生物质与煤混合燃烧成灰特性研究进展

基于能源与环境的双重压力以及生物质与煤单独燃用存在的问题,生物质与煤混燃已成为一种发展趋势.生物质与煤混燃存在的结渣积灰等问题制约着混燃技术的推广利用,因此研究生物质与煤混合燃烧的成灰特性具有现实意义.文章详细介绍了生物质与煤混合燃烧成灰特性的影响因素和分析方法,认为温度是影响生物质与煤混合燃烧成灰特性的主要因素;生物质与煤的混合比例对灰渣成分有一定影响,但二者间不存在明显的线性关系.燃料中的碱金属、氯、硫是引起结渣积灰的主要物质.由于生物质与煤的成灰特性相近,只是灰渣成分的含量差异较大,因此可以利用已有的煤结渣特性研究成果,分析混燃的成灰特性,但须要考虑生物质灰分的特征.     

生物质与烟煤灰的理化特性及混合灰熔融特性研究

文章利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线荧光衍射仪(XRD)、灰熔融特性分析仪对4种生物质(海草、梨木、榛子壳、稻秆)灰与神木烟煤灰的混合灰的熔融特性进行了研究。研究发现:水生生物质(海草)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度先升高再降低;两种木本生物质(梨木和榛子壳)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度逐渐升高;草本生物质(稻秆)灰的掺混对混合灰熔融特性温度的影响与水生生物质灰类似。由XRF分析可知:Na2O和CaO对于混合灰的熔融特性温度有更明显的影响,随着混合灰中Na2O含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐下降;随着混合灰中CaO含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐上升。由XRD结果可知:水生生物质灰在高温下容易形成熔点较低的碱金属硅酸盐,使混合灰的熔点降低;木本生物质灰中的CaCO3含量较高,能够提高混合灰的熔点;草本生物质灰与水生生物质灰类似,含有的低熔点碱金属硅铝酸盐使混合灰的熔点降低。     

典型秸秆类生物质灰的特性研究

生物质灰的特性对气化炉的参数设定及平稳运行有着重大的影响。以青岛周边的玉米秸秆为研究对象,结合XRD、XRF检测手段,对400～800℃下的灰样特性进行研究。结果表明:灰成分存在形式、灰分中矿物质转化以及灰的结渣程度与温度之间有明显的关联。玉米秸秆灰主要由K、Si、Cl等元素组成。随着温度的升高,K元素以KCl的形式逐渐变转化为KAlCl_2O、KAlSO_4等化合物。Si元素主要以SiO_2的形式与碱金属元素形成了NaAl_2Si_5O_(14)、K_2Si_2O_5、K_2O·Al_2SO_3·SiO_2等低共熔的化合物。高温下KCl可形成团聚粘性颗粒,且灰中的硅酸盐熔融也可形成团聚颗粒沉积,这可能导致结渣严重。     

循环流化床燃烧生物质的结渣问题研究

在0.2 MW循环流化床上进行实验,以棉杆为燃料,分别采用石英砂和高铝矾土颗粒作为床料,长时间稳定运行.对运行过程中的床料、结渣块取样进行XRF以及SEM分析,分析生物质循环流化床运行中产生结渣的原因.研究结果表明,床料和结渣块中富集了大量的碱金属,并且随着运行时间的延长,富集的含量越来越高.生物质灰中的碱金属和床料中的SiO2反应生成低共熔点的硅酸盐化合物是引起结渣的主要原因.     

生物质成型燃料链条锅炉结渣特性试验研究

为研究生物质成型燃料的结渣特性,本文采用生物质成型燃料链条锅炉燃烧设备,选择5种生物质成型燃料,采用工业锅炉节能监测方法和结渣率测定方法,对炉膛温度、过量空气系数及炉渣成分和灰熔融特征温度等对结渣率的影响进行了试验研究。试验结果表明,炉膛温度越高,过量空气系数越高,结渣率就越高;对大多数生物质成型燃料来说,软化温度越低,结渣率越高;当软化温度超过1 368℃时,不会发生结渣,燃用生物质成型燃料的锅炉,炉膛的出口烟温应低于1 000℃,可以减少结渣。另外,结渣也与生物质灰渣中的Si元素、碱金属元素及碱土金属元素有关,碱土金属可以抑制结渣,而碱金属和Si元素可促使结渣,从而为设计适合生物质成型燃料燃烧设备及改善燃料的燃烧性能提供依据。     

