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时间:2019-12-09 11:35:35 作者:亚游平台网络 浏览量:90554

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  [14]Vassilev S V,Kitano K,Takeda S,et al.Influence of mineral and chemical-composition of coal ashes on their fusibility [J].Fuel Processing Technology,1995,45(1):27-51.

  摘要:以棉杆和木屑为原料制备生物质炭化成型燃料(biomass carbonized for mingfuel,BCFF).对成型燃料进行了热重分析,选择温度为550℃、700℃和850℃的灰样进行X射线荧光光谱(X-ray fluorescence,XRF)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、灰熔融实验。TG实验表明:BCFF燃烧过程经历吸热失水、挥发分析出及燃烧、固定碳燃烧和燃尽4个阶段。F分析表明:随灰化温度从550℃升高至815℃,K减少了56.2%,Na减少了26.5%,Cl减少了75%,而Ca增加了41.6%,且在700~815℃之间K、Na、Cl元素损失最大。XRD分析表明:BCFF燃烧灰样的成分主要是石英、单钾芒硝、钙沸石、索伦石、方镁石和硫酸盐等。温度从550℃升至700℃时,灰样中KCl消失和出现了钙沸石;升至815℃时,索伦石消失,分解生成氧化钙、氧化硅、氧化铝等稳定的高温共融体。研究结果可为生物质锅炉燃料选择方面提供理论依据。

  1.2黏结剂的配制

,见下图

  [6]骆仲泱,陈晨,余春江.生物质直燃发电锅炉受热面沉积和高温腐蚀研究进展[J].燃烧科学与技术,2014,20(3):189-198.

,见下图

  XRF定量分析见表4。由表4可以看出,随灰化温度的升高,K、Na、Cl含量下降,且在700~815℃之间K、Na、Cl元素损失最大。另外,除O、P、S、Cr等元素含量随温度无明显变化外其他元素含量上升。815℃灰样相对于550℃灰样而言,K减少了56.2%,Na减少了26.5%,Cl减少了75%,而Ca增加了41.6%。说明碱金属与Cl元素等迁移受温度影响比较大,即燃烧温度增高时烟气中的K、Na和Cl元素增加,烟气腐蚀性增加[16-17]。

,如下图

  [1]余春江,骆仲泱,张文楠,等.碱金属及相关无机元素在生物质热解过程中的转化析出[J].燃烧化学学报,2000,28(5):420-425.

如下图

,如下图

,见图

亚游积分王  2.5生物质炭化成型燃料的灰成分XRD分析

  从表1可知,棉杆与木屑固定碳产率较高,空干基低位发热量分别为17.96MJ/kg和19.75MJ/kg,在生物质中热值是比较大的,挥发分产率较高,易于燃烧,硫的含量低,燃烧后SO2的排放量小,因此本文选取此两种实验原料。由表2的灰分分析可以发现,棉杆中的Ca、Mg、K和Na含量较高,均超过了10%,而木屑中仅有Ca超过10%,因此对原料先进行炭化处理,以防止原料直燃造成结渣和腐蚀。

侯宝鑫,张守玉,茆青,姚云隆,涂圣康,金涛,赵孟浩

  2.3生物质炭化成型燃料燃烧灰含量的测定

  [3]Lin W,Dam-Johansen K,Frandsen F。Agglomeration in bio-fuel fired fluidized bed combustors [J].Chemical Engineering Journal,2003,96(1/2/3):171-185.

  1.4样品灰的制取

  2结果与讨论

  根据参考文献[11]配制黏结剂:称量淀粉50g,在500mL的烧杯中用50mL蒸馏水调制成淀粉乳,加入5g的氢氧化钠,糊化30min,得到淀粉胶液。再加入质量0.5g的双氧水,直到淀粉胶液颜色呈乳白色。再取10g羧甲基纤维素钠,溶于100mL蒸馏水不断搅拌。取2g四硼酸钠,一起加入到放在水浴锅(恒温70℃)中的三口烧瓶内不断搅拌,反应30min,滴加少许磷酸三丁酯消泡。

  参考文献:

亚游积分王  在生物质炭化成型燃料燃烧过程中,定义了几个重要的燃烧特征参数,生物质炭的着火温度Ti是采用TG-DTG联合定义法确定的,如图1所示,过DTG曲线峰值点A作垂线,与TG曲线交于点B,过点B作TG曲线的切线,过TG曲线开始失重点作水平线,与TG曲线切线交于点C,交点C对应的温度即为燃料的着火温度,如有多峰,取最大速率对应的峰值点与TG曲线交点来确定[12]。燃尽温度Te取样品失重达到99%时对应的温度[13]。由图1可以看出,Ti为396℃,Te为543℃,393~543℃是失重的主要阶段,也是燃烧发生的主要阶段。超过这个阶段后,失重率很小,说明反应基本完毕,剩余的是燃烧残留物。因此,本文选取燃烧段刚结束点的温度550℃,按煤制灰标准对应的温度815℃,另外选取温度为700℃的中间点作为参考来研究灰化温度对灰成分和灰熔融特性的影响。

  3结论

  [9]王爽,姜秀民。海藻生物质灰熔融特性分析[J].中国电机工程学报,2008,28(5):96-101.

