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射阳生物质能源颗粒灰行为研究进展

来源: 发布时间:2019-04-24 6054 次浏览

  摘要:本文综述生物(Organism)质能源颗粒产业现状及生物质能源颗粒的 灰行为研究现状,分析了生物质能源颗粒灰行为的 研究前景,指出随着生物质能源颗粒的 灰行为问题的 解决,生物质能源颗粒必将成为我国未来新型能源的 重要组成部分。
  0引言
  当今,能源和环境问题日益严峻,环境污染严重,生态恶化,化石燃料等常规能源的 储存量日益减少,能源短缺,价格飞涨,因此可再生能源的 开发利用成为一种必然[1-2]。用生物质能替代化石能源,既可改善能源结构,在一定程度上解决了能源紧缺问题,将生物质变废为宝,变害为利,又有效减排二氧化硫与二氧化碳。生物质能属于清洁的 可再生能源,其有害物质含量仅为烟煤的 10%左右。煤的 含硫量一般为0.5%~1.5%,高硫煤可达5%~8%,而生物质的 含硫量非常少,一般少于0.2%。同时,在生物质能利用过程(process)中所排放的 二氧化碳可纳入自然界的 碳循环,实现二氧化碳的 零排放。
  我国作为一个农业大国,农业生产过程中产生大量的 生物质废弃物,其中农作物秸秆年产量约为6亿t,其他农业废弃物约为1.3亿t。同时,在林业生产过程会产生大量木质生物质废弃物,这些废弃物每年约有3亿t可以利用[3]。此外还有畜禽粪便及有机废水,城市固体废弃物等的 储量亦是十分丰富,这些生物质废弃物如果加以利用,将会在很大程度上缓解我国的 能源危机。现阶段,我国的 生物质能利用水平还比较落后,2010年底我国的 hjc黄金城官网约相当于1300万t标准煤。生物质能技术开发利用的 核心内容就是研究和发展各种生物质能源的 转换利用技术,实现生物能的 洁净燃烧和高效利用。
  其中,将生物质进行压缩固化,使其转化为高品位燃料使用(use)是生物质能利用的 重要方法。目前西方先进国现家基本使用木质颗粒燃料,这是因为此类压缩成型致密燃料具有热值高、灰分少和容易燃烧完全的 特点。但在我国此类颗粒燃料价格昂贵,难于与散煤竞争,推广使用困难。而我国农业生产的 副产品—农作物秸秆(尤其是玉米秸秆)却大量被遗弃,实在可惜。玉米秸秆等农作物秸秆燃料在燃烧利用过程中,由于生物质灰熔点低,导致熔融结渣、严重影响燃烧,同时也会使受热面积灰、磨损及产生腐蚀。这已经成为发展生物质能燃烧技术需要解决的 关键问题。这也促使人们对生物质能源颗粒的 灰行为进行研究,以提高其灰熔点,推动hjc黄金城官网行业的 发展。
  1国外生物质(material)灰行为研究现状
  国外主要应用木质生物质能源颗粒,这种生物质能源颗粒灰熔点高,在发电锅炉与工业锅炉使用中不会产生结焦问题。国外对hjc黄金城官网灰熔点的 研究较少,研究最多的 是煤的 灰熔融特性,后来为了大力发展hjc黄金城官网产业,许多机构学者开始借鉴煤的 灰熔融特性对生物质的 灰行为进行了研究,由于生物质与煤的 特性有一定的 差别,ATSM(美国材料与试验协会)制定了相应的 生物质实验方法标准。
  Nielsen[4]等人对稻草燃烧中无机物的 行为进行了研究,尤其是钾的 析出和氯化钾硫酸盐化为硫酸钾的 过程进行了研究。Peter Glarborg[5]等对气态碱金属硫酸盐形成的 机理进行了研究。Jenkins[6]等人对水洗去除生物质(material)中碱金属元素的 方法进行了研究。Heije Miettinen westberg[7]阐述了生物质燃烧时
  K、CI和S的 释放和变化规律。研究发现,导致生物质灰熔融点偏低的 主要原因是钠、钾等碱金属化合物在生物质燃烧过程中部分钠、钾和氯以气态的 形式释放,其它的 则留在灰中,形成熔点较低的 碱金属盐类。在高温时这些熔点较低的 碱金属盐类处于熔融状态,互相粘连形成结焦。在冷却过程中,气态碱金属可能(maybe)凝结在粗的 飞灰颗粒上,使飞灰聚团。并且通过研究表明,决定碱金属蒸汽生成量的 限制因素不是碱金属元素,而是氯元素。
  Khanh Quang Tran[8]等人通过研究高岭土对生物质(material)灰熔融性的 影响发现,高岭土能够有效地提高灰熔点,通过分析认为主要是由于Al2O3以及SiO2的 作用提高了生物质灰熔点。Mohamed[9]在研究硅(silicon)藻土对生物质灰熔点的 影响时认为SiO2可以与NaCl发生反应以减少飞灰中的 碱金属蒸气,认为SiO2可以在一定程度上提高灰熔点。此外还有很多学者对生物质的 灰熔融特性进行了研究,认为Al2O3、SiO2、Mg
  O、Ca
  O、Fe2O3等可以在一定程度上提高灰熔点。
  现阶段已经基本了解了导致生物质灰熔点低的 原因,并对一些可能发生的 化学反应进行了阐释,但是现在大多的 研究是对某一种单一影响因素进行研究,并没有考虑到影响因素之间的 交互作用,并没有真正弄清楚所发生的 化学反应,对结渣机理的 分析也没有一个准确的 阐述。
  2国内生物质灰行为研究现状
