生物質(zhì)型煤燃燒性能的試驗研究

能源研究與信息第26卷第2期Energy Research and InformationVol.26No.22010文章編號:10088857(2010)02-0096-06生物質(zhì)型煤燃燒性能的試驗研究呂玉庭,高美黑龍江科技學(xué)院,黑龍江哈爾濱150027)摘要:為研究以炭化生物質(zhì)和煤泥為原料制備的生物質(zhì)型煤的燃燒特性,利用馬弗爐對生物質(zhì)型煤進(jìn)行了燃燒試驗研究。結果表明,通風(fēng)方式和炭化生物質(zhì)與煤泥的混合比例對生物質(zhì)型煤燃燒性能的影響要比爐膛溫度、燃燒時(shí)間和成型壓力對其的影響顯著(zhù).全開(kāi)爐門(mén)時(shí),生物質(zhì)型煤的燃燒速率最快·僅添加少量的生物質(zhì)時(shí),生物質(zhì)型煤的燃燒速率就有明顯提高,喪明生物質(zhì)對型煤的燃燒有較好的促進(jìn)作用關(guān)鍵詞:生物質(zhì)型煤;燃燒性能;燃燒速率中圖分類(lèi)號:TQ534文獻標識碼:A目前能源與環(huán)境可持續發(fā)展已成為當前世界性的問(wèn)題。據國內外權威機構報道,地球上的不可再生能源就目前這種速度開(kāi)發(fā)使用,2200年左右將走向枯竭。面對這種形勢,研究生物質(zhì)等可再生資源的清潔、高效的利用方式顯得更為重要。中國是一個(gè)農業(yè)大國,生物質(zhì)資源豐富,每年達6億t以上。近年來(lái)隨著(zhù)農村經(jīng)濟的發(fā)展,農民消費觀(guān)念和消費方式的轉變生物質(zhì)不再是農民能源消費的唯一選擇,生物質(zhì)資源大量過(guò)剩問(wèn)題日趨突出,農民就地焚燒生物質(zhì),既危害環(huán)境,又浪費資源。由此可見(jiàn),將豐富的農林廢棄物變廢為寶,轉換為優(yōu)質(zhì)資源,是保持農業(yè)和能源可持續發(fā)展的重要課題3。煤泥是選煤加工產(chǎn)生的副產(chǎn)品,由于煤泥的灰分高、熱值低,在堆積狀態(tài)下遇水即流失,風(fēng)干即飛揚,二次資源化利用程度較低勻。隨著(zhù)采煤機械化提高及原煤入選比例的提高,煤泥的產(chǎn)量將會(huì )大量增加。因此,研究煤泥尤其是高灰分的浮選煤泥的資源化利用方法對于解決選煤廠(chǎng)環(huán)境污染問(wèn)題和能源節約具有重要的意義。與炭化生物質(zhì)加壓成型,制成生物質(zhì)型煤,是煤泥、生物質(zhì)利用既經(jīng)濟又實(shí)用的方法。近年來(lái),關(guān)于炭化生物質(zhì)與煤泥混合制成型煤的研究,國內外的研究者還沒(méi)有提出具體有價(jià)值的結論和見(jiàn)解,一些國內關(guān)于秸稈炭的專(zhuān)利技術(shù)均未在正式出版物和新聞中出現,表明目前該技術(shù)還存在著(zhù)大量未解決的技術(shù)難題。在此背景下,本文以炭化鋸末和鶴崗煤泥為原料,制備生物質(zhì)型煤,并研究爐膛溫度、燃燒時(shí)間、通風(fēng)方式、成型壓力和生物質(zhì)與煤泥的混合比例對生物質(zhì)型煤燃燒性能的影響,為生物質(zhì)型煤的工yTHo了其融數掘中國煤化工收稿日期:2009-1124CNMHG作者簡(jiǎn)介:呂玉庭(1971-),男(漢),副教授, Yuting197l@163com第2期呂玉庭,等:生物質(zhì)型煤燃燒性能的試驗研究1試驗設備及試驗條件11試驗原料本試驗采用生物質(zhì)炭粉和煤泥為原料。生物質(zhì)來(lái)自于我國黑龍江省哈爾濱市松北區楊樹(shù)的鋸末。