蔗渣与煤混合燃烧特性研究及发电经济性分析

摘要

中国长久以来以燃煤发电为主，带来了很多环境污染以及化石能源短缺方面的问题。各国开始研究可再生能源，生物质能由于CO2低排放吸引了众多学者的兴趣。富氧燃烧技术被认为是极具发展和应用前景的CO2捕捉和存储(CCS)技术之一，混合燃烧技术可以减少温室气体的排放，改善燃烧特性，同时考虑中国燃煤发电的历史，其可作为一个很好的过渡。混合富氧燃烧技术集成了生物质能利用以及CO2捕捉和封存技术的优势，是一种极具应用前景的CO2负排放技术。生命周期评价技术(LCA)是目前环境管理中最有效的工具，可以全面分析整个过程的环境影响。考虑当前形势，本文分析了火电全过程的环境影响，为采取有效措施控制能源消耗和减少污染物排放提供思路。　　本文首先利用TA Q500热重分析仪进行热重分析实验，在O2与N2以六种不同比例(0∶10，2∶8，3∶7，5∶5，7∶3，10∶0)混合的气氛下以20、30、40℃/min三种升温速率，对蔗渣与煤以(0∶10，2∶8，5∶5，7∶3，10∶0)五种比例混合的燃料进行燃烧实验。得到了蔗渣与煤混合比例，升温速率，气氛中氧浓度等实验操作参数对燃料在燃烧过程中燃烧参数的影响。并对其进行动力学分析，得到结论如下:　　1、随着混合燃料中蔗渣比例的增加，综合燃烧指数和残渣含量增加，而点燃温度和燃尽温度降低。综合燃烧指数、残渣含量、点燃温度和燃尽温度均与甘蔗渣的百分比呈线性相关。当蔗渣含量在混合燃料中低于20％时，点燃温度迅速下降，据此推测混合燃料中蔗渣比例最佳为20％。实验得出的TG曲线要低于计算得出的TG理论曲线，表明蔗渣与煤在混合燃烧过程中存在抑制效应。　　2、蔗渣与煤以及其混合燃料。在富氧环境下随着氧浓度的升高，最大失重率峰值，平均失重率，以及活化能在增加，而点燃温度、燃尽温度以及残渣含量在降低。说明氧浓度的增加有利于改善燃料的燃烧特性。　　之后利用生命周期评价分别对蔗渣燃烧发电和燃煤发电进行经济性评价。其中蔗渣和煤的生命周期评价主要考虑其收集运输、预处理、和燃烧发电三个过程，分析其能耗和环境影响。得到结论如下:　　在产生同样电力的前提下，蔗渣燃烧发电在整个生命周期中排放的污染物要远低于燃煤发电。燃煤发电的原料成本、烟尘处理以及后期环境处理上的成本要高于蔗渣发电。而蔗渣燃烧发电受季节和地域限制，且其运输成本要高于燃煤发电。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 生物质与煤能源利用现状

1．2．1 生物质能

1．2．2 煤

1．2．3 蔗渣

1．3 热重分析及生命周期评价

1．3．1 生物质与煤混合燃烧

1．3．2 生物质与煤富氧燃烧

1．3．3 生命周期评价

1．4 本文的主要研究内容

第二章 实验材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验仪器和程序

2．3 动力学分析

2．4 LCA分析

第三章 80％N2／20％O2气氛下燃烧特性分析

3．1 蔗渣、煤单独燃烧特性研究

3．2 蔗渣与煤混合燃烧特性研究

3．3 蔗渣与煤之间的相互作用

3．4 本章小结

第四章 富氧燃烧特性分析

4．1 氧浓度对甘蔗渣和煤及其混合物燃烧特性的影响

4．2 氧浓度对纯蔗渣燃烧特性的影响

4．3 氧浓度对纯煤燃烧特性的影响

4．4 升温速率对甘蔗渣燃烧的影晌

4．5 动力学参数分析

4．6 本章小结

第五章 生命周期评价

5．1 蔗渣

5．1．1 蔗渣燃烧发电的生命周期清单分析

5．1．2 蔗渣燃烧发电的生命周期评价

5．2 煤

5．2．1 燃煤发电生命周期清单分析

5．2．2 燃煤发电的能耗和环境排放

5．2．3 燃煤发电参数汇总

5．3 发电成本比较

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和研究成果