃烧反应最容易进行。只要煤、油页岩及石油焦混合比例适当,其混合燃烧特性将优于油页岩及石油焦单独的燃烧特性。