將自然條件下風(fēng)干的生物質(zhì)用DFY-800搖擺式髙速粉碎機粉碎,用馬弗爐進(jìn)行炭化。原料煤泥采用鶴崗煤泥為原料。將原料煤泥放置于干燥箱中干燥2h后粉碎。12生物質(zhì)型煤的制備將炭化生物質(zhì)與煤泥按10:0、9:1、8:2、7:3、5:5、0:10的比例進(jìn)行混合,粘結劑的添加量為15%,成型壓力分別為5MPa、10MPa、15MPa、20MPa和25MPa。分別制備出三種生物質(zhì)型煤:生物質(zhì)單質(zhì)型煤、生物質(zhì)煤泥型煤和煤泥型煤1.3燃燒試驗燃燒試驗設備采用程序控溫的馬弗爐,爐溫調整至設定溫度,將型煤樣品放入爐內,放置一定時(shí)間,測定型煤樣品失重量,以此表征型煤的燃燒速度。2生物質(zhì)型煤的燃燒性能試驗2.1型煤類(lèi)型對燃燒性能的影響試驗選用生物質(zhì)單質(zhì)型煤、生物質(zhì)煤泥型煤和煤泥型煤,在300~700℃范圍內,放入馬弗爐中半開(kāi)爐門(mén)燃燒,燃燒時(shí)間為30min,測出不同燃燒階段的燒失量及燃燒速率,試驗數據見(jiàn)圖1餐0.04生物質(zhì)是汾一煤泥型煤爐膛溫度/℃圖1型煤類(lèi)型對燃燒速率的影響Fig. 1 Effect of briquette types由圖1可以看出型煤種類(lèi)和爐膛溫度對燃燒速率的影響規律。隨著(zhù)爐膛溫度的提髙,三種生物質(zhì)型煤的燃燒速率都呈上升趨勢,且低揮發(fā)分的煤泥型煤在燃燒初期燃燒速率低而中后期燃燒速率卻較髙;髙揮發(fā)分的生物質(zhì)單質(zhì)型煤在燃燒初期燃燒速率髙而中后期燃燒速率卻較低;添加生物質(zhì)的生物質(zhì)煤泥型煤的燃燒速率介于前兩種生物質(zhì)型煤之間,在燃燒初期燃燒速率高而中后期燃燒速率卻較低。這主要是因為生物質(zhì)的揮發(fā)分高、燃點(diǎn)低,容易迅速燃燒,這時(shí)揮發(fā)分濃度最大并且基本上沒(méi)有灰殼的阻礙作用,中國煤化工火點(diǎn)高,在較低的爐膛溫度時(shí)煤泥型煤的燃燒速率低,然而當爐膛溫CNMH著(zhù)火點(diǎn))時(shí),煤泥型煤的燃燒速率顯著(zhù)提高。能源研究與信息2010年第26卷2.2燃燒時(shí)間對燃燒性能的影響試驗選用生物質(zhì)單質(zhì)型煤、生物質(zhì)煤泥型煤和煤泥型煤,在300℃的馬弗爐中,燃燒時(shí)間在10~50min范圍內,通風(fēng)方式選擇半開(kāi)爐門(mén),測出不同燃燒階段的燒失量及燃燒速率,試驗數據見(jiàn)圖2。由圖2可知,在爐膛溫度一定的情況下,生物質(zhì)單質(zhì)型煤和生物質(zhì)煤泥型煤在燃燒初期燃燒速率較髙而中后期燃燒速率卻較低,低灰分的煤泥型煤在整個(gè)燃燒過(guò)程中燃燒速率較低但無(wú)論何種型煤的燃燒速率變化趨勢是燃燒初期燃燒速率高而中后期明顯低于初期,主要是因為在燃燒初期生物質(zhì)型煤的揮發(fā)分濃度較大,燃燒速率較高,而在中后期主要是固定碳的燃燒,這使得氧氣要擴散到型煤的表面,受到灰殼內部的揮發(fā)分、燃燒產(chǎn)物和灰層的擴散阻力,降低了型煤的燃燒速率。生物質(zhì)單質(zhì)煤泥型燃燒時(shí)間/min圖2燃燒時(shí)間對生物質(zhì)型煤燃燒速率的影響Fig. 2 Effect of burming time on combustion rate of bio-briquettes2.3通風(fēng)方式對燃燒性能的影響試驗選用生物質(zhì)單質(zhì)型煤、生物質(zhì)煤泥型煤和煤泥型煤,在500℃的馬弗爐中,燃燒時(shí)間在10~50min范圍內,通風(fēng)方式選擇半開(kāi)爐門(mén)、封閉爐門(mén)和全開(kāi)爐門(mén),測出不同燃燒階段的燒失量及燃燒速率,試驗數據見(jiàn)圖3。