生物质与煤混合燃料的燃烧特性及NOx的物排放特性

生物质与煤混燃研究分析摘要:通过对生物质与煤混燃的研究方法、优势、燃烧特性以及研究结论的介绍,阐明充分开发生物质资源,进行生物质与煤共燃的研究对解决我国能源问题具有现实意义。

关键词:生物质;煤;混燃作为清洁的可再生能源,生物质能的利用已成为全世界的共识。

我国生物质资源丰富,生物质占一次能源总量的33% ,是仅次于煤的第二大能源。

同时,我国又是一个由于烧煤而引起的污染排放很严重的发展中国家,生物质被喻为即时利用的绿色煤炭,具有挥发分和炭活性高,N和S含量低,灰分低,与煤共燃可以降低其硫氧化物、氮氧化烟尘的含量.同时生物质燃烧过程具有CO2零排放的特点。

这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。

因此发展生物质与煤混合燃烧这种既能脱除污染,又能利用再生能源的廉价技术是非常适合中国国情的。

一、共燃的主要方式:(1)直接共燃:即直接将生物质混入煤中进行燃烧或生物质与煤使用不同的预处理装置与燃烧器。

(2)生物质焦炭与煤共燃:通过将生物质在300~400℃下热解,可以将生物质转化为高产率(60%~80%)的生物质焦炭,然后将生物质焦炭与煤共燃。

生物质与煤共燃燃烧性质的研究主要是利用热分析技术所得的TG-DTG曲线进行。

利用TG-DTG曲线可以方便的获取着火温度Th,最大燃烧速(dw/dt)max平均燃烧速度dw/dt)mean,燃尽温度Th等参数。

可以对一种煤和几种生物质以及它们以不同的比例所得的混合试样进行燃烧特性分析。

比如在STA409C型热综合分析仪上对各试样进行燃烧特性试验,工作气氛为N2和O2,流量分别为80ml/min、20ml/min ,升温速率为30℃/min ,温度变化范围为20~1200℃。

每个试样重量约5.0mg。

其数值根据自己的实验需要进行修改。

2 生物质与煤共燃的优势2.1 CO2等温室气体的减排由于生物质在燃烧过程中排放出的CO2与其生长过程中所吸收的一样多,所以生物质燃烧对空气CO2的净排放为零。

生物质与煤共燃探讨对农林业废弃物、下水道污泥等生物质与煤共燃技术在燃料制备、燃尽特性、热效率、污染物排放、积灰、腐蚀等方面进行了介绍。

这些生物质与煤共燃虽具有较高的积灰和腐蚀性，但其可降低CO2、SO2、NOx的排放，环境效益显著。

大气中CO2浓度的增加，会对全球气候产生一定的负面效应。

减轻CO2排放问题的途径除了节能、提高能源利用效率外，采用可再生能源是一种更有效的方法。

可再生能源利用途径中，燃用农林业废弃物、下水道污泥进行热电生产是其中一种降低CO2净排放的有效方法。

利用生物质和垃圾发电有两种方式，一是作为单一燃料使用小负荷生物质锅炉实现热电联产，二是利用现有煤粉炉实现煤与生物质的共燃。

前者需要建立很多分散的生物质电厂，并且生物质特性差别较大，必须为不同生物质设计不同的锅炉。

此外，生物质生产的季节需要大量的储存空间，导致成本增加。

后者是利用大型电站的煤粉炉、流化床锅炉进行与煤共燃发电，投资和运行成本较低。

在生物质与煤共燃发电站中，生物质的季节性波动和地域性波动、垃圾成分变化引起的影响，可以通过改变煤和生物质的比例进行补偿。

1生物质燃料特性可供利用的生物质燃料包括：(1)农业废弃物的秸秆、稻壳等；(2)林业废弃物的薪柴、树皮、树叶等；(3)快速生长能源植物如芒、象草、芦竹、灌木、乔木等；(4)城市垃圾、有机废水；(5)下水道污泥。