  各参数分别记为碱酸比R1,铁钙比R2、硅比R3、硅铝比R4、污垢指数R5、白云石含量R6表达式如下:

  XRF定量分析见表4。由表4可以看出,随灰化温度的升高,K、Na、Cl含量下降,且在700~815℃之间K、Na、Cl元素损失最大。另外,除O、P、S、Cr等元素含量随温度无明显变化外其他元素含量上升。815℃灰样相对于550℃灰样而言,K减少了56.2%,Na减少了26.5%,Cl减少了75%,而Ca增加了41.6%。说明碱金属与Cl元素等迁移受温度影响比较大,即燃烧温度增高时烟气中的K、Na和Cl元素增加,烟气腐蚀性增加[16-17]。

1.  实验原料为棉杆(新疆)和木屑(上海),实验设备有电子天平、破碎机、水浴锅、搅拌机、成型机、管式炉和HR-4灰熔融性测试仪,实验试剂有淀粉(工业一级,上海展云化工有限公司生产)、羧甲基纤维素钠、氢氧化钠、双氧水、四硼酸钠和磷酸三丁酯等,均为分析纯。

  XRF定量分析见表4。由表4可以看出,随灰化温度的升高,K、Na、Cl含量下降,且在700~815℃之间K、Na、Cl元素损失最大。另外,除O、P、S、Cr等元素含量随温度无明显变化外其他元素含量上升。815℃灰样相对于550℃灰样而言,K减少了56.2%,Na减少了26.5%,Cl减少了75%,而Ca增加了41.6%。说明碱金属与Cl元素等迁移受温度影响比较大,即燃烧温度增高时烟气中的K、Na和Cl元素增加,烟气腐蚀性增加[16-17]。

  当今世界面临日益严峻的环境和能源问题,生物质作为一种清洁的可再生能源,因其储量丰富及低碳环保等特点已逐渐为世界各国所重视[1-3]。目前生物质资源的利用技术主要可分为3类:物理转换、热化学转化和生物化学转化。目前,针对这3类转化方式应用较为广泛的利用技术主要有生物质直燃、气化、热解、厌氧处理等方法[4-5]。将生物质直接燃烧应用于发电和供热,发展迅速,但是生物质中较多的钾、钠、钙、磷等无机元素在锅炉内直燃时会在炉膛内形成熔渣或以飞灰形式沉积在尾部受热面,影响机组的安全性、可靠性和经济性[6-7]。目前,不少文献已经对原料直燃后灰分的性质进行了研究,肖瑞瑞等[8]研究了稻草、松木屑和梧桐树叶3种生物质在不同温度下灰的理化特性。王爽等[9]研究了海藻灰的熔融特性。牛艳青等[10]研究了辣椒杆灰熔融特性。而对炭化成型燃料鲜有报道。与普通薪材燃料相比,生物质炭化成型燃料(BCFF)具有密度高、强度大、便于运输和装卸、易燃、燃烧性能好、热值高、灰渣少、燃料操作控制方便等优点。本文为生物质锅炉安全高效运行提供一种以棉杆和木屑为原料炭化处理后添加黏结剂压制的生物质成型燃料,通过热重实验(TG)探究燃烧性能并对不同温度燃烧后灰产物进行了X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)分析,探究了灰化温度对灰成分和灰熔融特性的影响,对进一步提高生物质成型燃料在生物质锅炉中的运用有重要意义。

  [16]Johansen J M,Jakobsen J G,Frandsen F J,et al.Re-lease of K,Cl,and S during pyrolysis and combustion of high-chlorine biomass [J].Energy & Fuels,2011,25(11):4961-4971.

  [6]骆仲泱,陈晨,余春江.生物质直燃发电锅炉受热面沉积和高温腐蚀研究进展[J].燃烧科学与技术,2014,20(3):189-198.

生物质炭化成型燃料直燃特性分析

  为方便利用煤灰熔融特性分析的各种指标,将各元素转化为氧化物,并进行归一化处理,处理结果见表5。由表5可以看出,K2O和Na2O所占比例下降,TiO2先上升后下降,其他氧化物含量上升。

2.

3.

  [17]Aho M,Paakkinen K,Taipale R.Quality of deposits during grate combustion of corn stover and wood chip blends [J].Fuel,2013,104(2):476-487.

  [21]骆仲泱,陈晨,余春江.生物质直燃发电锅炉受热面沉积和高温腐蚀研究进展(主编特邀)[J].燃烧科学与技术,2014,20(4):189-198.

4.  采用美国TE公司生产的Pyris1TGA热重分析仪进行生物质炭化成型燃料热重实验,试样质量为3mg,升温速率为15℃/min,加热终温为800℃,样品气氛为90%氮气、10%氧气,流量为50mL/min。

  [4]谢泽琼.生物质燃烧碱金属及氯排放特性研究[D].广州:华南理工大学电力学院,2013.

  (1)热重分析实验表明,生物质炭化成型燃料燃烧过程分为4段,分别为水分析出、挥发分析出、固定碳燃烧、燃尽阶段。其中着火点Ti为396℃,燃尽点Te为543℃,393~543℃是失重的主要阶段,也就是燃烧发生的主要阶段,因此选取550℃作为灰化温度的起始点。

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(上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093)

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  实验选用棉杆(新疆)、木屑(上海)的工业分析和元素分析见表1,按照煤制灰标准(GB/T 212—2001)测其矿物质组分,见表2,所有原料用破碎机破碎使其粒径小于1mm,放在105℃下干燥6h后备用。用电子天平称取40g左右原料(木屑和棉杆质量比1∶3)均匀加入石英管。将气体管路连接好后通入氮气(流量为200mL/min),在保证出气无氧的情况下开始炭化实验.实验中升温速率为10℃/min,升至600℃后,恒温30min,然后在氮气保护下冷却至室温。炭化完成后,研磨使获得的生物质炭粒径小于0.1mm,然后将研磨后获得的样品与自己配置的黏结剂按照质量比10∶7的比例混合均匀送入20MPa成型设备中压制成型。经过成型之后的成型块放入200℃干燥炉内,通以200mL/min的惰性气体氮气保护,干燥热处理1h之后降至室温,制得生物质炭化成型燃料。

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