O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧特性及污染物排放特性研究

摘要

在环境污染和能源危机日益严重的今天,O2/CO2燃烧技术和生物质混煤燃烧技术得到了广泛的重视。O2/CO2燃烧技术锅炉排气中CO2的浓度可达95%,使CO2的回收变得简单经济,此外还能减少NOx和SO2的排放,是一种环境友好型的新型洁净燃烧技术。生物质与煤共燃可以减少硫氧化物、氮氧化物、CO2的排放,对于缓解能源危机和环境污染具有特殊的意义。本文将O2/CO2燃烧技术和生物质混煤燃烧技术相结合,具有重要的节能、环保价值。
　　本文以此为研究背景,以烟煤、三种生物质(稻秆、麦秆、玉米秆)及其混合物为研究对象,通过热重试验、水平管式炉试验、理论计算分析研究了O2/CO2气氛下生物质混煤的燃烧特性及污染物排放特性。
　　应用TGA/SDTA851°综合热分析仪对烟煤、生物质及其混合物的燃烧特性进行了研究,考察了氧浓度、生物质种类、生物质混合比例及升温速率等参数对样品燃烧特性的影响。研究表明:在O2/CO2气氛下,与煤相比,生物质的着火温度和燃烬温度低,燃烧速率高,综合燃烧特性好。生物质混合比例增大,生物质混煤的着火温度和燃烬温度均降低,燃烬时间缩短,综合燃烧特性得到改善。升温速率提高,样品燃烬温度明显升高,燃烧速率增大,燃烬时间明显减少,综合燃烧特性得到改善。在O2/CO2和O2/N2气氛下,氧浓度增加,样品燃烬温度降低,燃烧速率增大,综合燃烧特性得到改善。与O2/N2气氛下相比,O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧特性曲线的变化不明显,且没有一定规律。
　　采用Coats-Redfem积分法研究了机理函数的选择对求解动力学参数的影响。结果表明:三维扩散(球对称)函数G(α)=[1-(1-α)1/3]2是生物质混煤燃烧最合适的反应机理函数。生物质混煤燃烧过程均属于过渡燃烧,样品高温段氧分压指数高于低温段氧分压指数。在O2/CO2和O2/N2气氛下,样品的活化能E和频率因子A均不随氧浓度变化而改变。与O2/N2气氛下相比,O2/CO2气氛下样品的活化能E和频率因子A没有发生较大变化。
　　应用水平管式炉试验系统研究了烟煤、生物质及其混合物燃烧时硫、氮污染物的排放特性,考察了氧浓度、生物质种类、混合比例、炉温等因素对样品污染物排放特性的影响。研究表明:在O2/CO2气氛下,生物质的SO2生成量及转化率要远远低于烟煤。生物质混合比例增大,生物质混煤的SO2生成量及转化率均减小。氧浓度增大,炉温升高,SO2生成量及转化率均增大。与O2/N2气氛下相比,氧浓度相同时O2/CO2气氛下SO2的生成量及转化率较小,其降低幅度约为5%左右。在O2/CO2气氛下,生物质的NO生成量及转化率低于烟煤。生物质混合比例增大,生物质混煤的NO排放量及转化率均降低。氧浓度增大,炉温升高,NO生成量及转化率均增大。与O2/N2气氛下相比,氧浓度相同时O2/CO2气氛下NO的生成量及转化率较小,其降低幅度约为10%～20%左右。

目录

文摘

英文文摘

符号表

1 绪论

1.1 能源利用现状

1.2 生物质能源

1.2.1 生物质的种类和特点

1.2.2 利用生物质能源的意义

1.2.3 生物质能源利用现状和发展前景

1.3 O2/CO2燃烧技术

1.3.1 O2/CO2燃烧技术原理及应用

1.3.2 O2/CO2燃烧技术的特点

1.3.3 O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性

1.3.4 O2/CO2气氛下煤粉燃烧污染物排放特性

1.4 生物质与煤混合燃烧

1.4.1 生物质混煤燃烧研究现状

1.4.2 生物质混煤的燃烧特性

1.4.3 生物质混煤燃烧污染物排放特性

1.5 研究意义与研究内容

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究内容

2 试验系统与测试方法

2.1 试验样品制备

2.2 试验系统简介

2.2.1 TGA/SDTA851°热分析系统

2.2.2 管式炉试验系统

2.3 试验方法

2.3.1 热重-差热分析仪试验方法

2.3.2 污染物排放特性试验方法

2.4 试验数据处理方法

2.4.1 燃烧特性数据处理方法

2.4.2 污染物排放特性数据处理方法

2.5 本章小结

3 O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧特性

3.1 O2/CO2气氛下生物质与煤单独燃烧试验研究

3.2 O2/CO2气氛下生物质与煤混合燃烧试验研究

3.2.1 O2/CO2气氛下氧浓度对生物质混煤燃烧特性的影响

3.2.2 O2/CO2气氛下生物质配比对生物质混煤燃烧特性的影响

3.2.3 O2/CO2气氛下升温速率对生物质混煤燃烧特性的影响

3.3 O2/N2气氛下氧浓度对生物质混煤燃烧特性的影响

3.4 O2/N2和O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧特性的对比

3.5 本章小结

4 生物质混煤燃烧的动力学分析

4.1 动力学分析的研究方法

4.2 动力学参数的求取过程及结果

4.3 本章小结

5 O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧SO2排放特性

5.1 O2/CO2气氛下生物质与煤单独燃烧时SO2排放特性

5.2 O2/CO2气氛下氧浓度对生物质混煤SO2排放特性的影响

5.3 O2/CO2气氛下生物质配比对生物质混煤燃烧SO2排放特性的影响

5.4 O2/CO2气氛下炉温对生物质混煤燃烧SO2排放特性的影响

5.5 O2/N2气氛下氧浓度对生物质混煤SO2排放特性的影响

5.6 O2/N2和O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧SO2排放特性对比

5.7 本章小结

6 O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧NO排放特性

6.1 O2/CO2气氛下生物质与煤单独燃烧时NO排放特性

6.2 O2/CO2气氛下氧浓度对生物质混煤燃烧NO排放特性的影响

6.3 O2/CO2气氛下生物质配比对生物质混煤燃烧NO排放特性的影响

6.4 O2/CO2气氛下炉温对生物质混煤燃烧NO排放特性的影响

6.5 O2/N2气氛下氧浓度对生物质混煤燃烧NO排放特性的影响

6.6 O2/N2和O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧NO排放特性的对比

6.7 本章小结

7 全文小结

参考文献

致谢

硕士在读期间发表论文情况

学位论文评阅及答辩情况表