(1)农林废弃物密度一般较低，如麦秆和稻壳的密度分别为(50～120)kg/m3和122kg/m3，而褐煤密度为(560～600)kg/m3，烟煤为(800～900)kg/m3。

这种生物质发热量较低，仅为煤发热量的1/2～1/3。

低密度、低发热量使得生物质废弃物的处理、运输和储存变得复杂。

污泥的性质与低品质煤的性质相似。

(2)生物质燃料工业及元素分析与煤的比较见表1。

生物质燃料挥发分较高，干燥基挥发分一般为60%～80%。

而且水分含量高，范围从小于10%到大于50%，受天气和处理过程等的影响较大。

生物质掺混无烟煤燃烧对NO排放影响的研究作者：姜建勋来源：《价值工程》2014年第08期摘要：本文通过热分析技术对动力用煤和常见生物质及其混合物的燃烧特性进行研究分析，对影响样品燃烧特性的生物质种类、升温速率和混合比例等参数进行深入的探讨，在一定程度上得到各样品燃烧的动力学特性；对于生物质和煤单独燃烧及混合燃烧的污染物排放特性应用静态燃烧试验系统进行研究，对影响污染物排放特性的炉温、混合比例等条件进行分析。

Abstract： In this paper， thermal analysis technology is used to analyze the combustion characteristics of power coal and common biomass and its mixture. The biomass species influencing the combustion characteristic， heating rate and sample blending ratio and other parameters are discussed in-depth， obtaining the dynamic characteristic of each sample' combustion to a certain extent. The static combustion experimental system was used to study separate and mixed combustion of biomass and coal pollutant emission characteristics. The furnace temperature， mixing ratio which affect the pollutant emission characteristics are analyzed.关键词：生物质；热重分析；燃烧特性；动力学分析；污染物排放Key words： biomass；thermogravimetric analysis；combustion characteristic；dynamic analysis；pollutant discharge中图分类号：TK16 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）08-0318-020 引言生物质与煤混合燃烧是一种综合利用生物质能和煤炭资源的一种有效方式，煤与生物质混合进入CFB锅炉燃烧有利于增加CFB锅炉的热效率；减少煤的消耗量；降低NOX的排放。

煤粉大比例掺混不同生物质的混燃特性研究摘要：可再生能源生物质清洁低碳、易于获取、利于着火，含硫、氮量少且属于碳中性物质，但其能量密度低。

在煤粉中大比例掺混生物质（生物质/煤粉质量比大于5∶5）可有效改善煤粉着火特性，碳排放水平接近燃烧天然气，且污染物排放显著降低，进而达到节能减排目的。

目前研究主要集中在低掺混比例（小于5∶5）下生物质与煤粉的混燃特性，针对北方常见的玉米秸秆、稻杆和玉米芯等生物质与煤粉在大掺混比例下的燃烧特性，尚有待深入。

笔者利用热重分析技术分别研究了煤粉与不同生物质种类（玉米秸秆、稻杆及玉米芯）在不同掺混比例下（5∶5、6∶4、7∶3和8∶2）的混燃特性，分析生物质种类和掺混比例对混合燃料的着火温度、燃尽温度、交互反应以及燃烧特性指数等的影响，确定了不同生物质的最佳掺混比例。

结果表明：掺混比例对混合样品失重曲线的影响从大到小依次为玉米秸秆、玉米芯和稻杆。

随掺混比例增加，第1阶段最大质量变化速率逐渐增大且燃烧进程前移，第2阶段则逐渐减小，这是由于挥发分相对增加且焦炭相对减少的原因。

混合样品的着火温度和燃尽温度比纯煤粉分别下降约100和60℃。

随掺混比例的增加，玉米芯着火温度逐渐减小，玉米秸秆和稻杆则先减小后增大，且均在7∶3时达到最小；燃尽温度均呈现下降趋势，下降幅度由大到小分别为玉米芯、稻杆和玉米秸秆。

