生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用可以有效緩解當(dāng)今人類面臨的能源與環(huán)境問題,生物質(zhì)直接燃燒是目前有望迅速實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)大規(guī)模轉(zhuǎn)化利用的技術(shù)途徑之一。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),擁有豐富的秸稈類生物質(zhì)資源,開發(fā)秸稈類生物質(zhì)燃燒技術(shù)是必然的要求。然而,秸稈含有比其它生物質(zhì)更高的活潑元素-K、Cl、S,活潑元素在燃燒中易引發(fā)結(jié)渣、團(tuán)聚、沉積和高溫腐蝕等堿金屬問題,堿金屬問題是目前制約秸稈直燃技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。考慮到流態(tài)化燃燒技術(shù)固有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在秸稈直接燃燒中具有潛在的價(jià)值,本文對(duì)秸稈的流態(tài)化燃燒方案和相關(guān)規(guī)律進(jìn)行了探索,對(duì)制約秸稈流態(tài)化燃燒技術(shù)發(fā)展的堿金屬相關(guān)特性進(jìn)行了多方位的研究,主要包括生物質(zhì)灰的低融特性、熔融結(jié)渣判別與緩解措施、床料團(tuán)聚規(guī)律以及活潑元素在燃燒中的轉(zhuǎn)化遷徙規(guī)律等。 首先,本文對(duì)生物質(zhì)的灰特性進(jìn)行了研究。通過研究發(fā)現(xiàn),在表征生物質(zhì)灰特性的灰成分分析中,應(yīng)該采用低于600℃的低溫成灰以減少活潑元素的揮發(fā)損失,同時(shí)在表示堿金屬相關(guān)組成時(shí)采用堿金屬的氯化物(ACl)與氧化物(A20)共同表示會(huì)更加合理,可以大大減少分析偏差。針對(duì)不同程度結(jié)渣灰在定量描述和橫向?qū)Ρ葧r(shí)存在的困難,通過一步成灰法和灰強(qiáng)度測(cè)試,建立了灰燒熔強(qiáng)度指數(shù)(SII)的計(jì)算方法,并以此為基礎(chǔ),按照常見秸稈的臨界結(jié)渣溫度(TSmf)對(duì)秸稈進(jìn)行了燃燒風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別劃分。還通過向稻草和麥草木素中分別添加不同類型的添加劑,研究了添加劑對(duì)緩解生物質(zhì)灰結(jié)渣的效果與機(jī)理。 其次,通過在小型鼓泡流化床(BFB)試驗(yàn)臺(tái)上調(diào)整燃燒溫度、床料粒徑、床料種類、流化數(shù)以及給料方式等研究了各參數(shù)對(duì)床料團(tuán)聚時(shí)間的影響規(guī)律。通過顯微鏡觀察團(tuán)聚顆粒發(fā)現(xiàn),秸稈灰的黏性熔融是導(dǎo)致床料團(tuán)聚的直接原因,團(tuán)聚發(fā)生時(shí)間受燃燒溫度影響最大。通過對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合,如采用低溫燃燒、小床料粒徑高流化數(shù)運(yùn)行,可以有效緩解床料團(tuán)聚的發(fā)生。通過研究床料團(tuán)聚特性,借鑒硅酸鹽的燒結(jié)機(jī)理,根據(jù)能量守恒定律、顆粒表面自由能最低原理和黏性流動(dòng)傳質(zhì)機(jī)理,建立了將流態(tài)化運(yùn)行參數(shù)與顆粒黏結(jié)能量變化規(guī)律相耦合的團(tuán)聚時(shí)間計(jì)算模型。通過對(duì)BFB試驗(yàn)臺(tái)團(tuán)聚試驗(yàn)工況的驗(yàn)證計(jì)算,發(fā)現(xiàn)該計(jì)算模型具有較好的理論指導(dǎo)價(jià)值。通過模型計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),在低溫段(750℃以下)床料粒徑、給料量、燃料品種等對(duì)團(tuán)聚時(shí)間影響比較明顯,但在高溫段(850℃以上)其它運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整對(duì)團(tuán)聚發(fā)生時(shí)間影響很小,幾乎失效。 然后,為了進(jìn)一步了解流態(tài)化燃燒中引發(fā)堿金屬問題的活潑元素的性質(zhì),通過稻秸稈的固定床燃燒實(shí)驗(yàn),研究了不同溫度和停留時(shí)間下稻秸中鉀的轉(zhuǎn)化遷徙規(guī)律,發(fā)現(xiàn)在700～800℃之間有效鉀的轉(zhuǎn)化損失份額大幅度上升。通過20kWth循環(huán)流化床(CFB)燃燒試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了21h的稻草低溫燃燒實(shí)驗(yàn),對(duì)CFB系統(tǒng)中活潑元素在的分布進(jìn)行了測(cè)試和平衡計(jì)算,發(fā)現(xiàn)低溫流態(tài)化燃燒中床層內(nèi)的物料以及鉀元素經(jīng)過一定時(shí)間的積累后可以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,生物質(zhì)灰絕大部分以飛灰形式存在,且飛灰中90%以上的鉀保持了水溶性狀態(tài)；同時(shí),通過對(duì)比燃料、飛灰和煙氣中有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫的比例,發(fā)現(xiàn)在秸稈流態(tài)化燃燒過程具有一定的脫硫效果。在此基礎(chǔ)上,通過中試規(guī)模CFB試驗(yàn)臺(tái)對(duì)稻草進(jìn)行了低溫和高溫燃燒實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了團(tuán)聚規(guī)律實(shí)驗(yàn)以及活潑元素實(shí)驗(yàn)中得出的相關(guān)結(jié)論。 最后,針對(duì)秸稈直燃示范工程項(xiàng)目的運(yùn)行情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,通過運(yùn)行中后檢查發(fā)現(xiàn),該示范工程項(xiàng)目的CFB鍋爐能夠適用于多種生物質(zhì)燃料的高效燃燒,也沒有出現(xiàn)床料團(tuán)聚問題的困擾；通過運(yùn)行后檢查發(fā)現(xiàn),鍋爐高溫受熱面和尾部受熱面的沉積和腐蝕也比較輕,并不影響正常運(yùn)行。該示范工程的成功運(yùn)行進(jìn)一步驗(yàn)證了前期流態(tài)化燃燒試驗(yàn)中的結(jié)論,也充分說明低溫流態(tài)化燃燒技術(shù)為秸稈的大規(guī)模轉(zhuǎn)化利用開辟了一條新的途徑。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