半開(kāi)爐門(mén)封閉爐門(mén)全開(kāi)爐門(mén)時(shí)間時(shí)間/mn生物質(zhì)單質(zhì)型煤生物質(zhì)煤泥中國煤化工圖3通風(fēng)方式對生物質(zhì)型煤CNMHGFig. 3 Effect of ventilating mode on combustion rate of bio-briquettes第2期呂玉庭,等:生物質(zhì)型煤燃燒性能的試驗研究通風(fēng)方式對型煤燃燒速率的影響是一致的(如圖3所示),無(wú)論是何種型煤,其燃燒速率的變化趨勢都是在燃燒前期燃燒速率較髙,在中后期燃燒速率趨于平穩。其中生物質(zhì)單質(zhì)型煤的燃燒速率受通風(fēng)方式的影響比較小,主要是生物質(zhì)單質(zhì)型煤中的生物質(zhì)能在少量氧氣存在的情況下,短時(shí)間內燃燒,且幾乎燃盡(如圖4a所示),在中后期主要是固定碳的燃燒,灰殼厚度不斷增加,使剩余的固定碳不容易接觸到氧氣,導致燃燒速率下降較慢。而生物質(zhì)煤泥型煤和煤泥型煤在全開(kāi)爐門(mén)時(shí),燃燒速率最髙,半開(kāi)爐門(mén)其次,封閉爐門(mén)最低。生物質(zhì)煤泥型煤中生物質(zhì)的含量相對減少,低揮發(fā)分的煤泥增多,不利于型煤的燃燒,在燃燒初期燃燒速率較髙,主要是生物質(zhì)的燃燒,煤泥則幾乎沒(méi)有參與燃燒(如圖4b所示),在燃燒中后期,型煤中剩余的大部分是固定碳和煤泥,然而一定厚度的灰殼阻礙了其燃燒,故降低了燃燒速率,煤泥型煤與之類(lèi)似(如圖4c所示)。(a)生物質(zhì)單質(zhì)型煤(b)生物質(zhì)煤泥型煤(c)煤泥型煤圖4全開(kāi)爐門(mén)時(shí)燃燒初期生物質(zhì)型煤的顯微結構Fig 4 Microstructures of bio-briquettes on combustion initial stage with a full-opened fumace gate2.4成型壓力對燃燒性能的影響試驗將成型壓力分別為5MPa、10MPa、15MPa、20MPa和25MPa的生物質(zhì)單質(zhì)型煤、生物質(zhì)煤泥型煤和煤泥型煤放入爐溫為500℃的馬弗爐中,燃燒時(shí)間為30mi,通風(fēng)方式選擇半開(kāi)爐門(mén),測出不同燃燒階段的燒失量及燃燒速率,試驗數據見(jiàn)圖5。在爐膛溫度和燃燒時(shí)間一定的情況下,三種型煤的燃燒速率會(huì )隨著(zhù)成型壓力的增加而降低(如圖5所示)。這是因為隨著(zhù)成型壓力的增加,型煤內部結構中生物質(zhì)與煤泥、生物質(zhì)與生物質(zhì)及煤泥與煤泥之間的空隙變小,對燃燒而言,致密度的增加加大了生物質(zhì)型煤燃燒過(guò)程中內部的傳熱,有利于燃燒。生物質(zhì)單質(zhì)型煤和生物質(zhì)煤泥型煤在燃燒過(guò)程中灰殼的厚度會(huì )隨著(zhù)成型壓力的增加而增厚,它阻礙了型煤的燃燒,故燃燒速率都比較低。2.5生物質(zhì)與煤泥混合比例對燃燒性能的影響試驗選用不同生物質(zhì)與煤泥比例的型煤放入爐溫為500℃的馬弗爐中,燃燒時(shí)間為30min,通風(fēng)方式選擇半開(kāi)爐門(mén),測出不同燃燒階段的燒失量及燃燒速率,試驗數據見(jiàn)圖6圖中橫坐標分別為生物質(zhì)與煤泥比例10:0、9:1、8:2、中國煤化工在爐膛溫度和燃燒時(shí)間一定的情況下,生物質(zhì)型燃燒速率就越高(如圖6所示),即燃燒速率與生物質(zhì)的添加量成正比。 