基于多元线性回归模型的生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度预测

生物质中钾、钠等碱金属含量高,极易导致生物质与煤混燃灰沾污结渣严重。灰熔融特征温度是用于表征积灰结渣倾向的重要指标。该研究在充分考虑灰中酸/碱性组分对熔融特征温度影响的基础上,以生物质与烟煤混燃灰中Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、P_(2)O_(5)、SO_(3)、K_(2)O、CaO、Fe2O_(3)7种氧化物作为变量,利用Matlab软件建立了基于多元线性回归模型的生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度预测模型,并以中国农村典型的玉米秸秆和神木烟煤为试样,测定其在不同掺混比例、不同温度和不同停留时间下的灰分组成及熔融特征温度。试验结果表明:随着混合燃料中玉米秸秆的质量分数由25%增至75%时,灰样中MgO、K_(2)O、CaO、Na2O等碱性氧化物的含量增加,特别是对于K_(2)O而言,其质量分数由5.89%升至14.41%,而Al_(2)O_(3)、P_(2)O_(5)和SO_(3)等酸性氧化物的含量逐渐减少,其中Al_(2)O_(3)的质量分数由12.05%降至7.78%,P_(2)O_(5)的质量分数由3.66%降至1.07%,SO_(3)的含量由7.70%降至1.48%。随着灰化温度升高和停留时间延长,Cl元素的含量明显减少。将该模型的预测结果与经验公式预测结果及试验结果对比,发现该预测模型中P_(2)O_(5)、SO_(3)对灰熔融特征温度的影响系数较大,这与试验结果基本相符。灰熔融特征温度与Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、P_(2)O_(5)、CaO等氧化物含量呈正相关,表明这些氧化物成分有助于抑制熔融结渣。利用试验测量及经验公式等方法对该预测模型的结果进行检验,利用该模型预测的熔融特征温度与试验值的误差在5%以内,验证了该模型的准确性和可靠性。该模型研究结果可为准确预测生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度以及防治锅炉积灰结渣提供参考。

O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)气氛下煤半焦-生物质的混燃特性及影响因素

为掌握煤半焦与生物质在O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)条件下的混燃特性及其影响因素,采用全自动物理化学吸附仪获得了煤半焦-生物质混合燃料的孔隙结构,采用热重实验分析了两种燃料的混燃特性和反应动力学,通过多元线性回归法研究了燃料比、比表面积与混燃特性参数之间的关系。结果表明,O_(2)/N_(2)气氛下,掺混生物质可改善煤半焦的着火、燃尽及综合燃烧特性;O_(2)/CO_(2)气氛下,掺混生物质能改善煤半焦的着火特性,但会延迟其燃尽。混燃的活化能在低温区和高温区有显著差异,生物质掺混比增大,两个温区的活化能都降低;两种气氛下,低温区的活化能相近,但O_(2)/CO_(2)气氛下高温区的活化能显著高于O_(2)/N_(2)气氛下的。O_(2)/N_(2)气氛下孔隙结构对燃烧特性的影响更显著,而O_(2)/CO_(2)气氛下燃料比对燃烧特性的作用更显著。

O_(2)/CO_(2)条件下半焦-生物质的混燃特性及动力学分析

半焦与生物质在O_(2)/CO_(2)条件下混燃是实现碳基燃料清洁高效利用和碳减排的重要途径,准确掌握其混燃特性及动力学特性尤为关键。通过热重分析和正交实验研究了半焦与三种生物质(稻壳、松木、核桃壳)在O_(2)/N_(2)和N_(2)/CO_(2)气氛下混燃的燃烧特性、交互作用及反应动力学。结果表明:O_(2)/N_(2)气氛下掺混生物质可改善半焦的着火和燃尽特性,O_(2)/CO_(2)气氛下掺混生物质可改善半焦的着火特性,但会延迟半焦的燃尽。半焦和生物质在主燃区存在明显的交互作用,该作用显著提高了混燃反应性和燃烧强度,降低了着火活化能。生物质掺混比增大,燃烧特性指数提高,混合燃料低温区的活化能E_(1)和高温区的活化能E_(2)均逐渐降低;掺混生物质为松木时,混燃特性最好,掺混生物质为稻壳时,混燃特性次之,掺混生物质为核桃壳时,混燃特性再次之。与O_(2)/N_(2)气氛相比,O_(2)/CO_(2)气氛下的综合燃烧特性指数降低,E_(1)和E_(2)都提高,提高O_(2)/CO_(2)气氛中的O_(2)体积分数可小幅改善燃烧特性。燃烧气氛对燃烧特性和活化能的影响最显著,生物质掺混比的影响次之,掺混生物质的种类的影响最小,但若只考虑O_(2)/CO_(2)气氛的O_(2)体积分数变化,燃烧气氛对混燃特性的影响很小。