高碱煤中钠基化合物对灰熔融特性的影响

选取新疆准东煤田高钠煤(五彩湾煤和天池煤)为研究对象,研究了准东煤中碱金属钠的赋存形态和钠基化合物对煤灰熔融特性影响机制.向低温灰中添加不同比例的Na_2O然后制取其高温混灰,利用X射线衍射仪分析矿物质组分在不同成灰温度下演化规律,探究碱金属钠对准东煤灰熔融特性的影响机制.结果表明:准东煤中钠以水溶钠形式为主;天池煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后趋于稳定;五彩湾煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后升高.天池煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中白云石、氢氧化钙分解产生大量CaO,碱金属钠促进CaO与煤灰中Si、Al等反应生成含钙钠的低温共熔体,且有低熔点矿物无水芒硝生成;五彩湾煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中新生成低熔点的钙铁辉石和无水芒硝,且碱金属钠促进钙铝黄长石和镁黄长石等含钙矿物质的低温共熔反应,掺混过量Na_2O导致灰熔融温度升高,这是由于煤灰中生成了大量高熔点矿物质.     

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.     

秸秆类生物质燃烧特性的研究

利用热重分析仪对江苏宿迁地区的玉米秆、稻秆和麦秆三种生物质的燃烧特性进行了分析，测定了生物质的灰熔点和灰组成，用XRD和TEM表征了生物质灰的物相结构和形貌。研究结果表明，三种生物质的燃烧规律基本一致，燃烧过程可分为四个阶段：干燥过程，热解过程，晶型转变过程和熔融过程；三种生物质中，玉米秆灰熔点最高。灰量最少且碱金属含量最低；生物质灰为形态各异的纳米颗粒。     

低温热解生物质与煤共燃的结渣、积灰和磨损特性分析

利用灰分的结渣性指数t2、B／A、S／A、G，积灰沾污特性指数比和磨损指数‰对低温热解生物质单燃和与煤共燃时的结渣、积灰和磨损特性进行了研究和分析。认为：(1)低温热解生物质(锯屑、谷壳和花生壳)都不适合在电厂锅炉中直接燃烧。(2)热解生物质与煤共燃时的结渣、积灰和磨损特性取决于热解生物质灰分含量、灰成分，煤的灰分含量、灰成分以及混合比例等因素。(3)三种熬解生物质与煤共燃能够改善它们的结渣、积灰沾污和磨损性能，但又增加了煤的结渣、积灰沾污和磨损性。(4)热解生物质灰分含量越低。煤的灰分含量越高，煤的结渣、积灰沾污性能越好，越有利于提高混燃比例。(5)三种热解生物质中，热解锯屑与煤可混性最好。其他两种则相对较差。     

生物质与炉渣混燃循环流化床锅炉设计构想

目前生物质工业锅炉多采用层燃方式,生物质燃料灰熔点较低,灰成分碱金属含量高,结渣、受热面积灰、腐蚀等情况比较严重,制约层燃生物质锅炉的发展。另外在工业锅炉占很大份额的燃煤层燃炉炉渣含碳量普遍高于20%,造成能源浪费。本文根据生物质燃料以及层燃炉渣的特点,提出燃用生物质与层燃炉渣混合燃料循环流化床锅炉的设计构想。通过合理的燃料配比提高生物质燃料灰熔点,稳定流化床循环物料,采取一定措施减少碱金属的升华和尾部受热面积灰、腐蚀。并对其在小型工业锅炉应用的"节能减排"效果进行了预测。     

生物质燃料破碎机的开发

介绍了一种适用性广泛、效率高、能耗低的生物质燃料破碎技术。该技术与国外同类技术相比,综合破碎效率有所提高,综合吨料耗电量有所下降,购置费用降低70%,且维护方便。该技术的成功开发及应用,扩大了我国生物质发电燃料的利用范围,提高了生物质燃料破碎效率,降低了破碎作业成本,在生物质燃料供应方面有效地推动了我国生物质发电的技术进步。     

Products from Lignocellulosic Materials via Degradation Processes

Abstract

Products from lignicellulosic materials by degradation processes are reviewed based on the results of some investigations. Biomass provides a potential source of added value chemicals, such as reducing sugars, furfural, ethanol and other products by using biochemical or chemical and thermochemical. The initial degradation reactions include depolymerization, hydrolysis, oxidation, dehydration, and decarboxylation. The gas phase of pyrolitic degradation products contain mostly carbon monoxide and carbon dioxide, and minor proportions of hydrogen, methane, ethane, and propane. The liquid fraction consists mainly of water, with small proportions of acetaldehyde, propion aldehyde, butiraldehyde, acrolein, croton-aldehyde, furan, acetone, butanedione, and methanol. There are many studies on biomass conversion methods because of energy problems and environmental pollution. Ethanol is an alcohol and is fermented from sugars, starches or from lignocellulosic biomass. In order to produce bioethanol from lignocellulosic biomass, a pretreatment process is used to reduce the sample size, degrade the hemicelluloses to sugars, and open up the structure of the cellulose component. The cellulose portion is hydrolyzed by acids or enzymes into glucose sugar that is fermented to bioethanol. The sugars from the hemicelluloses are also fermented to bioethanol.     

