制浆纤维原料固废物基颗粒燃料的燃烧性能分析及改善

利用农业废弃草类植物进行制浆造纸可缓解中国制浆造纸工业面临的纤维原料短缺压力,将制浆过程产生的纤维原料废渣和制浆废液溶出物等固体废弃物进行颗粒燃料制备是实现工业固废物资源化利用的有效途径。为了解制浆过程不同纤维原料废渣的燃烧特性,将制浆过程备料工段产生的纤维原料废渣通过压缩成型技术制备了颗粒燃料,利用热重仪、扫描电镜、X射线衍射仪、热分析-红外-气质联用仪对不同纤维原料废渣固废物制备的颗粒燃料的燃烧特性进行了分析比较,研究探讨了添加制浆废液对颗粒燃料燃烧性能的改善效果。结果表明,草类纤维原料废渣基颗粒燃料因不可燃杂质含量较高,固定碳含量较低,其燃烧性能稍差于木材废渣基颗粒燃料;草类纤维原料废渣基颗粒燃料中的碱金属元素与硅元素在高温下反应生成结渣性金属硅酸盐类颗粒灰分;草类废渣基颗粒燃料因不可燃杂质含量较高导致固定碳不完全燃烧,增加了燃烧排放气体中CO气体成分。基于资源化利用制浆过程溶出物和改善颗粒燃料的燃烧性能,将10.28%固形物含量的制浆废液/麦草废渣混合物压缩制备颗粒燃料,颗粒燃料的综合燃烧指数为2.50×10^(-7)%^(2)/(min^(2)·℃~3),燃烧活化能为59.88 kJ/mol,与麦草废渣基颗粒燃料相比,燃烧指数提高了171.74%,燃烧活化能降低了22.72%,麦草废渣基颗粒燃料的燃烧性能得到明显改善。研究结果可为制浆造纸过程固体废弃物的资源化利用提供理论参考。

美国可持续航空燃料发展对我国的启示

应用可持续航空燃料(SAF)被航空业界认为是最具潜力的碳减排措施,到2050年航空业65%的碳减排将通过使用SAF来实现。美国希望凭借领先的工艺技术、充足且丰富的原材料以及补贴政策的有效激励,成为新兴SAF市场的全球领导者。未来具有较大发展前景的SAF技术路线包括酯类和脂肪酸类加氢工艺(HEFA)、费托合成工艺(FT合成)、醇喷合成工艺(ATJ)、动力合成液体燃料工艺(PtL)。美国目前主要采用的是HEFA路线,但由于面临原料短缺问题,未来将逐渐被ATJ、FT合成等路线取代。美国每年约有10×10^(8)t的生物质能够可持续地生长或收集,其中将藻类转化为可再生燃料受到了美国极大的重视。美国针对SAF政策的特点是以鼓励性、支持性为主,主要运用财政补贴、税收减免等政策手段。中国是继美国之后的第二大航空市场,对SAF有着巨大的市场需求。我国可以借鉴美国的经验,尽早建立SAF产业联盟,重视SAF原料的创新,加大SAF炼制工艺认证和认证标准的建设力度,构建积极的产业政策和财税政策,而最重要的是加强重点技术方向的研发投入和支持力度,从而降低生产成本。

纤维素生物质与废塑料共催化热解制取富烃液体燃料的研究进展

生物质能是国际公认的零碳可再生能源,其高效利用成为缓解能源与环境危机的关键,并对中国实现“碳达峰”和“碳中和”的目标具有重要意义。纤维素生物质与废塑料的共催化热解技术,不仅能制备高附加值的富烃液体燃料,还可达到“以废治废”的目的,进而实现生物质与废塑料的高效资源化利用。本工作从生物质与废塑料高值化利用的角度出发,对生物质和废塑料共催化热解制备富烃液体燃料的研究现状进行了综述,介绍了纤维素生物质和废塑料的基础化学特性差异,论述了废塑料种类、催化剂种类、物料和催化剂比例、催化热解温度等因素对生物质和废塑料共催化热解生物油产率和品质的影响,阐述了生物质和废塑料单独催化热解过程中的化学反应机理,并揭示了共催化热解过程中的协同反应机理,展望了该领域未来的发展方向,为生物质与废塑料的高附加值利用提供参考与思路。

