動力用煤混燒生物質燃燒特性及污染物排放特性研究.pdf

1、本文應用熱分析技術，研究了三種不同變質程度的動力用煤和六種常見生物質（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，深入探討了生物質種類、升溫速率和混合比例等參數對樣品燃燒特性的影響，進而得到各樣品燃燒的動力學特性；應用靜態(tài)燃燒試驗系統對生物質和煤單獨燃燒及混合燃燒的污染物排放特性進行了研究，分析了爐溫、混合比例等條件對污染物排放特性的影響。
　　 首先，本文利用TGA/SDTA851e綜合熱分析儀對動力用

2、煤混燒生物質的燃燒特性進行了研究。生物質的燃燒失重分為兩個階段：第一階段(240～380℃)是生物質中纖維和木質裂解以及揮發(fā)分釋放燃燒階段；第二階段(>380℃)是生物質裂解后焦炭燃燒階段。第一階段失重范圍較大，反應溫度區(qū)間較窄，為生物質燃燒的主體階段。在該區(qū)域，農業(yè)廢棄物（瓜子皮、甘蔗渣、梧桐木和玉米芯）的失重率高達70％以上，工業(yè)廢棄物（糠醛渣和酒糟）失重率亦在50％以上；第二階段失重相對緩和，反應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。生物質以不同比例與煤混合燃燒的燃燒速率試驗曲線與按比例折算后的曲線基本吻合，但略有差別：揮發(fā)分析出階段試驗值比折算值稍低，而在焦炭燃燒階段試驗值比折算值偏高。隨著升溫速率的提高，不論是單煤、單生物質還是混煤，TG曲線都向高溫區(qū)移動，DTG曲線最高峰的位置也向右偏移，最大失重速率相應增大，燃燒時間縮短，可燃性指數增大。
　　 其次，本文利用Freeman-Carroll法、改進Coats-Redfern

4、法和Ozawa法等不同熱分析曲線處理方法對試驗數據進行了計算處理，求解其燃燒反應動力學參數。根據改進Coats-Redfem法，計算得到了六種生物質和三種不同變質程度煤燃燒機理函數的最佳n值，并求出了其各階段表觀活化能。結合三種動力學分析方法，可以得到，對于生物質與煤單獨燃燒，在著火初始階段，生物質和煤的反應活化能和頻率因子均較大，而對于其燃燒的主要階段來說，隨著升溫速率的升高，活化能和頻率因子均逐漸減小，從而使生物質和煤的燃燒速率隨升

5、溫速率的升高而逐漸增大，說明升溫速率的升高有利于生物質和煤活性的提高。Ozawa法求解結果從另一角度進一步表明，在不同的燃燒階段，生物質與煤燃燒反應的活化能是不同的，隨著反應度α的增大，生物質的活化能先增大后減小，而煤及生物質混煤的活化能則逐漸減小。
　　 最后，本文利用靜態(tài)燃燒試驗系統研究了動力用煤混燒生物質時的硫、氮污染物排放特性，并考察了爐溫及混合比例等因素對其影響規(guī)律。研究表明，單一煤燃燒時，S02排放明顯分為兩個階段：

6、第一階段對應煤揮發(fā)分析出著火階段，為煤中有機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硫燃燒、黃鐵礦硫及少量的硫酸鹽硫形成。單一生物質燃燒時，除糠醛渣外，均形成單一S02釋放峰，而糠醛渣的S02釋放特點則與煤相似。除糠醛渣外，生物質與煤混燒時，隨著生物質比例增大，S02釋放峰減小，S02排放總量減小，S02排放時間縮短；對于糠醛渣，隨著糠醛渣比例的增大，當其含硫量低于煤時，S02排放總量減小；當其含硫量高于煤時，S0

7、2排放總量則增大。對于生物質混煤，在燃燒前期，爐溫越低，易分解有機硫析出越快，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排放時間縮短，S02轉化率先增大，后減小。
　　 單一煤燃燒時，煙煤形成兩個NO釋放峰，貧煤和無煙煤均形成較平坦的一個N

8、O釋放峰；單一生物質燃燒時，除酒糟和糠醛渣外，生物質皆為一個NO釋放峰，而酒糟的NO釋放呈明顯的雙峰結構，糠醛渣的NO釋放不均勻，但總體上呈雙峰趨勢；相對于煤來說，生物質的NO釋放時間較短，主要集中在燃燒前期。煤和生物質單獨燃燒時，隨著樣品含氮量的增大，煤和生物質的NO轉化率總體呈減小趨勢，但NO排放總量與樣品自身含氮量之間無明顯的規(guī)律性。生物質與不同變質程度的煤混燒時，生物質的加入使得NO釋放提前，釋放所用時間縮短，且隨著生物質比例的