Pretreatment of second and third generation feedstock for enhanced biohythane production: Challenges,recent trends and perspectives

In the context of biofuel production and achieving sustainable bioeconomy, the use of lignocellulosic and algae biomass in anaerobic fermentation processes yields biohythane that has a typical composition of 10–15% H₂, 50–55% CH₄ and 30–40% CO₂. Using organic biomass-based substrates has been shown to minimize environmental impacts due to the versatile production of high-value products under normal operating conditions that are practically achievable. However, the biohythane yield depends on different factors such as the biomass type, the organic loading rate, soluble metabolic products formed, the type of fermentation (single/dual stage) and the pretreatment strategy adopted for the biomass. Different pretreatment strategies based on physical, chemical and biological processes have been proposed in the literature. In this review, improvements in biohythane yield as a result of these pretreatment strategies, the need/effect of inoculum enrichment, the effects of pH, temperature, trace element addition and organic loading rate has been reviewed. Finally, the major developments of improving biohythane yield due to the addition of co-substrates and the current trends are discussed.     

我国生物质资源化利用新技术及其进展

针对生物质传统利用方式的不足与弊端 ,提出生物质资源化利用新技术是生物质最终处置的根本方式 ,并就目前研究的生物质高温空气气化、生物质制氢、生物质液化、生物质固体成型等多种利用方式进行了综述     

生物质粉体燃烧特性的研究

文章提出了一种生物质粉体燃烧模型,根据此模型设计了专用的燃烧炉.研究揭示了生物质粉体燃烧特性突出表现为体积特性,其次是粒径特性,同时温度场的分布验证了燃烧模型的合理性.当粉体粒径为0.177mm左右,每千克粉体燃料配送4m3风量时,燃烧效果与破碎成本最优化.而且风粉混合物可以像燃气一样输送、控制和燃烧.这种新的燃烧方式对提高生物质的燃烧效率、改善结渣现象有重大的意义,并为生物质能的利用开辟了一条新途径.     

改进型固定床上吸式气化炉及其在蒸汽锅炉中的代油燃烧应用

在蒸汽锅炉进行生物质能源改造中,生物质气化燃气代替煤、油具有成本、环保、政策方面的优势,但必须解决焦油的二次污染问题。本文提出以改进型即中部出气固定床上吸式气化炉生产生物质可燃气,及焦油成分随燃气直接在锅炉炉膛燃烧的技术路线,并以2 T/h蒸汽锅炉为例对气化炉的主要结构参数进行设计计算。采用基于锅炉输出蒸汽压力的气化炉鼓风自适应控制方法实现系统的闭环控制。最后通过实际应用案例实测数据的热能计算证明生物质气化燃气在蒸汽锅炉中代替煤、油燃烧的可行性。     

生物质再燃降低燃煤锅炉NOx排放研究综述

我国能源结构以化石燃料为主,不可再生且污染严重,开发和推广应用可再生能源,逐步调整与优化能源结构,意义重大.生物质能是一种清洁可再生能源,也是当前世界能源研究热点之一.重点介绍了生物质再燃利用技术的原理和应用现状,生物质再燃技术包括直接再燃、气化再燃以及高级再燃,使用生物质用于燃煤锅炉再燃,既可以合理利用生物质,又能有效降低燃煤锅炉的NOx排放,NOx减排率可达50%～90%,具有广阔的推广和应用前景.     

生物质直燃发电配套炉前给料技术的研究与发展

针对典型生物质发电项目配套炉前给料系统的问题,提出了改进的技术方案,以拨棍上棒状拨齿有效地拨动生物质物料取代常用的绞龙螺旋对物料的推送作用,可以较好地适应不同的生物质原料,同时大幅降低给料环节的能耗;通过实验室规模试验,获取了该技术的关键技术参数以及设计原则,对于典型15 MW生物质发电机组炉前给料系统进行的估算显示采用该方案完全可以保证机组满负荷的需求,同时,配套驱动功率低于50 kW,可大幅降低能耗。     

温度对生物质固定床热解影响的研究

在固定床上研究不同温度下生物质的热解过程,采用微型气相色谱、傅立叶红外光谱仪、比表面积和孔径分析仪等研究了热解温度对棕榈壳热解气体产物的释放特性和固体残余物生物质炭的物化特性及生物质的热解机理。实验发现生物质的热解主要集中在400～700℃,高温有利于气体产物的析出,生物质炭的量及其所含的有机官能团(C=0,C-C,C-H,C-O和OH等)随热解温度的升高快速减少。在600℃时固体生物质炭有较高的比表面积和小的孔径,表面孔结构较均匀。