煤矸石与气化飞灰的热重−质谱混燃机理

为了明确煤矸石与气化飞灰的混燃机理,在获得乌海煤矸石和宿迁气化飞灰理化特性的基础上,采用热重-质谱分析方法对乌海煤矸石、宿迁气化飞灰及其混合物的燃烧特性以及气体释放特性进行研究。热重分析结果表明:与宿迁气化飞灰相比,乌海煤矸石具有更好的着火特性,乌海煤矸石可提高混合燃料的着火性能,宿迁气化飞灰则可提高混合燃料的高温燃烧特性。基于Coats-Redfern(C-R)法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法进行燃烧动力学特性分析,结果表明:乌海煤矸石表观活化能为48.25~152.22 kJ/mol,燃烧反应符合Jander模型;宿迁气化飞灰表观活化能为106.34~312.79 kJ/mol,反应符合n=1/4的反应级数模型;乌海煤矸石与宿迁气化飞灰掺混的质量比为1∶3时的表观活化能为102.24~301.58 kJ/mol,反应符合成核生长模型。通过混合燃料质量变化速率理论值与测试值之间的偏差来探究各组分间的相互作用,结果表明:乌海煤矸石与宿迁气化飞灰混燃过程存在明显耦合作用,整体相互促进,改善了燃烧反应特性,相互促进作用随宿迁气化飞灰质量占比增加逐渐增强。综合燃烧特性与气体释放特性,乌海煤矸石与宿迁气化飞灰较佳的掺混质量比为1∶3。含氮气体释放特性研究表明:在挥发分和固定碳燃烧阶段NH3均有释放,NO和NO_(2)气体释放最高强度的峰值对应的温度与热重曲线最大反应速率对应的温度基本一致。

生物质与烟煤混燃过程灰分的烧结特性研究

生物质与煤的成分十分复杂,这些成分共同决定了生物质与煤混合热转化过程灰样的烧结或结渣特性,这对生物质与煤混合热转化技术的应用和推广具有重要影响。本文以典型的生物质秸秆和烟煤为原料,深入研究不同掺混比例以及灼烧温度和灼烧时间对生物质与煤混燃灰烧结特性的影响。研究结果表明:玉米秸秆与神木烟煤混燃过程中玉米秸秆的掺混比例越大,脱灰效应越明显。水稻秸秆与烟煤混燃后灰分含量要高于玉米秸秆与烟煤混燃后的灰分含量,这主要是由两种秸秆生物质的化学组分和结构不同所致。在相同的灼烧温度和掺混比例下,灼烧时间对灰分含量的影响不明显。随着灼烧温度的增加,玉米秸秆与烟煤混合热转化得到的灰样的灰分含量越低,脱灰效应越明显。当玉米秸秆的掺混比例由25%升至75%时,灰样形貌由原来的无规则形状或蜂窝状结构转变成明显的熔融粘结现象。灼烧温度升高,混燃灰样的结渣趋势增强,而灼烧时间对灰样微观形貌的影响较小。