生物质颗粒燃料的挥发性有机物排放特征

在中国北方某农村地区开展了民用生物质颗粒的VOCs排放实地测试,对比研究了不同类型燃料与炉灶使用场景的VOCs排放特征.基于吸附管采样,气质联用定量的结果表明,民用取暖炉中生物质颗粒燃烧的ΣVOC排放因子在48.5~684.5mg/kg,其中芳烃类占总排放的37.0%~85.8%,其次是卤代烃类,占14.2%~63.0%.苯和甲苯是组成丰度最高的组分,其次是二氯甲烷和苯乙烯等物质.基于PID检测器获得的TVOCs实时排放曲线与CO释放动态过程具有一定的同步性.燃料类型与燃烧场景对TVOCs排放有显著影响.点燃与剧烈燃烧阶段排放的VOCs占总排放的53.0%~71.2%,而阴燃阶段的TVOCs排放显著低于其他阶段.燃烧效率与TVOCs浓度间没有显著的统计学相关性(P>0.05).PID法与GC-MS法定量获得的排放因子有显著的正相关关系,但二者定量数值具有显著的差异.GC-MS定量组分仅占总排放因子的4%以内.明晰生物质颗粒燃烧的VOCs排放特征和影响有助于进一步完善排放清单,降低不确定性.

牛粪掺混玉米秸秆燃烧特性和动力学分析

为充分利用生物质废弃物,采用热重实验研究牛粪掺混玉米秸秆的燃烧特性和动力学参数。结果表明,所有样品燃烧过程均可划分为脱水、挥发分析出与燃烧、固定碳燃烧3个阶段。玉米秸秆的掺混可降低牛粪的着火和燃尽温度、提高燃烧特性参数。通过4种动力学模型计算出不同掺混比不同反应阶段的活化能,其中FWO模型相关性最高。综合燃烧特性和动力学分析可知,当牛粪与玉米秸秆质量比为6∶4时样品的综合性能表现较好。

燃料乙醇炼制系统优化与碳减排研究进展

生物质是丰富可再生的碳源,以糖、淀粉、秸秆纤维素或其他生物质原料高效生产燃料乙醇,可减少化石能源的需求,其中以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇具有广阔的发展前景。与化石能源相比,燃料乙醇具有环保、经济、可再生的优势,但其在生产工艺技术、经济效益和环境影响等方面仍需要深入研究。近年来,通过开展燃料乙醇炼制系统优化及全生命周期分析研究,有力地促进了燃料乙醇技术进步,推动了燃料乙醇碳减排相关研究。文章主要论述了近年来燃料乙醇生产技术的发展,重点对燃料乙醇系统的模拟优化和碳减排研究进展进行了总结,并对燃料乙醇发展趋势进行了展望,以期为燃料乙醇的可持续发展提供参考。

云南省果林修剪枝条资源评估及生物质能潜力分析

以2010—2020年果林修剪枝条及45个水果种植(柑橘、石榴、苹果、梨和葡萄)主要优势县(市、区)为研究对象,利用果林修剪系数及折标煤系数,测算云南省果林修剪资源量,估算生物质燃料潜力,解析其时空分布特征。结果表明:2010—2020年云南省果林修剪枝条资源总量呈上升趋势,枝条年均修剪用量为152.27万t,不同区域之间果林修剪枝条资源量差异明显;2020年云南省果林修剪枝条资源量为261.75万t,其中超10万t的县(市、区)6个,5万~10万t的县(市、区)份有8个,低于5万t的有31个;将枝条制成颗粒燃料折算成标准煤,年均量为91.80万t,标准煤折算成天然气和发电量,年均量分别为69.03亿m^(3)和74.72亿kW·h,其产生的年均潜在价值为41.84亿元。云南省果林修剪枝条能源化潜力巨大,发展生物质燃料的资源禀赋条件优异,具备产业化发展生物质颗粒燃料的资源基础。

