金屬氧化物催化生物質(zhì)微米燃料燃燒特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、生物質(zhì)直接燃燒是生物質(zhì)能應(yīng)用最多、最簡(jiǎn)單廉價(jià)的利用方式,但長(zhǎng)期以來由于生物質(zhì)直接燃燒能源燃燒溫度和利用效率低,限制了其應(yīng)用。為此,華中科技大學(xué)根據(jù)粉塵爆炸高溫燃燒原理開發(fā)了生物質(zhì)微米燃料高溫燃燒技術(shù),研究表明,其空氣燃燒溫度可達(dá)1200℃以上,富氧燃燒高達(dá)1600℃。但前者不能滿足大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的要求,后者要消耗大量的氧氣,成本較高。因此考慮采用固相催化燃燒的方法,考察催化性質(zhì)的添加劑對(duì)微米燃料著火特性、燃盡特性、平均反應(yīng)活性、綜合燃

2、燒特性、燃燒溫度、升溫速率及尾氣排放特性的影響是高效利用微米燃料燃燒技術(shù)的一種新途徑,具有重要意義。
　　選取堿土金屬氧化物 MgO、CaO和Ca、Mg為主要成分的礦石白云石為添加劑,對(duì)生物質(zhì)微米燃料和添加劑的混合物分別進(jìn)行熱重分析、靜態(tài)混燃和旋風(fēng)燃燒實(shí)驗(yàn)。
　　熱重分析實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了微米燃料與1％wt、2％wt和3％wt添加劑混合樣品的著火特性、燃盡特性、綜合燃燒特性、平均反應(yīng)活性及動(dòng)力學(xué)特性。結(jié)果表明:除添加3％wtMg

3、O和3％wtCaO的樣品外,其它所有樣品的著火溫度均比微米燃料低;三種添加劑對(duì)微米燃料的燃盡特性均無明顯改善,但2％wtCaO和2％wt白云石提高燃盡點(diǎn)附近的轉(zhuǎn)化速率;2％wtCaO和2％wt白云石可以提高微米燃料的平均反應(yīng)活性,MgO則降低其活性;1％wtMgO、2％wtCaO和2％wt白云石提高了樣品的綜合燃燒特性,且隨著添加比例的增加,CaO和白云石效果先增強(qiáng)后減弱,MgO效果降低;Coats-Redfern法計(jì)算活化能可知,除3

4、％wtCaO外,所有催化燃燒樣品揮發(fā)分燃燒階段活化能都降低,1％wtMgO和2％wtCaO和所有的白云石樣品固定碳燃燒階段活化能降低,微米燃料燃燒及催化燃燒都滿足一級(jí)反應(yīng)。綜合各參數(shù)可知,最佳的添加劑及比例為2％wt白云石>2％wtCaO>1％wtMgO>BMF,由此推斷 MgO和CaO具有一定的協(xié)同催化作用。
　　靜態(tài)混燃實(shí)驗(yàn)是將摻入2％wt添加劑的微米燃料在600℃下于馬弗爐內(nèi)靜態(tài)燃燒2h,對(duì)其灰分進(jìn)行 SEM、XRD、XRF

5、分析,并考察所選添加劑對(duì)微米燃料結(jié)渣性能的影響。結(jié)果表明:加入2％wtMgO、CaO和白云石后,微米燃料的出灰量成線性增加,團(tuán)聚和熔融程度加重;XRD分析表明,600℃下各樣品灰中主要礦物成分為CaCO3、SiO2、KCl、MgO等單體物質(zhì),沒有形成復(fù)雜共熔體;結(jié)合硅比,硅鋁比,鐵鈣比和生物質(zhì)結(jié)渣特性指數(shù)推斷,添加2％wt的金屬化合物均加重了微米燃料的結(jié)渣程度。
　　旋風(fēng)燃燒對(duì)課題組已有的微米燃料旋風(fēng)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試,確定其最佳

6、過氧空氣系數(shù)和進(jìn)料量分別1.26和360g/min。在此工況下進(jìn)行了微米燃料與2％wt添加劑混合樣品的催化燃燒實(shí)驗(yàn),對(duì)比添加添加劑前后的爐膛溫度和煙氣成分,得出以下結(jié)論:在最佳工況下,微米燃料旋風(fēng)燃燒最高溫度為1260℃;CaO和白云石在1000℃以下對(duì)微米燃料的升溫速率和最高溫度無明顯影響,1000℃以上時(shí),升溫速率加快,最高溫度分別提高至1280℃和1275℃,MgO則降低二者的值;煙氣分析表明,CaO和白云石降低 CO排放量,Mg