典型生物质/无烟煤混合燃烧特性实验研究

摘要

生物质是一种很有前景的可再生能源，但是能量密度较低，生物质与煤混烧可增加能量密度并降低污染物的排放，因此本文对生物质混煤燃烧特性进行研究。分别在热重分析仪和固定床燃烧炉中进行咖啡渣与无烟煤混合燃烧特性实验。
　　基于热重分析实验和燃烧理论，获得升温速率、混合比例、氧气浓度对无烟煤/咖啡渣富氧燃烧特征及燃烧动力学特性的影响规律，并与空气气氛下进行对比。结果表明:咖啡渣混合比例的增大与升温速率的提高均使微量样品着着火指标、综合燃烧指标逐渐增大。氧气浓度的增加降低着火温度，提高综合燃烧指标。相同氧气浓度下，CO2替换N2使样品的着火延迟。大部分混合样品的燃烧过程出现协同效应。基于固体反应动力学理论，对样品燃烧动力学特性进行分阶段（挥发分析出燃烧阶段、焦炭燃烧阶段）分析计算，空气气氛下咖啡渣混煤样品挥发分燃烧阶段的峰前与峰后表观活化能范围分别为40.8～114.32kJ mol-1，39.5～94.22kJmol-1;焦炭燃烧阶段的峰前与峰后表观活化能范围分别为25.17～161.45kJ mol-1，39.91～125.08kJ mol-1;富氧气氛下咖啡渣混煤样品挥发分燃烧阶段的峰前与峰后表观活化能范围分别为15.17～103.58kJ mol-1，50.83～80.44kJ mol-1;焦炭燃烧阶段的峰前与峰后表观活化能范围分别为19.06～193.4kJ mol-1，27.34～111.54kJ mol-1。同一升温速率下，随着咖啡渣比例的增大，咖啡渣煤混烧样品的焦炭活化能呈逐渐减小的趋势。表观活化能Ea与lnA之间有较好的线性关系。
　　通过在固定床燃烧炉分别进行成型样品的变温与定温燃烧实验，获得升温速率、温度、混合比例对燃烧特征、燃烧动力学及烟气排放特性的影响规律。结果表明:各样品的着火指标与综合燃烧指标均随着咖啡渣混合比例的增加而提高。定温条件下，咖啡渣比例与温度提高使样品的燃尽时间缩短，燃烧速率提高。成型燃料变温燃烧过程峰前与峰后表观活化能分别为14.97～95.03kJ mol-l，13.14～116.84kJ mol-1。随着升温速率增加，CO2与NO排放增加，而NO2和SO2只在低升温速率出现排放;咖啡渣比例的增加使CO2与CO排放向低温区移动，CO2峰值增加CO峰值降低，NO释放增加。随着温度的升高，CO2和NO排放小幅增加，CO与NO2释放减小;随着咖啡渣比例的提高，CO2、 NO及NO2释放增加，SO2排放减少。
　　无烟煤的四个灰熔融特征温度都大于1518℃，纯咖啡渣灰的特征温度区间为1253～1518℃，混煤样品灰熔融温度区间为1285～1518℃。咖啡渣的质量比例应不超过40％，以免造成灰熔点大幅下降，产生严重结渣问题。

目录

声明

致谢

摘要

主要符合表

1 引言

1．1 研究背景

1．2 生物质与煤混合燃烧研究现状

1．2．1 生物质混煤燃烧特性

1．2．2 生物质混煤动力学特性

1．2．3 生物质混煤燃烧污染物排放特性

1．3 灰熔融特性研究现状

1．4 研究意义

1．5 研究内容

2 实验方案设计及理论分析方法

2．1 样品制备

2．2 实验装置及实验方法

2．2．1 工业分析与元素分析

2．2．2 热重分析

2．2．3 固定床实验台燃烧实验方法

2．2．4 灰熔融特性

2．3 理论分析方法

2．3．1 燃烧特征参数

2．3．2 生物质混煤动力学特性

2．3．3 协同分析

2．3．4 差异显著性分析

2．4 本章小结

3 咖啡渣／无烟煤富氧燃烧热重实验

3．1 TG／DTG特性分析

3．1．1 升温速率的影响

3．1．2 氧气浓度的影响

3．1．3 混合比例的影响

3．1．4 生物质混煤燃烧协同作用

3．2 咖啡渣混煤燃烧特性指标影响因素分析

3．2．1 升温速率的影响

3．2．2 氧气浓度的影响

3．3 本章小结

4 咖啡渣／无烟煤成型样品燃烧特性实验

4．1 变温燃烧特性

4．1．1 可视化变温燃烧实验

4．1．2 TG／DTG特性

4．1．3 燃烧特征

4．1．4 烟气排放特性

4．2 定温燃烧特性

4．2．1 可视化定温燃烧实验

4．2．2 TG／DTG特性

4．2．3 烟气排放特性

4．3 本章小结

5 咖啡渣／无烟煤动力学分析

5．1 微量样品燃烧动力学

5．2 成型样品燃烧动力学

5．3 本章小结

6 全文总结及工作展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集