煤与生物质混燃过程中SO_2释放规律研究

利用管式炉-FTIR二氧化硫检测系统对神华煤与玉米杆和树皮在不同混燃比下混合燃烧时SO2的释放规律进行了研究。结果表明:混燃过程SO2释放量随着混燃比的增加而降低,其原因是煤与生物质的混合燃料含硫量有所降低。煤与生物质混燃时,自脱硫率由煤的自脱硫,生物质的自脱硫以及二者协同脱硫3部分组成,而协同脱硫效果显著。随着混燃比的增加,协同脱硫对自脱硫的贡献率先增大后减小,存在一个最大值;燃料向烟气中的硫转化率先减小后增大,存在一个最小值。神华煤与玉米杆和树皮混燃时,混燃比最佳值为50%;随着混燃比的增加,SO2开始释放的时间逐渐提前,释放所用时间也逐渐减少。

300MW燃煤机组混燃秸秆成型燃料的试验研究

该文利用已有制粉系统对成型生物质进行磨制并送入炉内燃烧,在300MW煤粉炉内实现了生物质的规模化利用。试验对生物质可磨性及磨煤机安全性进行分析;研究生物质混燃对火焰、温度、锅炉效率及污染物排放的影响。研究表明:辊式磨煤机和直吹式制粉系统,可用于成型生物质的磨制输送;生物质燃烧器喷口火焰稳定;生物质混燃工况下的炉膛上部温度分布和排烟温度,均比纯烧煤粉时更低;煤粉炉在混燃生物质的工况下运行时,锅炉效率略有下降;生物质混燃相对于纯烧煤粉,NOx和SO2均有所降低。该文研究对生物质在我国现有大容量煤粉炉上的直接混燃具有指导意义。

城市污泥和煤混燃特性的热重分析法研究

利用热重分析法对某城市污泥和某煤种及其两者混合物的着火温度、活化能及综合燃烧特性等参数进行了研究。试验结果表明 ,混合试样和煤相比其活化性能得到了提高 ,着火温度提前 ,综合燃烧性能下降。在混燃过程中 ,煤和城市污泥基本上保持了各自的挥发分析出特性 ,煤的燃烧表现得更为明显。

生物质与煤混燃的灰分特性分析

以麦秆、杨木屑、酒糟和烟煤在不同配比下混合燃烧的灰分作为研究对象,分别在实验室和大型电站锅炉上测试。实验室中,根据生物质配比,灰化温度分别选取550、650、750和800℃,对灰样进行灰分特性分析,包括组分分析、熔融特性分析和结渣指数的计算分析;然后在大型电站锅炉实际燃烧,对锅炉飞灰作相同的特性研究,与实验室结论比较分析,并记录分析了前屏过热器上灰沉积过程和形态。研究表明:灰化温度应根据生物质配比选取不同的温度;提高生物质的掺入比总体上会使灰熔融温度降低;掺烧磷和钾元素含量高的生物质,掺配比应小于10%。

稻秆与煤混燃过程中碱金属迁移转化规律研究

以化学热力学平衡计算为基础,利用自行设计的立式管式炉结合X射线衍射(X-ray power diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning election microscope,SEM)等分析测试手段探讨稻秆与煤在850℃的条件下混合燃烧碱金属K、Na的迁移转化规律。结果表明,碱金属的主要气态组元KCl、KOH、NaCl、NaOH随稻秆含量的增多而增加,且氯化物的析出量大于氢氧化物的析出量;煤中某些矿物组分或元素对K的气相析出有抑制作用,但对Na的抑制作用不明显;灰中K、Na的存在形式直接受原料秸秆含量的影响,稻秆含量为0%和20%时,灰中K以K2O Fe2O3为主,Na则以Na2SO4为主,稻秆含量大于50%时,K2O 2SiO2、Na2SiO3随稻秆含量的增多表现出上升趋势,K2SO4、Na2SO4趋势则相反,原料K还会以KAlSiO4、KAlSi3O8的形式滞留在灰中。