ACNMH,死切期時(shí)對燃燒速能源研究與信息2010年第26卷爆泥型煤成型壓力/MPa生物質(zhì)炭與煤泥配比圖5成型壓力對生物質(zhì)型煤燃燒速率的影響圖6生物質(zhì)與煤泥混合比例對生物質(zhì)型煤燃燒速率的影響Fig. Effect of forming pressure onFig. 6 Effect of mixing proportion of biomass oncombustion rate of bio-briquettesombustion rate of bio-briquettes率的影響較大,在燃燒中后期燃燒速率趨于一致。這主要是因為生物質(zhì)型煤燃燒初期主要以揮發(fā)分和生物質(zhì)燃燒為主,生物質(zhì)型煤中生物質(zhì)含量越高,揮發(fā)分燃燒放熱就占據相當大的比例,使其燃燒速率就越髙,而中后期主要是焦炭的擴散燃燒,所以燃燒速率趨于一致。同時(shí)說(shuō)明純煤泥加入生物質(zhì)后,著(zhù)火性能大為改善,且生物質(zhì)比例越高,改善越明顯,同時(shí)放熱趨向均衡;僅添加少量的生物質(zhì),煤泥型煤的燃燒速率就有很大變化,說(shuō)明生物質(zhì)對煤泥的燃燒有較好的促進(jìn)作用3結論(1)通風(fēng)方式對生物質(zhì)型煤燃燒速率的影響非常顯著(zhù),全開(kāi)爐門(mén)時(shí),供氧量大,從而加快了生物質(zhì)型煤的燃燒速率;而爐膛溫度、燃燒時(shí)間和成型壓力對燃燒速率都有不同程度的影響,但并不是主要因素。因此,要想使生物質(zhì)型煤燃燒充分就必須控制通風(fēng)方式(2)生物質(zhì)與煤泥混合比例對生物質(zhì)型煤燃燒速率的影響也很大,僅添加少量的生物質(zhì)就可以使生物質(zhì)型煤的燃燒速率有很大的變化,說(shuō)明生物質(zhì)對煤泥的燃燒有較好的促進(jìn)作用。(3)生物質(zhì)型煤在燃燒全過(guò)程中燃燒速率緩慢,燃盡時(shí)間長(cháng),著(zhù)火點(diǎn)低,容易燃燒。實(shí)踐證明:只要在煤泥中添加少量生物質(zhì)炭粉,就可以改善型煤的燃燒性能,解決普通型煤初始燃燒速度慢、燃燒不徹底的缺點(diǎn)。參考文獻[]鄒海明.農業(yè)生物質(zhì)資源利用途徑探討[J.農業(yè)與技術(shù),2005,10(5):78-80[2]俞才華.秸稈資源化利用技術(shù)分析[門(mén).能源研究與信息,2009,24(2):86-893]倪昊,汪軍,樊沖.生物質(zhì)與煤直接共燃技術(shù)盯].能源研究與信息,200,25(3):125-128[4]呂玉庭,楊立茹,孫健,等.工業(yè)型煤成型工藝的研究[門(mén).煤炭技術(shù),2001,4(4):57-585]周?chē)?呂玉庭,許占賢.影響工業(yè)型煤強度的因素分析[門(mén)].選煤技術(shù),2001,6(3):16-176]閆世春.煤泥處置[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2001中國煤化工7]劉偉軍,王佐民,于曉東,等.