生物质与煤掺烧燃烧特性的实验研究

利用热重分析仪,在不同条件下,对单一生物质、煤及其混合物的燃烧特性进行分析,研究了木屑、稻壳、稻草及耒阳白沙煤的着火温度、燃烧最大速率温度和燃烬温度等燃烧特性参数。实验结果表明,生物质的着火温度比白沙煤低,生物质在燃烧过程中有两个明显的失重阶段,而煤只有一个明显的失重阶段。通过掺烧可以使生物质与煤的混合物着火温度降低,着火时间缩短,延长了整个燃烧的温度区间,使煤能更好地燃尽,使燃料的燃烧特性得到了优化。随着生物质掺混比例的提高,掺混样品着火点温度降低得更加明显;且生物质颗粒尺寸由R90变为R200时,同样的掺混比例下,尺寸R200的掺混样品着火温度更低。     

掺混比例对生物质和煤流化床共气化特性影响的试验研究

采用新型床料在鼓泡流化床中进行了2种典型的木本和草本生物质与烟煤的空气-水蒸气气化试验,研究了生物质掺混比例对燃气组分和热值、气化效率及碳转化率等参数的影响规律.结果表明:当松木屑的掺混比例从0%增大到100%时,H2和CO的体积含量分别增加了4.6%和4.4%,CO2的体积含量减少了3%,CH4和CnHm的含量也有所增加;当稻秸的掺混比例从0%增大到100%时,CO的体积含量先从25.8%上升至27.5%,再下降至25.3%,其他燃气组分的变化趋势与松木屑和煤气化的相类似;随着生物质掺混比例的增加,2种生物质和煤共气化的气化效率和碳转化率均有所提高,且在共气化过程中存在协同效应.     

煤粉与生物质混燃的低温着火特性

利用自制的管式炉恒温热重测量实验台研究了掺混比、温度、煤种以及生物质种类等因素对煤粉与生物质混燃时低温着火特性的影响,并对煤粉与生物质混燃时的低温着火活化能进行了计算.结果表明:随着掺混比的增大,混合物的燃烧速率加快且燃尽程度提高;温度升高能改善煤粉与生物质混合物的燃烧特性;掺混生物质对难燃煤的着火特性影响比对易燃煤更明显;对于某一煤种,掺混水分和挥发分含量高的生物质,燃烧初期的失重速率加快;掺混灰分含量越多的生物质,在燃烧后期对煤粉的促燃作用越差;燃烧反应活化能随着生物质掺混比和温度区间的增大而减小.     

生物质制备燃料炭实验研究

利用管式固定床炭化装置对棉秆、木屑和竹屑进行炭化实验,利用工业分析仪、快速量热仪和热重分析仪对炭化实验制得的生物质炭进行分析,用木炭和烧烤炭质量指标评价生物质炭质量,用着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性指数S评价生物质炭燃烧特性。结果表明:随着炭化温度的升高,生物质炭产率和干基挥发分产率减小、干基固定碳产率增大,相应的变化速率减小;着火温度和燃尽温度随着炭化温度的升高而升高,S值减小;相比木屑炭和竹屑炭,棉秆炭的燃烧特性最好。对比生物质炭与木炭和烧烤炭的燃烧特性和炭质量发现,木屑和竹屑可用于生产木炭替代品,棉秆可用于制作烧烤炭,500℃为棉秆制备烧烤炭的最佳炭化温度。     

生物质与煤共热解行为及模型化研究

采用热天平分析仪对稻草和北宿煤、神府煤的共热解行为进行研究,建立共热解模型,并对实验结果进行分析。结果表明,当温度低于700 K时,失重曲线与稻草失重曲线吻合较好。温度高于700 K时,失重曲线不能用生物质和煤失重曲线的叠加描述。共热解模型表明,加入少量生物质后,共热解反应表观活化能出现下降趋势,随生物质含量增加,活化能逐渐升高。生物质中纤维素和半纤维素对于共热解反应的参与程度低于木质素。对比神府煤和北宿煤与稻草共热解实验结果表明,较低的煤热解温度有利于提高生物质利用率。     

生物质与煤共热解特性研究

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。     

成型生物质高温炭化及成型炭理化性能研究

分别将棉杆、木屑两种单一的生物质原料及其混合原料成型(炭化压力60 MPa)造粒,并于固定床热解炉内对成型生物质进行炭化实验,分析炭化温度(400、500和600℃)及棉杆的掺混比例对成型炭理化性能的影响。研究表明:物理特性方面,随着炭化温度的升高,生物质成型炭的表观密度和抗压强度均呈先减小后增大的趋势;相同炭化温度条件下,随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的表观密度增大,但抗压强度呈先减小后增大的趋势;化学特性方面,随着炭化温度的升高,成型炭的热值增加,但燃烧特性变差,灰分产率增加;随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的燃烧特性改善,但热值降低,灰分产率增加;通过先成型再炭化制得的成型炭灰分和固定碳产率均优于欧盟标准EN1860-2:2005;在炭化温度为400、500和600℃时成型生物质中至少含有20%、40%和60%的棉杆可使其燃烧特性指标优于商用烧烤炭。     

木质生物质定温热解炭化特性研究

在自制大型热重实验平台上,进行了不同温度下松木颗粒的定温炭化热重实验,探讨木质生物质在不同温度下的炭化反应规律,并得到反应动力学参数.对炭化产物进行燃料特性分析,研究炭化温度对炭化产物特性的影响.结果表明:当炭化温度高于250℃时,所得松木炭燃料特性接近烟煤,进一步提高炭化温度后,其燃料特性逐渐接近无烟煤;当炭化温度超过650℃后,炭化过程中会发生一部分气化反应;生物质定温炭化过程中,随着反应程度的深入,反应动力学参数发生变化,表现为反应级数逐渐增大,表观活化能和相应的频率因子逐渐减小.     

自由落下床中稻草与煤高温快速共热解特性研究

在自由落下床中对稻草、神府烟煤、凤矿无烟煤以及稻草与两种煤的混合物进行高温快速共热解试验,考察不同热解温度、不同稻草质量掺混比下稻草与煤共热解过程中的协同作用。研究结果表明:随着稻草质量掺混比的增大,热解气总产率逐渐增大,热解焦产率逐渐减小;热解产物产率的实际值与理论值不同,800℃共热解时焦油产率高于理论值,协同作用促进焦油的生成;1000~1400℃时气体总产率高于理论值,协同作用促进气体的生成;在800℃时热解气中CO的生成受到抑制,高于1000℃时,共热解促进CO、H_2的生成。稻草与神府烟煤共热解焦的反应活性明显高于稻草与凤矿无烟煤共热解焦;当稻草质量掺混比为40%、60%时共热解焦活性降低,当稻草质量掺混比大于60%时,共热解焦的反应活性则逐渐提高。     

松木屑与褐煤流化床共气化过程的分析

生物质与煤共气化可解决生物质不易稳定流化及气化气焦油含量高的问题。基于流化床反应器的松木屑与褐煤共气化试验,研究松木屑掺混比例对合成气及未反应碳的值和效率的影响,并将试验值和理论值进行分析比较。结果表明,各成分气体对合成气值的贡献关系是:CH_4C_2H_4COH_2,松木屑气化有更好的能量利用效率;合成气值和效率的试验值均高于计算值,而未反应碳值和效率的试验值均低于计算值;在生物质掺混比例为50%的工况下,松木屑与褐煤共气化协同作用最显著,表现为一种更好的气化方式。