生物质燃烧电厂灰渣特性及其利用的研究

摘要

生物质灰是生物质燃烧发电产生的固体废弃物，因含有大量可利用成分，其合理利用是生物质通过直燃发电实现可持续利用的重要内容，而对灰特性的认识和评价是实现生物质灰高附加值利用的前提。本文针对我国生物质直燃发电的实际特别是主要燃用秸秆等草本生物质燃料的特点，采用多种先进的实验和分析方法对两家燃烧农业剩余物的电厂产生的炉渣和飞灰进行了系统的特性研究，主要包括理化特性和环境影响特性，并以此为基础，对灰渣的农业利用价值进行了简要评价。
　　 对生物质电厂灰渣理化特性，主要从灰的基础特性、飞灰颗粒的表面形态特征、无机元素的组成、矿物质组成以及飞灰的热分析特性五个方面进行了分析和研究。基础特性的研究表明，炉渣的灰份高、TOC很低而且堆积密度较大，而飞灰则相反;除尘器飞灰比其他飞灰的粒径小很多，而且各飞灰的TOC随粒径增加而升高。飞灰颗粒的形态分析显示，大部分飞灰颗粒呈现不规则的形状，较粗的飞灰颗粒能够反映燃料颗粒的形态，而且细颗粒飞灰中含有不少球形颗粒，表明部分颗粒经历过熔融和破碎过程。对灰的无机元素组成和矿物质组成的分析表明，灰渣中Si、K、Ca、P、Mg等含量较高，但不同灰渣中其矿物质存在的形式不同;炉渣和分离器飞灰以及空气预热器飞灰中的主要矿物质成分为SiO2、CaCO3以及K和Ca的铝硅酸盐矿物，除尘器飞灰中的主要矿物质成分为KCl、SiO2、CaCO3、CaO以及少量铝硅酸盐化合物;灰渣中微量和痕量元素的含量都比较低，而且都在我国相关标准的控制浓度之内。飞灰热分析的结果表明，TGA燃烧过程中300-530℃、530-660℃以及660-900℃时的失重比较明显，分别是由飞灰中残炭的燃烧、CaCO3的热分解以及KCl的挥发造成的。
　　 生物质电厂灰渣的环境影响特性主要包括灰渣的反应活性和灰中营养元素和重金属元素的浸出特性。对前者的研究结果表明，炉渣和飞灰均呈强碱性，炉渣和除尘器飞灰的电导率远远高于其他飞灰。灰渣中元素的浸出效果较大程度上取决于元素的矿物质存在形式及其溶解性。营养元素浸出特性的研究结果表明，除尘器飞灰的浸出率比炉渣及其他飞灰高，K、Na、Ca的浸出率较高，P和Mg偏低;重金属元素浸出特性的分析结果表明，所有灰渣中各元素的浸出率都很低，但是相对而言，除尘器飞灰的浸出率稍高。
　　 围绕灰渣的理化特性和环境影响特性对灰渣的农业利用价值进行评价，发现灰渣在农业方面的应用主要为直接作为K肥或用来生产K肥、改善酸性土壤的活性或修复土壤结构。炉渣和分离器飞灰具有较高的农业利用价值，除尘器飞灰由于有机碳含量高、残炭燃烧反应性良好可以重新用作燃料或者生产活性炭。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 生物质能的利用现状

1．1．2 生物质燃烧及面临的问题

1．1．3 生物质灰的特性及利用的认识

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 生物质灰理化特性的研究

1．2．2 生物质灰环境影响特性的研究

1．2．3 生物质灰综合利用的现状

1．3 课题的提出和论文的主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 实验研究方法

2．1 引言

2．2 研究技术路线

2．3 实验原料的采集和处理

2．3．1 实验原料的采集

2．3．2 实验原料的预处理

2．4 生物质燃烧灰的特性分析方法

2．4．1 基础特性

2．4．2 灰颗粒的表面形态特征

2．4．3 灰的无机元素组成

2．4．4 灰的矿物质组成

2．4．5 灰及其中残炭的热分析

2．4．6 灰的浸出特性

2．5 本章小结

第三章 生物质电厂灰渣的理化特性

3．1 引言

3．2 灰的基础特性

3．3 飞灰颗粒的形态特性

3．4 灰的无机元素组成

3．4．1 无机元素的种类和含量

3．4．2 无机元素的分布规律

3．5 灰的矿物学特性

3．5．1 入炉燃料实验室灰的矿物质组成

3．5．2 电厂灰的矿物质相的组成

3．6 灰的热分析特性

3．6．1 热重分析

3．6．2 飞灰热分析失重的原因分析

3．7 本章小结

第四章 生物质电厂灰渣的环境影响特性

4．1 引言

4．2 灰的反应活性

4．3 灰渣中无机元素的浸出特性

4．3．1 灰中营养元素的浸出特性

4．3．2 灰中重金属元素的浸出特性

4．4 基于灰特性的应用评价

4．4．1 国内外相关标准的建立

4．4．2 生物质燃烧灰在农业上的应用评价

4．5 本章小结

第五章 全文总结及进一步工作建议

5．1 全文总结

5．2 进一步工作建议

致谢

参考文献

作者在攻读硕士期间发表的论文