生物質(zhì)型煤燃燒機理分析和CNMHG轉化19921(42期呂玉庭,等:生物質(zhì)型煤燃燒性能的試驗研究Experimental study on the combustion characteristics ofbio-briquettesGAO Mei(Heilongjiang Institute of Science and Technology, Harbin 150027, China)Abstract: Combustion experiments of bio-briquettes using a muffle furnace were carried out inorder to investigate the combustibility of bio- briquettes prepared with carbonized biomass and slimeThe results showed that ventilation conditions and the mixing proportion of carbonized biomasshave more remarkable impact on the bio-briquette combustion characteristics than the furmacetemperature, burning time and forming pressure. The bio-briquette combustion rate has a greatestvalue when the furnace gate is full-opened. The bio-briquette combustion rate will increaseremarkably when a small amount of biomass is added which indicates a good effect of addedbiomass on the combustion of briquettes.Key Words: bio-briquette; combustibility; combustion rate中國首座自主品牌核反應堆正式啟動(dòng)中國廣東核電集團有限公司宣布,2010年6月10日15時(shí)8分,嶺澳核電站二期1號機組首次達到臨界狀態(tài),這標志著(zhù)我國首座采用自主品牌CPR1000核電技術(shù)建設的核反應堆正式啟動(dòng)進(jìn)入運行狀態(tài),為機組并網(wǎng)發(fā)電和滿(mǎn)功率運行奠定了堅實(shí)基礎。嶺澳核電站二期1號機組核反應堆是自主品牌中國改進(jìn)型壓水堆核電技術(shù)CPR1000的“原型堆”,其堆芯核設計工作全部由國內設計單位自主完成,相對于大亞灣核電站和嶺澳核電站期,嶺澳核電站二期核反應堆在堆芯核設計計算軟件、首次裝載的控制棒數目、燃料組件的機械性能等方面進(jìn)行了改進(jìn)。國內首個(gè)二氧化碳捕集與封存項目開(kāi)建2010年6月1日中國第一個(gè)二氧化碳捕集與封存工業(yè)化示范項目在位于內蒙古自治區鄂爾多斯市的神華集團煤直接液化現場(chǎng)開(kāi)工。該項目設計年捕集、封存二氧化碳10萬(wàn)t,概算投資約21億元,預計于2010年12月31日前建成投入運行。在示范項目的基礎上,未來(lái)將分兩步建成年收集與封存二氧化碳100萬(wàn)t、300萬(wàn)t的項目,其中100萬(wàn)t項目正在做可行性研究,開(kāi)工尚無(wú)明確時(shí)間表此項目的建設與運行將獲得充分的數據與經(jīng)驗,主要工藝流程為:首先通過(guò)捕集、提純、壓縮、液化等收集到適合地下封存的二氧化碳,然后用低溫液體槽車(chē)將液體二氧化碳運送到距捕集地約17km的封存區域,輸入三臺緩沖罐內暫存,然后從罐底引出進(jìn)入封存泵,升壓后注入地下1000m至3000m的巖層,并通過(guò)巖性較中國煤化工建設監測井,用以監測二氧化碳的擴散、運移狀態(tài)、有無(wú)泄露等。YHCNMHG1000年內可以實(shí)現無(wú)泄露。(尹航)