玉米秸秆和稻杆在8∶2时燃尽性能较差。

混合样品发生不同程度的交互作用，该交互作用正是生物质的促进和抑制的协同作用，使3种生物质均在5∶5时对煤粉燃烧抑制作用大；玉米秸秆和稻杆在7∶3时、玉米芯在6∶4、8∶2时促进作用大。

同时，3种生物质的燃烧特性指数远大于煤粉，随掺混比例的增大，玉米芯的燃烧特性指数变化最大并在8∶2时达到最大值，6∶4和7∶3时几乎相同；稻杆的变化最小且在7∶3时达到最大值；玉米秸秆在7∶3和8∶2时几乎相同并达到最大值。

小范围改变掺混比例时，燃烧特性指数变化不大。

生物质燃料燃烧过程中的污染物排放特性生物质燃料是指以植物材料、动物废弃物和其他有机物为原料，经过加工和转化过程制成的用于燃烧的能源。

与传统的化石燃料相比，生物质燃料被认为是一种可再生的能源，其燃烧过程中排放的污染物相对较少。

然而，在一些特定条件下，生物质燃料的燃烧也会产生一些有害的气体和颗粒物。

生物质燃烧过程中最常见的污染物包括二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、有机碳气溶胶、颗粒物和多环芳烃等。

首先，二氧化碳是生物质燃烧过程中主要的排放物之一、与化石燃料相比，生物质燃料的燃烧释放的二氧化碳可以被植物吸收和固定，进而重新生长，并形成一个碳循环系统。

这也是生物质燃料被认为是一种低碳能源的原因。

其次，一氧化碳是一种有毒气体，也是生物质燃料燃烧过程中的一种主要污染物。

一氧化碳主要是由不完全燃烧产生，会对人体血红蛋白的结合能力产生影响，导致组织供氧不足，造成中毒。

另外，氮氧化物（NOx）是由生物质燃烧过程中氮和氧反应所产生的一类气体。

氮氧化物主要包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。

NOx 的排放对大气环境和人体健康都带来很大的影响，主要体现在酸雨的形成和光化学烟雾的产生。

此外，生物质燃料的燃烧还会产生一些有机碳气溶胶（OC）和颗粒物（PM）。

这些细小的固体和液体颗粒物对人体的呼吸系统和肺部健康有直接的影响，可能导致呼吸道疾病和心血管问题。

最后一类污染物是多环芳烃（PAHs），它们在生物质燃料的燃烧过程中通过不完全燃烧产生。

PAHs是一类有机物，具有强烈的毒性和致癌性。

它们可以附着在颗粒物表面，随着空气流动而传播，对生态系统和人体健康产生不良影响。

为了减少生物质燃料燃烧过程中的污染物排放，可以采取以下一些措施：1.优化燃烧过程：通过改良燃烧设备，增加氧气供应和延长燃烧时间，从而提高燃烧效率，减少不完全燃烧产物的生成。

