烘焙生物质燃烧过程中钾的赋存形态及析出迁移特性

选取稻秆和棉秆为原料,在烘焙预处理后,通过固定床燃烧实验结合HSC Chemistry热力学平衡计算,获得了烘焙生物质燃烧过程中碱金属K的析出和迁移规律。结果表明：烘焙过程中存在着少量水溶性K的释放及其向醋酸铵溶态K的转化,而其转化和释放能力与Cl/K呈正相关。烘焙生物质的成灰率随着燃烧温度的升高而下降,而K的释放率随温度的变化则相反,其主要释放形式为K的氯化物和KOH;此外,600℃时,水溶性K和醋酸铵溶态K主要转化为char-K,700~900℃时其主要转化为K的硅酸盐,随着温度的上升,其转化量不断增加。相比于原生生物质,烘焙生物质有更高的成灰率;此外,烘焙促进了生物质燃烧过程中醋酸铵溶态K向酸溶态或残渣态K转化,同时抑制了水溶性K的释放,这些使得烘焙生物质燃烧过程中K的释放率更低,而烘焙对生物质燃烧过程中K释放的抑制与烘焙过程中Cl的释放率呈正相关。     

小麦秸秆燃烧过程中碱金属释放特性

生物质作为可再生洁净能源,在中国能源结构中将占据越来越重要的地位。生物质中碱金属元素(主要是K)含量丰富,是生物质灰的主要成分。由于碱金属无机盐(如KCl)具有较低的熔点,因此生物质内碱金属极易在燃烧中释放,此特性给生物质能源的开发及利用带来了严重的技术安全问题。在生物质燃烧过程中,部分碱金属灰分气态释放后,易于凝结、吸附并沉积在锅炉炉膛受热表面,造成玷污、结垢及积灰等问题,严重影响锅炉的换热,甚至造成腐蚀。因此,研究生物质燃烧过程中碱金属元素的释放规律及机理,将为我国生物质的清洁高效利用提供有力的理论支持,具有较好的社会经济及学术意义。以小麦秸秆为试验对象,研究生物质燃烧过程中碱金属的释放特性,通过水平管式炉及XRD、SEM-EDS等检测手段,研究了燃烧温度400～900℃碱金属的释放特性。结果表明,碱金属K主要以水溶性形式存在,碱土金属Ca、Mg主要以醋酸铵溶及水溶性形式存在。水溶性K主要以KCl、KNO_3、K_2SO_4和K_3PO_4的水合离子或晶体存在。燃烧过程中,400℃内主要释放有机K及少量无机K,400～600℃时,K释放主要以KNO_3的无机K为主,600℃以上时主要以KCl和KNO_3释放。碱土金属Ca和Mg会形成较稳定的化合物,不易释放。通过对灰渣表面元素富集状况分析可知,K与Cl含量同步变化:600℃内,K与Cl含量同步增长,主要因为有较多碱金属化合物以KCl的形式析出;高于600℃时,灰渣表面K与Cl含量减少,主要因为KCl与SiO_2等发生反应或直接以KCl的形式释放。     

烘焙预处理对玉米秸秆磷酸法活性炭制备及性能影响

以玉米秸秆为原料,研究烘焙预处理对磷酸法活性炭的制备及性能影响。研究结果表明：烘焙预处理使玉米秸秆碳元素含量和固定碳含量增加而挥发分含量降低,增加热解焦炭质量,且烘焙温度影响强于烘焙时间。烘焙处理使玉米秸秆活性炭比表面积先增加后减小,总孔容和中孔率减小,而微孔率显著增加。烘焙预处理有助于提高活性炭吸附性能,当100 g粒径为154～450μm玉米秸秆颗粒经烘焙预处理,预处理条件为烘焙温度240℃、烘焙时间60 min时,预处理后的玉米秸秆含C 51.32%,固定碳27.64%,灰分4.72%。采用磷酸活化法将预处理后的玉米秸秆制备成活性炭,制备条件为浸渍比1∶4(玉米秸秆与55%磷酸溶液的质量比),浸渍温度140℃,浸渍时间90 min,活化温度400℃,活化时间60 min,此条件下制备的玉米秸秆活性炭比表面积达1 317.05 m²/g,碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率分别为876 mg/g、 210 mg/g和100%。     

