生物质与煤混合燃烧特性的研究

论文摘要

生物质能在世界能源消费总量中约占15%,仅次于煤炭、石油和天然气,居于第4位。我国生物质资源丰富,主要来源于农业废弃物、农林产品加工废弃物、薪柴、城市生活垃圾等方面。以煤为主是我国能源结构的主要特点,我国84%的煤炭用于直接燃烧,煤炭在燃烧过程中产生大量的粉尘、SO2、CO2和NOx等污染物,使我国大气呈典型的煤烟型污染。生物质与煤混合燃烧技术是一种洁净燃烧技术,可以有效地减轻环境污染,改善大气质量。本文采用热重-红外联用技术,以我国生物质资源中较为丰富的玉米秸秆、木屑为原料,与三种变质程度不同的煤在不同生物质添加比例、氧气浓度、升温速率等条件下进行混合燃烧实验研究。实验结果表明,燃料自身特性不同,其燃烧过程也不同。生物质燃烧过程主要集中在燃烧前期的挥发分燃烧阶段,煤燃烧过程主要集中在燃烧后期的固定碳燃烧阶段。生物质的着火特性、燃尽特性等燃烧性能明显优于原煤。生物质的加入可以有效改善原煤的综合燃烧性能,原煤的固定碳越高,添加生物质对其燃烧性能的影响越大。生物质添加量越大,生物质与煤混合物的燃烧性能越好。改变加热升温速率和氧气浓度等操作条件,可以明显改变燃烧过程和燃烧特性。提高升温速率和氧气浓度能明显提高燃料的燃烧性能,缩短燃烧时间,提高燃尽率。燃烧动力学分析表明,生物质、煤及其混合物的燃烧可以作为一级反应处理。生物质及其与煤混合物燃烧的活化能小于原煤燃烧的活化能,生物质的加入可以提高生物质与煤混合物的反应活性。升温速率提高,混合物燃烧的活化能降低。氧气浓度提高,混合物燃烧的活化能升高。燃烧气态产物的红外光谱分析结果表明,煤与生物质燃烧的气态产物不同。生物质添加比例、氧气浓度和升温速率增加,都可以减少燃烧气态产物中CO所占比例,提高燃料可燃成分的燃尽率和能源利用率。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 我国煤炭资源利用状况
• 1.1.1 我国能源结构
• 1.1.2 我国煤炭资源利用状况
• 1.1.3 煤炭利用中的环境污染问题
• 1.2 生物质能源利用概况
• 1.2.1 生物质能资源状况
• 1.2.2 生物质能的特点
• 1.2.3 生物质能源开发利用现状
• 1.2.4 生物质能源转化利用途径
• 1.2.5 生物质与煤混合燃烧技术
• 1.3 本课题的研究意义、内容和方法
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究内容和方法
• 2 实验方案与设备
• 2.1 原料选择与制备
• 2.2 原料性质分析
• 2.3 实验仪器、设备
• 2.3.1 原料处理分析设备
• 2.3.2 热重-红外分析仪
• 2.4 实验方案
• 2.5 本章小结
• 3 生物质与煤混合燃烧特性实验研究
• 3.1 生物质、煤及二者混合燃烧过程
• 3.1.1 生物质和煤单独燃烧过程
• 3.1.2 生物质与煤混合燃烧过程
• 3.2 燃烧特性参数
• 3.2.1 挥发分析出特性参数
• 3.2.2 燃料最大燃烧速率
• 3.2.3 着火温度和着火特性指数
• 3.2.4 燃尽温度与燃尽特性指数
• 3.2.5 综合燃烧特性指数
• 3.2.6 燃烧特性实验结果分析
• 3.3 影响生物质与煤混合燃烧的主要因素
• 3.3.1 煤种对燃烧过程的影响
• 3.3.2 生物质种类对燃烧过程的影响
• 3.3.3 生物质添加量对燃烧过程的影响
• 3.3.4 升温速率对燃烧过程的影响
• 3.3.5 氧气浓度对燃烧过程的影响
• 3.4 本章小结
• 4 燃烧动力学分析
• 4.1 燃烧动力学参数计算
• 4.2 燃烧动力学实验结果分析
• 4.3 燃烧动力学补偿效应
• 4.4 本章小结
• 5 燃烧过程的红外分析
• 5.1 燃烧过程红外分析的目的
• 5.2 燃烧过程红外实验结果分析
• 5.2.1 不同生物质添加量混合物燃烧的红外结果分析
• 5.2.2 不同氧气浓度下燃烧过程的红外结果分析
• 5.2.3 不同升温速率下燃烧过程的红外结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 对今后工作的建议
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集