【摘 要】
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在我国北方农村地区,居民散煤燃烧取暖长期以来被认为是室内外空气的主要污染源。近年来,我国提出多种清洁供暖方案替代原煤散烧,但是由于改造与运行成本高以及能源供给不充足等诸多因素,在经济欠发达地区,散煤燃烧仍然是冬季主要供暖手段。如何将散煤洁净化处理并实现清洁化燃烧具有重要的意义。本研究以我国农村使用最为广泛、资源最为丰富的烟煤散煤作为研究对象,分别设计开发了新型烟煤颗粒燃料和生物质-煤复合颗粒燃料两
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在我国北方农村地区,居民散煤燃烧取暖长期以来被认为是室内外空气的主要污染源。近年来,我国提出多种清洁供暖方案替代原煤散烧,但是由于改造与运行成本高以及能源供给不充足等诸多因素,在经济欠发达地区,散煤燃烧仍然是冬季主要供暖手段。如何将散煤洁净化处理并实现清洁化燃烧具有重要的意义。本研究以我国农村使用最为广泛、资源最为丰富的烟煤散煤作为研究对象,分别设计开发了新型烟煤颗粒燃料和生物质-煤复合颗粒燃料两类颗粒型煤,基于热重分析系统和动态实时污染物排放监测系统,对燃烧特性及其污染物减排进行全面分析研究。实验结果表明,相较燃料粉末,成型作用有效地减缓了燃料中挥发分的析出速度,经过成型加工的燃料较成型前的综合燃烧特性有所下降,活化能有所上升。新型烟煤颗粒型煤的PM2.5和CO的排放因子分别为1.36-2.29 g/kg和11.1-18.0 g/kg,与烟煤原煤相比PM2.5排放减少83%-90%,CO排放减少61%-76%;新型烟煤颗粒型煤的灰熔点较高（超过1300℃）,相较商业化生物质颗粒,可以有效克服燃料易结渣的问题。生物质-煤复合颗粒型煤的燃烧主要分为挥发分释放燃烧和固定碳燃烧两个阶段,两个阶段的动力学模型均为一级化学反应模型,且随着生物质比例的增大,复合燃料的最大燃烧速率和燃烧指数增大。生物质/煤配比为1:2的小麦秸秆复合燃料的活化能最低,两个阶段的活化能分别为25.91 k J·mol-1和3.82 k J·mol-1。复合燃料对于PM2.5和SO2的减排效果显著,相较烟煤原煤分别减排17%-84%和21%-85%,但是对于CO和NOx的减排效果并不明显,且随着在颗粒型煤中添加生物质会一定程度上增加燃烧结焦的风险。本文研究了烟煤散煤颗粒化成型的燃烧特性及污染排放特征,提出了利用散煤制备颗粒化洁净型煤的设计方案,为烟煤散煤洁净化成型处理提供了理论依据与技术支撑,对农村地区实现清洁供暖指出了新的技术路径。
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