生物质燃烧过程中碱金属析出的实验研究

论文摘要

随着化石燃料资源的日益减少以及化石燃料的燃烧对环境造成的污染日趋严重，生物质的能源化利用正受到越来越多的重视。我国作为农业大国，农业废弃物产生量大，分布广泛。因此对此类生物质原料加以利用对于缓解我国能源紧缺的状况，缓解环境压力具有重要的意义。将生物质原料作为电站锅炉燃料进行直接燃烧，其方法简单易行，经济有效，是我国利用生物质能源的一条有利途径。流化床燃烧方式和炉排炉燃烧相比具有燃料适应性广、燃烧效率高、运行温度低等优点。将生物质燃料采用流化床方式进行燃烧利用是一项极具发展潜力的技术。然而由于生物质原料固有的高碱金属含量的特点，在流化床燃烧利用过程中存在床料聚团、受热面沾污腐蚀、结渣以及沉积等多种问题，成为阻碍生物质燃料广泛利用的主要因素。因此了解碱金属在燃烧过程中的行为及影响，掌握其析出和转化的规律，对解决碱金属问题具有极其重要的意义。 本文结合工程实际对造纸废弃物麦草木素和煤的混烧灰熔融特性进行了研究，发现灰成分中碱金属含量以及和其他元素的含量比例是影响灰熔点的最重要因素。在管式炉燃烧实验台上对碱金属及其相关元素在燃烧过程中相互之间的影响进行的研究显示添加剂的加入对稻草中钾和氯的析出有较大影响。 为了实现秸秆的工业化流态化燃烧，本文在小型鼓泡流化床燃烧实验装置上对几种不同生物质燃料的流态化燃烧特性进行了研究，包括床层温度、流化风速、与煤的掺混比以及添加剂因素对碱金属问题的影响。分析了各因素对碱金属的析出以及在床料颗粒表面富集的影响规律。通过实验发现：随着床温的升高，碱金属析出造成的床料聚团现象趋于严重，流化失败时间变短；增大风量则可缓解床料聚团问题，延长流化失败时间；将生物质燃料与煤混烧可以缓解碱金属问题，随着煤的掺入比例的增大，出现聚团的时间增长；添加剂对碱金属析出量的影响重大，添加Fe2O3是缓解碱金属问题的有效途径；床料表面富集的碱金属盐中，水溶性钾盐的比例占到全部钾盐的80％以上，说明生物质原料中水溶性碱金属盐处于受到的束缚最弱的形式。 本文还在中试规模的循环流化床实验台上进行了秸秆燃烧实验，其目的在于将机理研究和小实验台上的研究结论在中试台上加以验证，并获得循环流化床燃生物质燃料的运行经验和各项参数。实验得出秸秆类低密度易着火燃料在循环流化床上可以很好地燃烧。低温燃烧是避免碱金属引发聚团结渣等问题的有效方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物质能源的产生量情况
• 1.3 生物质能源的特点
• 1.4 生物质能转化利用技术
• 1.4.1 气化
• 1.4.2 液化
• 1.4.3 热解
• 1.4.4 固化
• 1.4.5 直接燃烧
• 1.5 我国利用生物质能的有效途径
• 1.6 秸秆燃烧方式的比较
• 1.6.1 生物质层燃炉燃烧方式
• 1.6.2 生物质流化床燃烧方式
• 1.6.3 生物质与煤混合燃烧
• 1.7 秸秆燃烧的碱金属问题
• 1.8 本文的主要研究背景和内容
• 1.8.1 本课题的背景和意义
• 1.8.2 本课题的研究内容
• 第二章 生物质燃烧中碱金属行为的机理研究
• 2.1 引言
• 2.2 几种主要元素在植物体内的存在形式及生理作用
• 2.3 特殊生物质—麦草木素灰熔融特性的研究
• 2.3.1 研究背景
• 2.3.2 燃料基本性质
• 2.3.3 混烧灰基本性质
• 2.3.4 灰熔融特性试验
• 2.3.5 分析与讨论
• 2.4 碱金属析出特性的研究
• 2.4.1 添加剂对碱金属析出影响的实验方法
• 2.4.2 离子测定方法
• 2.4.3 试验工况分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 生物质鼓泡床燃烧的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验主要内容
• 3.3.1 床温和风量对聚团的影响
• 3.3.2 与煤的不同掺混比对聚团的影响
• 3.3.3 添加剂对聚团的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 循环流化床燃生物质的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验台介绍
• 4.2.1 试验台各主要部件设计简介
• 4.3 秸秆燃料特性分析
• 4.3.1 秸秆原料工业分析、元素分析及发热量
• 4.3.2 秸秆原料灰熔点及灰成分分析
• 4.3.3 秸秆原料热重分析
• 4.4 试验工况设计原则
• 4.5 燃烧试验结果及分析
• 4.5.1 循环流化床燃烧着火特性
• 4.5.2 循环流化床燃烧运行稳定性
• 4.5.3 飞灰、底渣份额分析
• 4.5.4 飞灰、底渣含碳量分析
• 4.5.5 污染物排放分析
• 4.5.6 燃烧效率分析
• 4.5.7 碱金属含量分析
• 4.6 本章小结
• 4.6.1 主要结论
• 4.6.2 设计建议
• 第五章 全文总结
• 5.1 本文研究工作总结
• 5.2 下一步工作展望
• 全文参考文献
• 作者在攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文
• 致谢