非惰性气氛烘焙稻壳与煤的混燃特性研究

发布时间：2020-05-07 08:15

【摘要】：对于富煤贫油少气的我国而言,煤炭将长期占据能源的主导地位,但其带来的环境污染问题和节能减排压力亟待缓解。生物质能源因其碳中和性、低污染性和丰富的资源量而引起广泛关注,将农林废弃生物质与煤炭在现有的燃煤电厂中进行混燃发电是一种可同时带来环境效益和经济效益的能源利用方式。但生物质的天然低品质特性阻碍了其混燃应用,非惰性气氛下的烘焙则是一种较低成本的生物质预处理提质方式,将非惰性烘焙生物质与煤进行混燃利用具有较好的前景。非惰性气氛与传统惰性气氛烘焙所得生物质的燃料特性可能存在差异,其与煤的混燃特性也有待进一步研究。本文以稻壳为主要研究对象,首先在固定床台架上探究了不同气氛(N_2;CO_2;模拟烟气;空气)和温度(220/260/300℃)条件下所得烘焙稻壳的质量能量产率和燃料特性,并进行烘焙条件的优选;之后在热重台架上开展了原稻壳/烘焙稻壳与煤的混燃实验,运用TGA方法和动力学分析法探究了其混燃特性,并与原稻壳和煤的混燃进行对比;程序升温速率为20℃/min,混燃煤种为一种烟煤和一种无烟煤,混燃气氛为空气气氛和富氧气氛,混合样中稻壳的质量比例为20/50/70%。烘焙实验结果表明,220℃时不同气氛的烘焙固体产物特性差异较小,且与原样相比无显著提质作用;随着烘焙温度升高,气氛的影响差异逐渐显现。260℃和300℃下CO_2气氛烘焙稻壳的质量能量产率和燃烧特性等均与N_2气氛烘焙效果最为相近;模拟烟气烘焙稻壳的质量和能量产率有所降低,但仍在75%以上,且燃烧活性无显著降低;而空气气氛烘焙稻壳在中高温时质量和能量损失最高达50%左右,着火和燃尽特性也较差。因此,选取260℃下CO_2和模拟烟气气氛烘焙稻壳与煤进行混燃实验。结果表明,在空气气氛下与烟煤进行混燃时,原稻壳有利于改善原煤的着火特性、主要影响前期燃烧过程;而烘焙稻壳主要使焦炭燃烧阶段的表观反应活化能降低,且在生物质掺混比例较高时更有优势。在富氧气氛下与烟煤进行混燃时,混合样的DTG曲线均更加均匀平稳,且原稻壳与烘焙稻壳均在较高掺混比例下显著改善了原煤的着火特性,但原稻壳更有利于降低整体的反应活化能。而在与无烟煤进行混燃时,原稻壳和烘焙稻壳对燃烧特性的影响规律一致,均极大改善了单煤的着火特性和反应活性。但因其燃烧失重曲线分布与单煤差异较大,可能不适于在现有燃煤电厂锅炉设备中的直接混燃。因此,根据本文实验结果,非惰性气氛在替代传统惰性气氛烘焙上具有较大潜力,但不适用于过高的烘焙温度;同时,与原稻壳相比,非惰性气氛下的烘焙稻壳主要影响混燃后期的焦炭燃烧,且其整体燃烧失重曲线分布与单煤较为相近,更适用于以较高的混燃比例与煤在现有燃煤电厂中进行混燃应用,但具体的影响规律还需考虑燃烧气氛和所用煤种的变化。
【图文】：

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科技大学硕士学位论 1 绪论的混燃分重要的基础性能源之一，，长久以来为保障经济和社根据最新的 BP 世界能源统计年鉴，2015 年我国国内仍然是能源消费的主导燃料；国务院发布的能源发展中也指出，到 2020 年煤炭消费比重将仍在 62%以内；的数据，2014 年我国煤炭储量高达 2399.9 亿吨，仍具到我国各种能源资源的储量和分布现状，煤炭在未来构的战略主体地位。

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仍然是能源消费的主导燃料；国务院发布的能源发展战）中也指出，到 2020 年煤炭消费比重将仍在 62%以内；并布的数据，2014 年我国煤炭储量高达 2399.9 亿吨，仍具有虑到我国各种能源资源的储量和分布现状，煤炭在未来很结构的战略主体地位。图 1-1 2015 年世界主要国家化石燃料 CO2排放量[2]，单位：Mt
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK16;TK6

【参考文献】