生物质燃烧和热解中钾的释放规律研究进展

生物质中碱金属钾的含量较高,钾在燃烧和热解过程中释放到炉内,会造成积灰、结渣、腐蚀等问题,影响锅炉安全、经济运行。本文通过对文献进行比较和分析,介绍了生物质中钾的含量和赋存形式,碱金属的定量检测方法,生物质中钾在不同条件下热解和燃烧过程中的释放规律,以及燃料成分和粒径、反应温度和升温速率、反应器类型等因素对钾释放规律的影响。结果表明,生物质燃料中钾的赋存形式包括有机钾、无机钾和含钾矿物质等;有机钾分解所释放出的一次产物,最终会经过不同路径的二次反应以其他形式释放或留在灰中;钾的最终释放形式与释放过程中发生的二次反应密切相关,主要包括KCl、K₂SO₄、KOH和含钾矿物质。     

五彩湾煤中钠在燃烧过程中的迁移释放规律

采用不同萃取液对新疆准东高钠煤进行逐级萃取实验, 分析了煤中钠的存在形式。分别检测了不同温度下五彩湾煤原煤以及815℃下不同萃取方式处理的煤燃烧后煤灰中钠的含量, 研究了五彩湾煤燃烧过程中钠的迁移释放规律。并且对传统灰分分析方法和微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-ICP-AES分析法)测量煤中钠含量进行了比较。实验结果表明, 新疆高钠煤中钠主要为水溶钠。五彩湾煤燃烧过程中, 钠的释放主要发生在815℃之前, 并且以水溶钠和有机钠的释放为主。不同存在形式的钠在燃烧中存在转化, 主要表现为水溶钠向不可溶钠的转化以及不可溶钠向有机钠的转化。通过比较, 微波消解-ICP-AES分析法对煤中钠含量的分析更准确。     

秸秆烘焙过程氯、硫释放及AAEMs迁徙转化特性研究

利用固定床管式炉研究了玉米秆中氯、硫、碱及碱土金属(AAEMs)在不同烘焙温度下的释放和迁徙转化规律。研究发现氯、硫的释放率随烘焙温度升高呈递增趋势,在220～300℃范围内氯和硫的释放率分别为10%～40%和27%～60%。烘焙后样品中氯的绝对含量相比原样有所增加,并且以碱金属氯化物形式存在的无机氯占比减少,有机氯占比增加;硫的绝对含量显著降低,烘焙后可达到Ⅰ级成型燃料中硫含量要求。AAEMs在烘焙过程中释放率均较低,但赋存形态发生一定变化,主要表现为水溶性AAEMs含量降低,有机结合态AAEMs含量增加,此外盐酸酸溶性和不溶性Ca、Mg的占比也有一定程度增加。     

洗选过程中硫元素迁移的影响与燃烧释放特性分析

分析煤炭洗选过程硫元素的迁移和燃烧释放特性。以产自山西的某煤炭作为原料,经过加热洗选获得煤炭产品后,分析洗选时间、洗选温度对于硫元素迁移影响,并对比洗选前后硫元素迁移特性。以未经洗选的原始煤炭、洗选后的精煤和矸石作为对象,分析温度、时间等因素对于硫元素燃烧释放特性影响。结果显示,随着洗选温度增加煤炭洗选后黄铁矿硫的脱出率最高,洗选温度升高降低煤炭含硫量,且对比来看,洗选之后硫元素出现降低迁移变化。燃烧释放试验显示,升高试验温度会导致硫释放量增加,高温环境反应20 min以后硫元素几乎完全释放。     

矿物质对煤焦燃烧过程中NO释放规律的影响

在石英固定床反应器上研究了煤焦燃烧过程中矿物质在不同燃烧条件下对NO释放规律的影响.结果表明：煤中的矿物质对燃料氮转化为NO有显著的影响,其影响与矿物质的组成和燃烧条件有关,碱金属Na、K催化半焦氮的氧化在较低的温度下进行并降低半焦氮对于NO的转化率,而Ca、Fe在低温燃烧条件下增加NO的排放,高温时使NO的排放降低;矿物质惰质组分的存在使NO的排放增加;随着煤阶的升高,半焦的反应性降低,燃料氮对于NO的转化率增大;燃料氮的转化率随燃烧温度的升高而增加,但达到极大值后又趋于降低;矿物质对于NO排放量的影响决定于矿物质对于半焦氮的氧化以及半焦还原NO反应催化作用的相对大小.     

