動(dòng)力用煤混燒生物質(zhì)燃燒特性及污染物排放特性研究.pdf

1、本文應(yīng)用熱分析技術(shù)，研究了三種不同變質(zhì)程度的動(dòng)力用煤和六種常見生物質(zhì)（瓜子皮、甘蔗渣、糠醛渣、酒糟、梧桐木和玉米芯）及其混合物的燃燒特性，深入探討了生物質(zhì)種類、升溫速率和混合比例等參數(shù)對(duì)樣品燃燒特性的影響，進(jìn)而得到各樣品燃燒的動(dòng)力學(xué)特性；應(yīng)用靜態(tài)燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)生物質(zhì)和煤?jiǎn)为?dú)燃燒及混合燃燒的污染物排放特性進(jìn)行了研究，分析了爐溫、混合比例等條件對(duì)污染物排放特性的影響。
　　 首先，本文利用TGA/SDTA851e綜合熱分析儀對(duì)動(dòng)力用

2、煤混燒生物質(zhì)的燃燒特性進(jìn)行了研究。生物質(zhì)的燃燒失重分為兩個(gè)階段：第一階段(240～380℃)是生物質(zhì)中纖維和木質(zhì)裂解以及揮發(fā)分釋放燃燒階段；第二階段(>380℃)是生物質(zhì)裂解后焦炭燃燒階段。第一階段失重范圍較大，反應(yīng)溫度區(qū)間較窄，為生物質(zhì)燃燒的主體階段。在該區(qū)域，農(nóng)業(yè)廢棄物（瓜子皮、甘蔗渣、梧桐木和玉米芯）的失重率高達(dá)70％以上，工業(yè)廢棄物（糠醛渣和酒糟）失重率亦在50％以上；第二階段失重相對(duì)緩和，反應(yīng)的溫度變化范圍較寬，此階段的失重量

3、和失重速率明顯低于第一階段。生物質(zhì)以不同比例與煤混合燃燒的燃燒速率試驗(yàn)曲線與按比例折算后的曲線基本吻合，但略有差別：揮發(fā)分析出階段試驗(yàn)值比折算值稍低，而在焦炭燃燒階段試驗(yàn)值比折算值偏高。隨著升溫速率的提高，不論是單煤、單生物質(zhì)還是混煤，TG曲線都向高溫區(qū)移動(dòng)，DTG曲線最高峰的位置也向右偏移，最大失重速率相應(yīng)增大，燃燒時(shí)間縮短，可燃性指數(shù)增大。
　　 其次，本文利用Freeman-Carroll法、改進(jìn)Coats-Redfern

4、法和Ozawa法等不同熱分析曲線處理方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算處理，求解其燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。根據(jù)改進(jìn)Coats-Redfem法，計(jì)算得到了六種生物質(zhì)和三種不同變質(zhì)程度煤燃燒機(jī)理函數(shù)的最佳n值，并求出了其各階段表觀活化能。結(jié)合三種動(dòng)力學(xué)分析方法，可以得到，對(duì)于生物質(zhì)與煤?jiǎn)为?dú)燃燒，在著火初始階段，生物質(zhì)和煤的反應(yīng)活化能和頻率因子均較大，而對(duì)于其燃燒的主要階段來(lái)說(shuō)，隨著升溫速率的升高，活化能和頻率因子均逐漸減小，從而使生物質(zhì)和煤的燃燒速率隨升

5、溫速率的升高而逐漸增大，說(shuō)明升溫速率的升高有利于生物質(zhì)和煤活性的提高。Ozawa法求解結(jié)果從另一角度進(jìn)一步表明，在不同的燃燒階段，生物質(zhì)與煤燃燒反應(yīng)的活化能是不同的，隨著反應(yīng)度α的增大，生物質(zhì)的活化能先增大后減小，而煤及生物質(zhì)混煤的活化能則逐漸減小。
　　 最后，本文利用靜態(tài)燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)研究了動(dòng)力用煤混燒生物質(zhì)時(shí)的硫、氮污染物排放特性，并考察了爐溫及混合比例等因素對(duì)其影響規(guī)律。研究表明，單一煤燃燒時(shí)，S02排放明顯分為兩個(gè)階段：

6、第一階段對(duì)應(yīng)煤揮發(fā)分析出著火階段，為煤中有機(jī)硫和部分黃鐵礦硫燃燒形成；第二階段為需要更高溫度才能燃燒的有機(jī)硫燃燒、黃鐵礦硫及少量的硫酸鹽硫形成。單一生物質(zhì)燃燒時(shí)，除糠醛渣外，均形成單一S02釋放峰，而糠醛渣的S02釋放特點(diǎn)則與煤相似。除糠醛渣外，生物質(zhì)與煤混燒時(shí)，隨著生物質(zhì)比例增大，S02釋放峰減小，S02排放總量減小，S02排放時(shí)間縮短；對(duì)于糠醛渣，隨著糠醛渣比例的增大，當(dāng)其含硫量低于煤時(shí)，S02排放總量減小；當(dāng)其含硫量高于煤時(shí)，S0

7、2排放總量則增大。對(duì)于生物質(zhì)混煤，在燃燒前期，爐溫越低，易分解有機(jī)硫析出越快，S02析出越快，燃燒后期則是爐溫越高，難分解有機(jī)硫析出越快，S02析出越快，與單一煤的規(guī)律基本一致；除甘蔗渣和梧桐木外，隨著爐溫的升高，S02排放總量先增大后減小，而甘蔗渣和梧桐木混煤的S02排放總量則逐漸增大；隨著爐溫的升高，S02排放時(shí)間縮短，S02轉(zhuǎn)化率先增大，后減小。
　　 單一煤燃燒時(shí)，煙煤形成兩個(gè)NO釋放峰，貧煤和無(wú)煙煤均形成較平坦的一個(gè)N

8、O釋放峰；單一生物質(zhì)燃燒時(shí)，除酒糟和糠醛渣外，生物質(zhì)皆為一個(gè)NO釋放峰，而酒糟的NO釋放呈明顯的雙峰結(jié)構(gòu)，糠醛渣的NO釋放不均勻，但總體上呈雙峰趨勢(shì)；相對(duì)于煤來(lái)說(shuō)，生物質(zhì)的NO釋放時(shí)間較短，主要集中在燃燒前期。煤和生物質(zhì)單獨(dú)燃燒時(shí)，隨著樣品含氮量的增大，煤和生物質(zhì)的NO轉(zhuǎn)化率總體呈減小趨勢(shì)，但NO排放總量與樣品自身含氮量之間無(wú)明顯的規(guī)律性。生物質(zhì)與不同變質(zhì)程度的煤混燒時(shí)，生物質(zhì)的加入使得NO釋放提前，釋放所用時(shí)間縮短，且隨著生物質(zhì)比例的