钛铁矿载氧体对碱金属钾的高温吸收特性

载氧体辅助燃烧(Oxygen Carrier Aided Combustion,OCAC)技术的协同固碱潜力得到越来越多学者的关注。以天然钛铁矿提钛后的尾矿及单一组分模化物Fe_(2)TiO_(5)和TiO_(2)作为吸收剂,以KCl和CH_(3)COOK作为模拟碱源,在静态吸收实验装置上研究了钛铁矿尾矿对碱金属钾的高温吸收特性,系统探究了时间、粒径、温度、质量比、气固组分等多种因素对吸收效果的影响规律,结合X射线衍射仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、扫描电子显微镜和X射线能谱仪等表征手段,揭示了K在钛铁矿表面富集和体相迁移的微观机理。结果表明,钛铁矿尾矿在高温下具有较好的K吸收能力,吸收速率随时间增长表现出先快后慢的变化趋势。在一定条件下,减小颗粒尺寸、提高反应温度和气相中的K浓度,可进一步提升钛铁矿尾矿的固碱性能。在与实际工业烟气相似的温度和碱金属浓度条件下,钛铁矿尾矿对K的捕集率可达40%以上。钛铁矿尾矿的主相具有富Fe层和富Ti层交替排列的独特片层结构,且相较单一组分模化物具有更复杂的形态和更优异的固碱能力。其过程为:K首先在钛铁矿表面沉积并逐渐形成富集层,随后通过固相扩散向内渗入,并沿富Ti层深度迁移至颗粒内部;同时,富Ti层中的Fe逐渐向颗粒外层迁移,并对K在钛铁矿中的吸收产生双重影响。此外,Cl可通过与钛铁矿表面的Fe反应生成易挥发的FeCl_(2)而进一步促进钛铁矿对K的吸收,钛铁矿尾矿中铁钙铝榴石等脉石相对K亦具有十分显著的协同吸收作用。研究结果进一步证实了OCAC技术的协同固碱潜力,同时为低品位钛铁矿的资源化利用提供新思路。

面向双碳目标的多元燃料循环流化床燃烧技术展望

双碳目标让煤电机组的低碳化受到广泛关注。低碳燃料替代是循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)燃烧发电技术的重要方向之一。零碳、低碳燃料特性与煤显著不同,这对CFB燃烧技术的燃料适应性提出了新的挑战。该文从燃料的着火与燃尽、低成本污染物控制和受热面安全3个角度,剖析CFB燃烧技术燃料适应性广的理论基础,提出丰富的床料蓄热和高效物料循环是支撑其适应低碳灵活燃料燃烧的两大基础条件。可以通过构建合理流态和炉内气氛,进一步提升CFB燃烧技术在多元低碳燃料上的适应性。对于生物质燃料,利用循环物料冲刷减少高温受热面沾污、减轻腐蚀,能够提高生物质发电的蒸汽参数,进而提高生物质发电的经济性;对于氨燃料,利用炉内高温床料蓄热解决稳燃问题,利用炉内气氛调控解决低成本脱硝问题,有望攻克氨燃料的高效低成本燃烧技术;对于化工冶金过程中广泛存在的超低热值废气,可利用CFB燃烧技术无害化处理同时回收废气中热能,显著提升废气处理的经济性,减少系统能耗和碳排放。面向双碳目标,CFB燃烧技术将进一步发挥和拓展其燃料适应性广的优势,具有较好前景。

碳中和目标下黑龙江省生物能源生产技术路线研究

基于黑龙江省碳达峰、碳中和目标,依托黑龙江省丰富的生物质资源,结合黑龙江省统计年鉴的相关统计数据,计算了黑龙江省不同地区的生物资源存储量,在分析黑龙江省典型的生物能源生产技术路线的基础上,提出了切实可行且符合黑龙江省产业结构的生物能源产业发展的技术路径。研究结果表明:黑龙江省秸秆资源主要类型为水稻秸秆和玉米秸秆,畜禽粪便主要来自于大牲畜、黄牛及肉牛。黑龙江省资源丰富地区为哈尔滨、齐齐哈尔和绥化3个地区,较丰富地区为鸡西、双鸭山、大庆、佳木斯、牡丹江和黑河6个地区,不丰富地区为鹤岗、伊春、七台河和大兴安岭4个地区。黑龙江省典型的生物能源为生物乙醇和生物柴油。黑龙江省需要依托现有成熟的生物质转化技术,大力发展生物燃气和纤维素乙醇产业。发展时应根据资源分布情况进行合理布局,推进以秸秆等非粮生物质为原料的生物制醇示范工程,完善以秸秆制醇为核心的多产品联产成套工艺体系;有序开发利用废弃油脂资源和非食用油料资源生产生物柴油,完善原料供应体系,重点突破油脂回收、高效酯交换等关键技术。