2.粒子捕集和净化技术：利用颗粒物捕集器和净化设备，将烟气中的颗粒物和污染物捕集和去除，减少对环境和人体健康的影响。

生物质颗粒燃料在锅炉中的氮氧化物排放特性及其对环境影响分析生物质颗粒燃料是一种能源替代产品，具有可再生、环保等优点，在工业和生活中被广泛应用。

然而，随着其在锅炉中的使用增多，生物质颗粒燃料燃烧所产生的氮氧化物排放成为环境保护和空气质量管理的重要问题。

本文将对生物质颗粒燃料燃烧过程中产生的氮氧化物排放特性及其对环境的影响进行深入分析。

一、生物质颗粒燃料燃烧过程中氮氧化物排放特性1.1 生物质颗粒燃料的氮氧化物形成机理生物质颗粒燃料主要包括木屑、秸秆、玉米秸秆等，含有丰富的氮元素。

在燃烧过程中，生物质颗粒燃料中的氮元素主要以有机形式存在，当受热分解时释放为氨气。

氨气与氧气在高温条件下发生氧化反应，生成一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。

此外，生物质颗粒燃料中的硫元素在燃烧过程中也可能与氮氧化物发生复杂的化学反应，生成硫酸雾气等有害气体。

1.2 影响氮氧化物排放的因素生物质颗粒燃料燃烧过程中氮氧化物排放受多种因素影响，包括燃料的品质、燃烧方式、燃烧温度、气流分布等。

其中，燃料的氮含量是影响氮氧化物排放的重要因素，氮含量较高的生物质颗粒燃料燃烧后排放的氮氧化物含量也较高。

此外，燃烧方式也对氮氧化物排放产生重要影响，流化床燃烧等技术可以有效降低氮氧化物排放。

1.3 氮氧化物排放特性的研究方法为了准确评估生物质颗粒燃料燃烧过程中氮氧化物排放的特性，研究人员通常采用实验室模拟实验、现场监测和数值模拟等方法。

通过对燃烧过程中氮氧化物浓度、排放速率等参数的监测和分析，可以揭示氮氧化物的生成机理和排放规律，为降低氮氧化物排放提供科学依据。

二、生物质颗粒燃料燃烧对环境的影响2.1 氮氧化物对大气环境的影响氮氧化物是大气污染物的重要组成部分，对空气质量和人体健康造成严重影响。

一氧化氮和二氧化氮通过光化学反应等途径形成臭氧和细颗粒物，导致雾霾等环境问题。

此外，氮氧化物还参与大气氮循环，对生态系统产生影响，如导致土壤酸化等现象。

生物质燃料的燃烧特性和排放控制随着环保意识的不断加强和对化石能源的不断限制，生物质燃料作为一种清洁能源，在各个领域的应用逐渐增加。

从全球范围来看，生物质燃料已经成为了非常重要的替代能源之一，被广泛用于发电、供热、交通运输等领域，并且不断推动了生物质燃料技术的不断发展。

但是，随着生物质燃料的大规模应用，对生物质燃料的燃烧特性和排放控制问题也越来越引起人们的关注。

本文就结合相关研究，分析了生物质燃料的燃烧特性和排放控制的相关问题。

生物质燃料的燃烧特性生物质燃料是指在自然界中可再生的有机物，主要包括生物质固体颗粒、生物质油和生物质气体。

相对于传统的化石燃料，生物质燃料具有碳中和、易获得、无需输送、无二次污染等优点。

但是，生物质燃料本身也存在一些缺点，如能量密度低、组分及性质的多样性、易腐败和贮存不易等问题。

为了实现生物质燃料的有效燃烧利用，必须深入了解其燃烧特性。

生物质燃料的燃烧过程包括两个阶段：初期燃烧和主要燃烧。

初期燃烧是指生物质燃料在接触到氧气后，挥发分和一些易燃气体先燃烧，并释放出大量挥发分、烟雾和热量。

初期燃烧的特点是温度低、火焰不稳定、产生大量的不完全燃烧产物和颗粒物。

主要燃烧是指生物质燃料中的固体和液体成分在较高温度下充分燃烧，释放大量热量，维持持续的燃烧过程。

主要燃烧的特点是温度高、火焰稳定、完全燃烧产生的废气相对较少。

燃烧过程中，由于各种因素影响，生物质燃料的燃烧特性会发生改变，形成一些不同的燃烧特征。

例如，生物质燃料的含水率、大小和形状等因素会影响其燃烧温度和火焰形态；生物质燃料的种类和化学成分影响其燃烧产物和副产物的种类和量；燃料和空气混合比例会影响燃料燃烧的完全程度及产生的氧化物排放。

排放控制在生物质燃料燃烧过程中，排放物是无法避免的，每种类型的排放物的出现都有其特定的因素。

主要有以下三种排放物：一氧化碳（CO）、一氧化氮（NOx）和有机物（VOCs）。

一氧化碳是生物质燃料燃烧中一种常见的主要有毒有害气体。