  依照我国国情,我国更适合发展秸秆类生物质能源(说明:向自然界提供能量转化的物质)颗粒,但这种生物质能源颗粒大多灰熔点低,并不适合工业化利用。这就要求大家对其进行研究,以提高其灰熔点。
  浙江大学马孝琴,骆仲泱等研究人员[10-13]对生物质灰分进行研究,分析了秸秆中碱金属的 来源,对生物质燃烧过程(process)中由碱金属引起的 聚团烧结沉积及腐蚀机理进行了研究,分析了秸秆燃烧过程中K的 物相的 分布情况,发现在不同的 温度下K的 存在形式有很大差异,在680~760℃时,K的 化合物就呈现熔融状态,认为是秸秆灰熔点低的 主要问题。通过分析添加Al,Si,S,P,Ca等元素的 化合物对于K的 存在形式的 影响,得出Al及Al和Si的 混合物可以有效的 使K以固态形式存在,有效提高灰熔点。
  同时,还对秸秆燃烧过程中添加高岭土,燃煤飞灰,硅藻土Al(OH)3·CaCO3这几种添加剂分析秸秆灰熔融特性,认为高岭土、燃煤飞灰以及硅藻土可与KCl气体发生反应并将氯以HCl气体的 形式释放。生物质颗粒原料的密度一般为 0.1—0.13t/m3,成型后的颗粒密度 1.1—1.3t/m3,方便储存、运输,且大大改善了生物质的燃烧性能。提出了以下几种减轻生物质燃烧过程中由碱金属引起的 灰熔点低的 解决方案:
  (1)使用添加剂。采用抑制低熔点化合物生成的 添加剂。
  (2)生物质与其它燃料混烧。生物质锅炉燃料生物质颗粒燃料纯度高,不含其他不产生热量的杂物,其含炭量75—85%,灰份3—6%,含水量1—3%,不含煤矸石,石头等不发热反而耗热的杂质,将直接为企业降低成本。生物质可以与煤混烧。
  (3)适宜的 锅炉设计。采用水冷壁保证炉膛温度处于一个较低的 水平。
  山东大学张浩[14]对麦秆、酒糟、糠醛渣、甘蔗渣、玉米芯、梧桐木和瓜子壳等7种生物质采用SEM/EDS方法(method)和YX-HRD灰熔融性测定仪对各种生物质进行了灰特性(characteristic])的 研究,研究表明Na2O始终起到降低灰熔点的 作用,K2
  O、Ca
  O、SiO2、Mg
  O、Al2O3对生物质灰熔点的 影响都呈现两面性。
  哈尔滨理工大学孙宏伟等人[15]对生物质中碱金属元素的 来源和析出迁移规律进行了论述。归纳出碱金属引起的 腐蚀、聚团和沉积(sedimentation)问题,并分析了引起这些问题的 影响因素。指出解决生物质碱金属问题的 四种常用方法,并总结了碱金属研究过程中存在的 问题。
  此外还有辽宁省清洁能源重点实验室,东南大学,西安交通大学等单位针对生物质的 灰行为进行了类似研究。
  现阶段对于生物质灰行为的 研究大多是在宏观上对生物质灰熔融特性进行分析(Analyse),并且大多是针对单一添加剂进行研究,并没有系统的 考虑各个因素之间的 交互作用。生物质锅炉燃料生物质颗粒燃料纯度高,不含其他不产生热量的杂物,其含炭量75—85%,灰份3—6%,含水量1—3%,不含煤矸石,石头等不发热反而耗热的杂质,将直接为企业降低成本。我国在2010年之前并没有针对hjc黄金城官网的 检测标准,对于生物质的 灰熔融性的 研究大多是采用煤的 方法以及美国的 ATSM标准进行。由于试验方法的 不同,在结论上会有一定的 差别,这导致了hjc黄金城官网研究的 混乱局面,并且由于采用的 方法不同所测得的 灰分中的 成分也不同,这样在进行灰熔融特性建模的 时候得到的 模型(model)仅仅适合于某一种生物质原料,并不具有通用性。现阶段我国并没有专门针对hjc黄金城官网的 试验分析仪,大多采用煤的 分析仪器,也会导致所得到的 结论有错误存在。在2010年5月20日农业部发布了《生物质固体成型燃料试验方法》,从此我国的 生物质实验研究将走上正轨。
  吉林大学针对生物质能源颗粒灰行为及结渣问题,进行了大量的 研究工作。研究分析生物质中碱金属赋存形态特点及结渣形成机理,考察不同碱金属赋存形态和转变对结渣性及灰熔点的 影响。分析不同组分及不同添加剂条件下,结渣性与灰熔性变化规律及影响因素,建立了复合生物质颗粒燃料结渣倾向评判方法。现在已经研制出数种复合生物质能源颗粒,其灰分软化温度达到并超过1200℃。在试验燃烧过程(process)中炉膛温度在1200℃时并没有结焦现象出现,生物质能源颗粒燃烧完全保持原样,没有任何粘连出现。吉林大学现在正致力于研究生物质灰行为模型(model),并已得到初步成果。
  3生物质(Biomass)灰行为研究前景
  我国的 hjc黄金城官网(fuel)的 利用跟国外差别较大,我国主要是利用农作物秸秆,因此需要对农作物秸秆的 基本特性进行研究,尤其需要对其灰行为和结渣机理进行深入研究。现阶段已经对hjc黄金城官网灰熔点的 影响因素进行了基础研究,导致灰熔点过低的 因素已经得到公认。我国已发布的 《生物质固体成型燃料试验方法》标准了我国的 hjc黄金城官网的 实验方法。在国内外研究的 基础上,依照现行的 《生物质固体成型燃料试验方法》规范的 方法,生物质的 灰行为研究必将走上快车道。随着hjc黄金城官网灰行为研究的 深入,我国的 生物质能源颗粒将得到长足发展。
  
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