典型生物质发酵制取燃料乙醇环境影响分析

结合生命周期评价方法与层次分析方法对杨木、玉米秸秆、甘蔗渣3种典型纤维素生物质的发酵制取燃料乙醇工艺进行环境影响评价。针对酸化、富营养化、全球变暖、化石能源消耗、光化学污染、人体毒性6种环境类型进行分析对比,并选取3个不同视角分析生物质发酵工艺所带来的环境影响。结果表明:农业阶段和生产阶段所产生的温室效应在全生命周期过程中占比最高;全球性视角下,全球变暖影响占比较高;区域性和局地性视角下,工艺的酸化影响最严重。

生物质预处理催化热解制备液体燃料研究进展

随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出,生物质催化热解制备液体燃料技术成为一种可持续发展的能源利用方式。生物质直接热解生成的生物油成分复杂、热值低、含氧量高、酸性强,制约了生物油的应用。从热解机理、生物质预处理、催化剂和预处理和催化耦合技术等方面综述了影响生物油品质的主要因素。指出预处理技术普遍存在时间长的缺点,使用催化剂会导致生物油产率的降低,而预处理和催化耦合技术有望突破这2项技术难点;生物质快速热解定向制备富烃生物油、催化剂的选择与优化、预处理和催化耦合技术将是生物质快速热解制备高品质液体燃料的主要研究方向。

基于麦草废渣模型颗粒燃料的构建探究制浆废液对颗粒燃料性能的影响

分别以麦草废渣、纤维素/半纤维素为原料,掺杂制浆废液,通过直接压缩成形,制备了生物质颗粒燃料及其模型物,并对生物质颗粒燃料的物理性能和燃烧性能进行了研究。结果表明,制浆废液中因含有木质素、糖类等有机成分而具有较好的黏结性,能够提高颗粒燃料的物理性能。由固含量4.29%的制浆废液制备的模型颗粒燃料,横向抗压强度和燃烧热值最高值分别为128.28 MPa和16 806.4 J/g,明显高于由水制备的颗粒燃料,但该模型燃料的综合燃烧特性指数降低为1.69×10^(-9)%^(2)/(min^(2)·℃^(3))。

煤-生物质共热解非催化协同效应特征及机理研究进展

对近年来煤-生物质共热解研究中判定是否发生协同效应及协同效应发生强度的4个指标,即温度范围、热重曲线、表观活化能及热解产物的产率及组成进行总结,并概括包括内在因素和外在因素在内的多种影响因素对煤-生物质共热解非催化协同效应的影响,对煤-生物质共热解非催化协同效应反应机理方面的研究进展和成果进行简要评述。最后提出未来煤-生物质共热解非催化协同效应特征和机理研究中可能面临的挑战。

生物质锅炉富氧燃烧技术研究进展

生物质锅炉富氧燃烧作为一种新型的燃烧技术,可在有效改善生物质燃料清洁高效利用的同时,为碳捕集及利用提供高浓度CO_(2)的烟气,目前该技术在国内外尚处于研究示范阶段。通过系统梳理生物质燃料的基本特性,重点介绍了生物质富氧燃烧特性及相关工程研究现状,并分析了该技术发展趋势。结果表明:富氧燃烧可在一定程度上减少热量损失,提高燃烧稳定性和锅炉运行效率;通过烟气再循环动态调整再循环比例可有效控制炉内的温度水平,缓解污染物排放问题;由于在富氧系统、配风系统、受热面结渣和全炉膛密封等方面存在技术问题,合适的注氧和混氧方式、氧量和配风方式的动态调整、防结渣处理和密封改造是防范风险的主要措施;基于富氧燃烧的生物质能高效利用耦合碳捕集与封存技术有望成为生物质电厂转型发展的方向。