國(guó)生物質(zhì)資源總量為14.46億噸，其中農(nóng)作物秸稈總量為7.05億噸。在這里，桔稈是泛指農(nóng)作物經(jīng)過加工取出籽粒后的剩余物，其種類也很多，可以包括稻草和稻殼、玉米稈和玉米芯、豆類、薯類、油料類和搪類作物的剩余物等。我國(guó)生物質(zhì)的構(gòu)成比例如圖1一2所示，農(nóng)作物桔稈類生物質(zhì)是我國(guó)生物質(zhì)資源的主體。我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源主要集中在河南、山東、廣西、黑龍江、江蘇、河北等地區(qū)。我國(guó)的農(nóng)作物秸稈有一部分秸稈作為肥料進(jìn)行還田，另一部分用作動(dòng)物飼料和工業(yè)原料，其余的一半以上可以用作能源來使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年可以用作能源的秸稈資源為3.7億噸，其中有近2億噸秸稈被農(nóng)民在民用爐灶內(nèi)直接燃燒用來炊事和取暖，其余的秸稈則多是廢棄在田間或就地焚燒[l‘，’2]。雖然我國(guó)的生物質(zhì)資源總量很大，但與目前我國(guó)一次能源中的化石燃料的消費(fèi)量相比，生物質(zhì)能所占份額只占到17%左右。在商業(yè)用能中

生物質(zhì)能源化轉(zhuǎn)化技術(shù)可以將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高品位能源。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)多種多樣，分類的方法比較多，通常將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)按照轉(zhuǎn)化形式分為直接燃燒技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、生化轉(zhuǎn)化等幾大類，如圖1一3所示。致致密成型技術(shù)術(shù)圖1一3生物質(zhì)能源化利用技術(shù)分類圖L3.1生物質(zhì)燃燒技術(shù)生物質(zhì)燃燒技術(shù)是最常見的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，生物質(zhì)燃燒技術(shù)的直接目的是為了獲得熱量，其過程一般分4個(gè)階段:①水的蒸發(fā);②揮發(fā)分的析出;③氣相揮發(fā)分的燃燒;④固體碳素殘留物的燃燒。

一4]技術(shù)水準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)化水平低，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距。圖1一2我國(guó)的生物質(zhì)能結(jié)構(gòu)比例1.3生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用方式生物質(zhì)能源化轉(zhuǎn)化技術(shù)可以將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高品位能源。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)多種多樣，分類的方法比較多，通常將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)按照轉(zhuǎn)化形式分為直接燃燒技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、生化轉(zhuǎn)化等幾大類，如圖1一3所示。致致密成型技術(shù)術(shù)圖1一3生物質(zhì)能源化利用技術(shù)分類圖L3.1生物質(zhì)燃燒技術(shù)生物質(zhì)燃燒技術(shù)是最常見的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，生物質(zhì)燃燒技術(shù)的直接目的是為了獲得熱量，其過程一般分4個(gè)階段:①水的蒸發(fā);②揮發(fā)分的析出;③氣相揮發(fā)分的燃燒;④固體碳素殘留物的燃燒。
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 曾磊赟;生物質(zhì)渦旋燃燒飛灰顆粒特性研究[D];浙江大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2840286