秸秆与煤混燃过程中碱金属钾对氮迁移转化的影响

选用经酸洗法脱灰的煤和秸秆制得实验样品。实验采用热重差热分析仪和气相色谱质谱联用仪对不同比例混合的煤和秸秆以及附加不同比例KOH的样品进行燃烧实验,研究秸秆与煤以不同比例混燃过程中碱金属K对NO释放特性的影响。研究结果表明,脱灰样品中参混一定比例秸秆能有效抑制NO释放,且在燃烧过程中NO释放曲线为单峰曲线。低秸秆比例的脱灰混样中,随着K含量的递增,对NO还原的催化作用越强,但含量达到一定值时趋于稳定。混燃气氛中氧气含量越低对还原NO越有利。

300MW煤粉/高炉煤气混燃锅炉燃烧特性数值模拟

钢厂高炉煤气是一种低热值燃料,它和煤粉在炉内掺烧是其一种有效的利用途径。但煤粉掺烧高炉煤气后燃烧特性与纯煤粉燃烧有很大不同,掺烧过程中易发生过/再热器超温、飞灰含碳量过高等问题,导致其在大型锅炉上的应用很少。针对某钢厂300MW四角切圆煤粉/高炉煤气混燃锅炉,使用二混合分数法对其燃烧特性进行数值模拟。对比研究了纯燃煤工况和高炉煤气掺烧量分别为10%、20%、30%的工况,发现掺烧高炉煤气时炉内温度水平有明显下降(如,掺烧10%高炉煤气时截面最高温度降低81K),且随着掺烧量的增加而加剧,但下降的趋势变缓。掺烧高炉煤气后产生烟气量增多,炉膛出口烟速有明显增加,煤粉颗粒实际停留时间缩短,使得煤粉燃尽变得困难。同时,NO的生成量随高炉煤气掺烧量的增加而明显减少。

稻壳与不同煤种的混燃特性研究

将农林业生物质废弃物与煤炭进行混燃发电是一种可同时提高环境和经济效益的能源利用方式。本文以稻壳为研究对象,以10℃/min的升温速率在热重实验台上进行了稻壳分别与1种烟煤和1种褐煤的混燃实验。通过热重研究和动力学分析发现:稻壳的掺入可以改善烟煤着火和燃尽等燃烧特性,且改善效果在一定范围内随着稻壳掺混比例的增大而更佳;但稻壳与褐煤的混燃并未显著影响褐煤的燃烧特性;将稻壳与煤进行混燃利用时,应根据煤种及掺混比例的不同具体考虑其混燃特性。

烟煤/生物质混燃特性实验研究

利用热重分析法,对烟煤/生物质混燃动力学进行了实验研究。进行了不同掺混比、不同温度、不同生物质等因素的探讨。结果表明,在恒温条件下煤粉与生物质混燃不存在阶段性。生物质对煤粉有促进燃烧和燃烬的作用,随着掺混比的加大,燃烧越剧烈,越易燃烬;温度的增加有利于燃烧的进行,温度越高,燃烧强度越大;不同生物质对煤粉的促进作用不同,挥发分含量高且灰分含量低的生物质促进煤粉燃烧作用更明显。

生物质混燃与空气分级对NO_x排放的影响

在一维沉降炉中进行了生物质（麦秆、木屑）与煤粉的纯烧、混烧实验,并研究了燃料种类、混燃比例、空气分级等不同因素对燃烧产生的NO和CO含量沿烟气流动方向的分布规律以及飞灰含碳量的影响。结果表明：纯烧生物质和煤粉时,NO含量沿烟气流动方向先增大后减小,煤粉燃烧产生的NO含量大约是麦秆和木屑燃烧产生的2~3倍;煤粉燃烧产生的CO含量随烟气流动先增加后减少,而生物质燃烧产生的CO含量则逐渐减小;分级风量的增加并不能改变沿烟气流动方向上NO和CO含量的变化趋势,但能对燃煤产生的NO具有较强的减排能力。当生物质与煤粉混燃时,NO排放量随麦秆混合比例的增加而逐渐减小,但当混合比例增至40%以后,继续增大生物质比例对NO减排作用影响很小;当麦秆比例达到40%以上、分级风量达到20%时,空气分级对NO减排的影响较小。