碳中和目标驱动下生物质燃料技术研究进展

在碳中和目标的驱动下,炼化企业必须寻找新的路径,大力开发低碳、零碳的炼化新技术。生物基燃料性能与石油基燃料相近,但其全生命周期碳排放大幅降低,以生物质为原料生产替代燃料的技术,正成为炼油厂实现低碳、零碳发展的重要手段之一。本文综述了由生物质原料制碳氢类燃料(b-Fuels)相关技术的研究进展和发展趋势,主要包括无甘油生成的酯交换技术,控制产物选择性的酯交换技术,生物质油热裂解、催化裂解、加氢裂化技术,以及生物质与石油馏分共炼技术等,同时对未来炼化企业实现碳中和的技术发展路径进行了探讨,以期为炼厂转型发展提供思路借鉴。

木质纤维生物质烘焙预处理研究进展

综述了烘焙过程的反应机制和烘焙动力学,分析了烘焙温度、停留时间、升温速率、烘焙气氛等因素对生物质理化特性的影响,探讨了烘焙对生物质后续热解、燃烧、气化的影响。烘焙温度是烘焙过程最主要的影响因素,不同烘焙气氛可以改变烘焙产物分布。烘焙气氛除惰性氮气外,其他气氛如O_(2)、CO_(2)、烟气和NH_(3)等也被应用。烘焙动力学研究有利于揭示烘焙生物质的热降解行为。将烘焙与热解、气化、燃烧等工艺相结合可以获得高品质的生物油和富含氢气的合成气,提高生物质能源的利用效率。对木质纤维生物质烘焙预处理技术从烘焙气氛、集成优化和规模化等方面进行了展望。

烟草废弃物资源综合利用研究进展

在我国每年的烟叶种植与生产过程中可产生大量田间废弃物,如不加以处理不仅会严重威胁烟田生态环境,还会导致烟叶减产,因此,开展烟叶废弃物科学高效的资源化利用研究对烟草行业及其相关行业的可持续发展有着重要意义。综述了近些年高效利用烟草废弃物的主要途径及相关研究进展,包括茄尼醇、烟碱等高值化合物的提取和利用,有机堆肥的制备,生物质燃料制取,活性炭、纤维板和刨花板的制造等,旨在挖掘烟草剩余资源潜能并拓展其使用范围,以期实现烟草多用途高值利用的利益最大化,并推动烟草产业的健康发展。

生物质燃料用于铁矿烧结的研究进展

生物质燃料由于来源广泛、储量巨大且具有高发热值、高纯度、低成本的优势而具有良好的应用前景,其应用于烧结生产也是钢铁行业低碳绿色高质量发展的重要途径之一。本文从原料制粒、烧结过程、烟气减排三个方面对生物质燃料在铁矿烧结工艺中的应用进行系统性的归纳与分析。在原料制粒方面,生物质燃料相较于焦粉和无烟煤,在烧结生产时需要配入更大的水分,根据生物质燃料的种类该水分配比可能需要增加1%~5%。在烧结过程方面,受限于燃烧特性,生物质燃料替代焦粉的比例不宜过高,一般为10%~40%,进一步提高该配比则会出现烧结矿成品率和转鼓指数、烧结机利用系数的显著降低。在烟气减排方面,生物质燃料在降低烧结烟气中CO、NO_(x)、SO_(x)、粉尘和二噁英等有害污染物排放量方面作用显著。对于大规模工业化应用,仍需继续加深理论与试验探索,进一步提高生物质燃料的可获得性,统筹生物质燃料回收加工处理的配套产业,并加大包括投资鼓励等政策支持。

天麻废旧菌材利用研究现状与前景展望

天麻废旧菌材的丢弃和低效处理导致资源浪费和火灾隐患等问题日益突出,高效利用研究迫在眉睫。本研究分析了天麻废旧菌材的主要来源和特点,探究了天麻废旧菌材的利用及研究现状,并从生态修复利用、生物质燃料和绿色复合材料开发等方面进行了展望,为天麻废旧菌材进一步高效利用提供了理论基础。