生物質(zhì)混煤燃燒及污染物排放特性研究.pdf

1、能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類從事各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的原動(dòng)力。隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗量急劇增長(zhǎng)。然而，目前世界各國(guó)正面臨著能源短缺的巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，由燃煤排放的污染物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染嚴(yán)重影響著國(guó)家的資源安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的生存。面對(duì)這種嚴(yán)峻的形勢(shì)，人類迫切要求尋找新的能源，以逐步減少和替代化石能源的使用。在眾多的可再生能源中，具有廣泛使用價(jià)值的是生物質(zhì)能。生物質(zhì)與煤共燃是利用生物質(zhì)簡(jiǎn)單方便經(jīng)濟(jì)有效的方法

2、之一，但其利用方面還面臨著許多困難。 本文應(yīng)用熱分析方法研究了生物質(zhì)和煤各自的燃燒特性以及混合后的燃燒特性，試驗(yàn)研究了生物質(zhì)種類、升溫速率以及混合比例等參數(shù)對(duì)樣品燃燒特性的影響，進(jìn)而得到了各樣品燃燒的動(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)和煤分別燃燒以及混合燃燒后的污染物排放特性進(jìn)行了研究，試驗(yàn)分析了爐溫、混合比例等對(duì)污染物排放特性的影響。 首先，本文利用TGA/SDTA851綜合熱分析儀(瑞士Mettler-Tole

3、do公司)研究了試驗(yàn)參數(shù)對(duì)燃燒特性的影響。試驗(yàn)煤種為取自山東里彥電廠的煙煤，生物質(zhì)樣品包括：玉米稈、稻稈、麥稈、花生殼、棉稈和楊木屑，為便于對(duì)比，另外選用了木質(zhì)素、造紙廢液顆粒和纖維素等生物質(zhì)制品進(jìn)行比較試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，煤的著火溫度和燃盡溫度分別為429．O*C和626~C，而各生物質(zhì)樣品的著火溫度分別為266.0℃、271.7℃、267.3℃、286.8℃、274.0℃、306.5℃、372.6℃、317.2℃和338.9℃，它們的燃

4、盡溫度分別為480℃、492.5℃、443℃、443℃、384℃、420℃、1014℃、487℃和447℃；除木質(zhì)素外，生物質(zhì)和煤相比具有較低的著火溫度、燃盡溫度和較大的燃燒特性指數(shù)，放熱峰出現(xiàn)的時(shí)間比煤的早。生物質(zhì)混煤的著火溫度均比煤的低，揮發(fā)分析出、燃燒趨于均勻，焦炭燃燒溫度提前。隨升溫速率的升高(30～100℃/min)，各混煤的揮發(fā)分和焦炭的最大燃燒速率、燃盡溫度及燃燒特性指數(shù)均增’加，放熱峰及其對(duì)應(yīng)的溫度先增加后略微減小。隨混

5、煤中生物質(zhì)比例的增加(5﹪～30﹪)，著火溫度下降，揮發(fā)分燃燒速率增大，焦炭燃燒速率及放熱峰值減小，且對(duì)應(yīng)溫度也有所降低，混煤的燃盡溫度降低，揮發(fā)分燃燒特性指數(shù)增大，焦炭燃燒特性指數(shù)減小。在揮發(fā)分析出燃燒階段，生物質(zhì)的活化能和頻率因子都很大，使其具有很大的燃燒速率； 隨著生物質(zhì)比例的增加，混煤的活化能和頻率因子增加，燃燒速率變大；隨著升溫速率的升高，活化能和頻率因子降低，其綜合效果使燃燒速率增大。在焦炭燃燒階段，煤的活化能和頻率

6、因子均較小，其燃燒速率小于生物質(zhì)揮發(fā)分的燃燒速率；混煤的活化能和頻率因子比煤?jiǎn)为?dú)燃燒時(shí)的低，其燃燒速率比煤本身的小；隨混合比例的增加，混煤的活化能和頻率因子均下降，燃燒速率也變?。浑S著升溫速率的升高，活化能和頻率因子均降低，而燃燒速率增大。其次，在靜態(tài)燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了生物質(zhì)混煤燃燒時(shí)的污染物排放試驗(yàn)，考察了溫度及混合比例對(duì)混煤燃燒時(shí)硫、氮析出特性的影響。研究表明，與煤相比，生物質(zhì)的含硫量很少，甚至不含硫；SO<,2>析出時(shí)間較早，析

7、出峰小：SO<,2>和NO的轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤。煤?jiǎn)为?dú)燃燒時(shí)的SO<,2>轉(zhuǎn)化率為76.19﹪，而麥稈和棉稈的SO<,2>轉(zhuǎn)化率分別只有22.90﹪和36.63﹪，玉米稈和楊木屑兩種生物質(zhì)沒有明顯的硫析出。加入生物質(zhì)后，混煤SO<,2>的轉(zhuǎn)化率比煤?jiǎn)为?dú)燃燒時(shí)降低，但加入比例的影響規(guī)律性不強(qiáng)。煤?jiǎn)为?dú)燃燒時(shí)NO轉(zhuǎn)化率為51.54﹪，混煤NO的轉(zhuǎn)化率降低。當(dāng)往煤中添加5﹪～30﹪的生物質(zhì)時(shí)，麥稈混煤、玉米稈混煤、棉稈混煤和楊木屑混煤的NO轉(zhuǎn)變率

8、與煤的相比分別降低了5.09﹪～17.25﹪，3.77﹪～14.30﹪，4.34﹪～11.89﹪，3.47﹪～15.24﹪。隨著爐溫的升高，SO<,2>開始釋放時(shí)間提前，析出峰值降低，但排放總量增加。從850℃到950℃，玉米稈混煤SO<,2>轉(zhuǎn)化率分別為65.13﹪、65.83﹪和74.66﹪，麥稈混煤分別為68.76﹪、69.58﹪和72.99﹪，棉稈混煤分別為63.87﹪、67.78﹪和75.58﹪，楊木屑混煤分別為67.5 5﹪

9、、73.07﹪和81.11﹪。隨著爐溫的升高，NO的轉(zhuǎn)化率略有增加。 最后，應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)不同生物質(zhì)混煤燃燒過程中SO<,2>和NO的釋放特性進(jìn)行了預(yù)測(cè)。通過分析、計(jì)算建立了兩個(gè)BP網(wǎng)絡(luò)模型分別預(yù)測(cè)SO<,2>和NO的轉(zhuǎn)化率。SO<,2>的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型選用了trainbfg訓(xùn)練函數(shù)，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為7，而預(yù)測(cè)NO的網(wǎng)絡(luò)選用函數(shù)trainlm，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為4。用28組樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，用4組測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的有效性進(jìn)