燃煤过程中碱金属赋存迁移规律及相关研究进展

综述了煤中碱金属的存在形态、确定方法以及燃煤过程中的赋存迁移规律。分析了影响碱金属迁移的因素及释放出来的气态碱金属在炉内的反应过程。介绍了最新的几种在线测量气态碱金属的方法,提出了今后的研究方向,为煤的洁净燃烧技术的研究和应用提供有价值的参考。     

不同热解温度下玉米秸秆中碱金属K和Na的释放及半焦中赋存特性

为了解高含K玉米秸秆在不同热解温度下碱金属的析出规律,建立了一维水平管式炉,利用FTIR、SEM-EDX、XRD等测试手段及化学分馏法对碱金属的释放规律及热解半焦中赋存形式进行深入实验研究。结果表明：K是玉米秸秆的主要碱金属元素,且91%的K以无机K的形式存在;300~600℃主要为有机K的分解、释放阶段,大于600℃主要为KCl、K₂SO₄等无机K分解、释放。K元素由颗粒内部向表面迁移,并在700℃出现表面K盐富集,继续升温富集程度降低;Na和K析出规律相似,Ca和Mg热稳定性强,热解过程多以稳定的化合物形式存在于热解半焦中,不易析出到气相。     

燃煤过程中As、Se、Sb释放与迁移规律研究

以安徽淮南煤田深部山西组煤样为研究对象,通过设计不同燃烧温度条件,测定各温度下燃煤产物中有害元素含量,拟合得到As、Se、Sb的释放曲线与释放强度曲线,并对原煤及不同温度条件下燃煤产物中各元素的赋存状态进行分析。结果表明,燃烧温度由500℃升至1 000℃过程中,As、Se、Sb的释放比例逐渐增大,三种有害元素挥发性难易程度顺序表现为Se>As>Sb;不同温度下有害元素释放强度不同,As在700～815℃的区间内出现一个释放强度峰,而Se与Sb的释放强度峰出现在600～700℃阶段;随燃煤温度不断升高,As、Se、Sb的各赋存形态均发生不同程度的迁移及转化,温度升高至1 000℃,As、Se、Sb的固相形态明显降低。     

微波烘焙预处理降解玉米秸秆

用微波可高效对生物质烘焙预处理,考察了不同微波烘焙过程对玉米秸秆主要组分的降解作用及酸、碱、甘油催化剂对纤维素转化效率的影响,并对预处理的玉米秸秆进行酶解实验。结果表明,单纯的微波预处理对玉米秸秆中主要组分纤维素、半纤维素和木质素均有强烈的转化作用。无催化剂微波烘焙后,样品中纤维素含量降低了30%。在微波烘焙中添加酸、碱、甘油催化剂,可选择性降解玉米秸秆中的半纤维素或木质素,有效提高预处理后玉米秸秆中的纤维素含量,添加NaOH后纤维素含量增加最明显,由33%增至42%,纤维素最高转化率达65%。     

烘焙对生物质理化特性影响综述与秸秆烘焙研究前景分析

通过文献综述,研究了烘焙对生物质燃料特性与热解特性的影响。烘焙可有效提升生物质燃料性能,主要体现在含水率、固定碳含量、能量密度和疏水性等指标的改善。烘焙预处理对热解产物的分布及其特性具有明显影响,热解炭产率增加,热解液体产物中酸类和水分含量减少,酚类和酮类含量增加,热解气中一氧化碳、二氧化碳含量降低,甲烷和氢气含量提高,热解气品质提高。进一步研究烘焙预处理对秸秆热解物质流和能量流的影响,综合评价烘焙预处理的经济成本、能源成本、环境成本等要素,研究烘焙预处理对秸秆热解应用的可行性,有助于秸秆烘焙预处理技术推广。该研究可为秸秆烘焙技术研究与应用提供参考。     

Fertiliser influence on alkali release during straw pyrolysis

Comparative studies of alkali release from wheat and oat straws cultivated in the laboratory with chloride-rich and sulphate-rich fertilisers are reported. The release of alkali during pyrolysis in the temperature range 25-1060°C is measured using the sensitive surface ionisation technique. Straw cultivated with a chloride-rich fertiliser releases two to four times more alkali than straw fertilised with a sulphate-rich fertiliser, and the release takes place at lower temperatures. The temperatures for maximum alkali release are ∼800°C for straw cultivated with a chloride-rich fertiliser, and ∼870°C for straw supplied with a sulphate-rich fertiliser. The samples were also subject to simple water leaching, and alkali was observed to be easily removed by leaching irrespective of fertiliser. Application of chloride-free fertilisers is concluded to be a simple and efficient way to reduce the alkali release from the fuels, and the method can easily be combined with other methods in order to improve fuel quality.     