恒温下煤粉/生物质混燃特性及NO释放规律

利用自制的恒温热重测量实验台研究生物质掺混比、煤种、生物质种类及温度等因素对煤粉/生物质混燃特性及NO释放规律的影响。结果表明:生物质掺混比增大后,燃烬时间提前,NO析出率降低;生物质掺烧后对难燃煤种的燃烧特性影响较大,对含灰量高的煤种降低NO排放作用较小。生物质种类在反应初期对试样的燃烧特性曲线影响不大,但随着燃烧的进行,含灰量高的生物质对混燃特性的改善作用逐渐减弱。掺混高含氮量生物质,试样的NO析出率下降较大,但对于含氮量相差不多的生物质,含灰量越高,NO析出率下降越明显。温度在反应初期对燃烧特性的影响不明显,但对反应后期的燃烧特性影响显著。在所选的温度区间内,温度越高,NO析出率越高。

碱性矿物成分对秸杆和煤混燃过程中氮转化的影响

采用热重差热同步分析仪和气相色谱质谱联用仪对以不同比例混合的脱灰秸秆和脱灰煤以及添加单一NaOH和MgO后的样品进行燃烧试验,研究碱金属Na及碱土金属Mg对NO释放特性的影响。结果表明,脱灰煤中添加碱金属Na可催化NO还原,添加碱土金属Mg对NO还原影响不大;脱灰秸秆随着碱金属Na添加量的增大,NO释放量先降低后增大,而添加MgO后NO释放规律则相反;脱灰秸秆和脱灰煤随Na、Mg添加量的增加,对NO还原的催化作用增强,但Na和Mg的添加量分别达到2.5%和1.2%时其催化作用趋于稳定。

煤粉与生物质混燃的低温着火特性

利用自制的管式炉恒温热重测量实验台研究了掺混比、温度、煤种以及生物质种类等因素对煤粉与生物质混燃时低温着火特性的影响,并对煤粉与生物质混燃时的低温着火活化能进行了计算.结果表明:随着掺混比的增大,混合物的燃烧速率加快且燃尽程度提高;温度升高能改善煤粉与生物质混合物的燃烧特性;掺混生物质对难燃煤的着火特性影响比对易燃煤更明显;对于某一煤种,掺混水分和挥发分含量高的生物质,燃烧初期的失重速率加快;掺混灰分含量越多的生物质,在燃烧后期对煤粉的促燃作用越差;燃烧反应活化能随着生物质掺混比和温度区间的增大而减小.

基于中国国情的生物质混燃发电技术

生物质混燃发电技术与生物质直燃发电技术相比,是一种相对低成本的发电技术,具有建设周期短、对原料价格控制能力强等优点,且符合削减温室气体、发展低碳经济的需要,但是在我国的应用有限。文章简要介绍了生物质的混燃发电技术、直燃发电技术和气化发电技术的发展现状;重点分析了混燃发电技术在我国应用的可行性、运用时的关键问题和生物质发电项目相关的政策;指出发展生物质混燃发电技术应因地因时制宜,服务于农村建设。

生物质与煤混燃过程气态汞排放特性试验研究

研究生物质与煤混燃过程Hg排放特性具有重要意义。在高温管式电加热炉上进行了2种煤与2种生物质掺混燃烧试验,掺混比例为95 5、90 10、85 15,试验温度为1250℃。对不同燃烧过程烟气Hg含量进行了分析。计算了燃料单位发热量Hg含量及单位发热量Hg排放。研究结果表明:掺混生物质使燃料的[Cl]/[Hg]增大。随生物质掺混比例增加,1号煤燃烧烟气中Hg2比例不断增加,Hg0比例不断减少,二者之和为下降趋势;2号煤与生物质混燃时气态Hg占总输入Hg的比例随生物质掺混比的增加表现出先减少后增加的趋势;1号煤添加生物质后,单位热值Hg2排放增加,Hg0排放减少,总气态Hg的排放是减少的;2号煤添加棉杆时,棉杆添加比例为15%条件下,单位热值下气态总Hg排放比未添加时高。