生物质复合型煤的研制及其燃烧、污染特性研究

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全球生态环境因为化石燃料的燃烧而遭到严重的破坏,并且这一问题变得越来越突出。我们迫切需要化石燃料的洁净燃烧,尤其是煤炭的洁净燃烧,实现能源利用的可持续发展。本文在综述了大量参考文献的基础上,对洁净煤技术的现状和生物质能转换利用技术进行了评述,进一步提出了生物质复合型煤的概念;讨论了生物质复合型煤的成型工艺及燃烧过程基础理论。 我们以云南先锋褐煤、农作物秸杆、林业加工废弃物、城市生活垃圾为原料,添加适量的添加剂成功制得了生物质复合型煤(biomass compound coal,BCC),对生物质复合型煤的抗压强度、热值及燃烧特性、污染特性等性能进行了研究。结果表明,在相同的成型条件下,生物质复合型煤的抗压强度比一般型煤的抗压强度要高,并且把生物质添加量控制在一定范围内时生物质复合型煤的强度随着生物质添加量和成型压力的增大而增大。生物质复合型煤的热值随着生物质加入量的增加而降低。利用热分析仪对生物质复合型煤的燃烧特性进行了研究,发现生物质复合型煤的燃烧过程可以分为脱水干燥、挥发份的析出和燃烧、挥发份燃烧和焦碳表面燃烧并存的过渡阶段、焦碳的表面燃烧四个阶段;BCC的失重曲线(TG)上可以清楚地把挥发分燃烧和焦碳燃烧两个过程区分开来,其微分失重曲线(DTG)出现两个最大失重速率峰,差示扫描量热曲线(DSC)上有两个放热峰。BCC的着火温度比一般型煤的着火温度低,一般低于350℃,且随着生物质加入量的增大而降低。根据BCC的热重分析数据对其燃烧过程的动力学参数进行了研究,生物质复合型煤(BCC)的燃烧服从燃烧动力学的基本表征方程的规律,可以用(dα)/(dT)=Ae-E/RT(1-α)n来求算燃烧过程的动力学参数,在不同的温度区间内用不同区段的一级反应来描述,均能得到拟合良好的直线关系。在800℃以上的温度下燃烧时,BCC的燃烧速度主要取决于氧分子的扩散速度。本文测定了两种生物质添加量为40%的生物质复合型煤的灰渣熔点,它们的灰渣软化点T2均大于1260℃,属于中等结渣倾向。 还对BCC的污染特性进行了研究,BCC具有较高的固硫能力,在燃烧温度低于900℃、Ca/S=2.0时,BCC的固硫率可以达到90%以上,当温度超过900℃时,固硫产物CaSO4开始分解,当温度超过1100℃时CaSO4显著分解,使固硫率降低;铁系氧化物的加入能明显提高固硫剂的利用率。BCC的燃烧过程中氮氧化物和飞灰、烟尘的排放量极少。 总之,BCC是一项投资少见效快适合我国国情的高效洁净煤技术,在我国有着广阔的市场前景,值得大力推广。
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