磷酸二氢铵对玉米秆烘焙及固定床燃烧颗粒物排放特性的影响

使用立式管式炉反应器并结合低压撞击器颗粒物采集装置研究了玉米秆掺混磷酸二氢铵（NH₄H₂PO₄）烘焙对烘焙产物理化性质及固定床中燃烧颗粒物排放的影响。结果表明,玉米秆单独烘焙可有效提升生物质品质,但也提升了颗粒物排放。300℃烘焙时,PM₁、PM_1-2.5和PM_2.5-10分别增排76.5%、194.8%和170.2%。在烘焙过程掺混NH₄H₂PO₄可进一步提质,使得固体产物灰分有不同程度的增加,显著降低固体产物的O/C比,并提高样品的无灰基热值。此外,研究发现掺混NH₄H₂PO₄可显著提高烘焙过程Cl的释放率并降低固体产物中Cl的含量,有利于降低后续燃烧PM₁的排放。在掺混比例P/K摩尔比为1时减排效果最佳,此时PM₁相比无掺混时减排28.8%。结果表明在生物质烘焙过程引入NH₄H₂PO₄可以促进Cl的脱除并减少后续燃烧过程细颗粒物的排放,是一种有前景的生物质预处理手段。     

烟气烘焙对玉米秆可磨性的影响规律研究

可磨性是生物质在现有燃煤机组规模化燃烧利用中必须考虑的问题之一。本文基于固定床反应器对玉米秆进行烘焙预处理,针对生物质单烧和与煤混烧两种技术路线,利用臼式研磨仪、全自动粒径筛分仪、纤维素分析仪和傅里叶红外光谱,研究了不同烘焙气氛、温度对燃料可磨性的影响。结果表明,相比于氮气,烟气能够在更低的烘焙温度下使玉米秆可磨性提升至接近于典型动力用煤,主要是由于烟气中的氧化性组分促进了纤维素、半纤维素的分解。当共磨时,煤颗粒表现出助磨的作用提升了玉米秆的可磨性,在较高温度或烟气烘焙条件下,混样的可磨性近似甚至优于煤。     

煤焦燃烧生成NO的特性研究

对小屯煤焦中氮的存在形态进行了X射线光电子能谱(XPS)分析。并对小屯煤焦在模拟分解炉中NO释放特性进行了实验研究,考察了气氛、温度、生料对焦炭氮释放特性的影响。研究结果表明:小屯煤焦中氮主要以吡咯五元环形式存在;氧气体积分数对NO的生成速率有明显影响;在无生料催化下,生成量基本随温度的升高而加大,但是,当生料存在时,生成量随温度的升高而减少;生料的加入大大加速了NO的生成速率和生成量,表明生料对NO生成有显著的催化作用。焦炭氮转化为NO的几率主要由2个互相竞争的反应决定:包括N的氧化反应和NO的还原反应。     

产纤维素酶放线菌的筛选鉴定及其对玉米秸秆的降解

从寒地黑土中筛选得到一株对纤维素具有降解能力的菌株,观察该菌株的形态特征并对其进行分子生物学鉴定。采用响应曲面法对该菌株降解玉米秸秆的条件进行优化,并对玉米秸秆降解前后的结构变化、主要成分变化进行观察和测定。结果表明:该菌编号为GS-4-21,其透明圈与菌落直径的比值(D/d)为5.54±0.20,滤纸酶活、纤维素外切酶活、纤维素内切酶活和β-糖苷酶酶活分别为11.94±0.51、12.07±0.43、32.94±0.83和30.87±1.04 U/mL。经鉴定菌株GS-4-21属于链霉菌属。当以体积分数3%接种至pH为6的发酵培养基中,28℃、160 r/min发酵5 d时,玉米秸秆的降解率可达23.54%。SEM结果表明:菌株GS-4-21具有较好的纤维素降解能力。玉米秸秆中纤维素、半纤维素、木质素的降解率分别为30.33%、31.95%、18.91%。