生物质焦和煤混合燃烧及排放特性研究

摘要

化石能源的利用造成了严重的环境问题，寻求可再生的清洁能源是21世纪的主要能源课题之一。生物质资源是地球上除煤、石油、天然气之外的第四大能源，被视为是一种可持续的环境友好型能源，受到了世界范围内的高度关注。生物质和煤混合燃烧，既能缓解化石危机，又可减少由化石燃料燃烧引起的污染，是一种非常有前景的生物质利用方式。生物质焦能够改善生物质本身易磨性差、热值低、体积大等缺点，更适合在现有燃煤装置中进行燃烧。
　　本文选用小麦秸秆和烟煤作为研究对象，小麦秸秆在N2和CO2氛围和中低温条件下（300℃和500℃）热解制备生物质焦。对制备的生物质焦进行工业分析和元素分析，采用SEM和BET方法，表征其表面形态、比表面积和孔径分布，研究不同热解工况下制备的生物质焦的基本特性。通过热重分析仪对生物质焦和煤及其混合物在空气氛围中（燃烧）的释热失重过程进行监测，研究燃料的燃烧特性。利用质谱分析仪监测CO2、NO、NOx等气体的排放，分析污染性气体的排放规律。
　　实验结果表明:生物质焦比生物质原料具有更高的热值和固定碳含量，生物质焦表面有较多的小孔且具有较大的比表面积。热解温度相同，在N2和CO2氛围下制备的生物质焦，其着火温度、燃尽时间、最大燃烧速率等燃烧特征参数差别不大;热解温度对生物质焦的燃烧特征参数的影响较大。生物质焦的反应活性大于煤，两者混合燃烧可发生明显的协同效应，能够提高煤的燃烧活性。生物质焦和煤混合降低了燃料的活化能，可用一级反应模型描述其化学反应速度。与煤炭和生物质焦-煤炭混合燃料相比，生物质焦燃烧时产生的NOx气体更少。生物质焦CharCO2-500中含有较多的碱金属，对于煤的燃烧和NOx的转化具有催化作用，生物质焦和煤混合燃烧能够降低NOx的排放。

目录

声明

摘要

1．1 我国能源结构

1．2 生物质利用现状

1．3 生物质能利用技术

1．3．1 生物质和煤混合燃烧技术

1．3．2 国内外生物质和煤混合燃烧技术进展

1．4 生物质焦的利用

1．4．1 生物质焦的特性研究

1．4．2 生物质焦和煤的混合燃烧的研究

1．5 热重分析技术

1．5．1 影响热重分析的因素

1．6 本文的研究内容及意义

第2章 实验过程及方法

2．1 实验材料

2．2 实验设备介绍

2．2．1 热解装置

2．2．3 热重分析仪

2．2．4 质谱分析仪

2．2．5 扫描电子显微镜

2．4 燃烧特性评价指数

2．5 本章小结

第3章 生物质焦、煤及其混合物燃烧热重分析

3．1 生物质焦和煤基本特性研究

3．1．1 燃料的工业分析和元素分析

3．1．2 生物质焦和煤表面形貌分析

3．2 生物质焦、煤单独燃烧特性研究

3．3 生物质焦和煤混合燃烧特性研究

3．4 燃料燃烧特性评价

3．5 混合物燃烧的协同效应

3．6 燃料动力学参数求解

3．6．1 动力学求解方法

3．6．2 动力学参数求解结果分析

3．7 本章小结

第4章 燃料燃烧有害气体排放规律研究

4．2 NO瞬时排放规律

4．3 NO2瞬时排放规律

4．4 CO2、NO、NO2总体排放规律

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 论文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

在攻读硕士学位期间取得的研究成果