生物质型煤燃烧性能的试验研究

能源研究与信息第26卷第2期Energy Research and InformationVol.26No.22010文章编号:10088857(2010)02-0096-06生物质型煤燃烧性能的试验研究吕玉庭,高美黑龙江科技学院,黑龙江哈尔滨150027)摘要:为研究以炭化生物质和煤泥为原料制备的生物质型煤的燃烧特性,利用马弗炉对生物质型煤进行了燃烧试验研究。结果表明,通风方式和炭化生物质与煤泥的混合比例对生物质型煤燃烧性能的影响要比炉膛温度、燃烧时间和成型压力对其的影响显著.全开炉门时,生物质型煤的燃烧速率最快·仅添加少量的生物质时,生物质型煤的燃烧速率就有明显提高,丧明生物质对型煤的燃烧有较好的促进作用关键词:生物质型煤;燃烧性能;燃烧速率中图分类号:TQ534文献标识码:A目前能源与环境可持续发展已成为当前世界性的问题。据国内外权威机构报道,地球上的不可再生能源就目前这种速度开发使用,2200年左右将走向枯竭。面对这种形势,研究生物质等可再生资源的清洁、高效的利用方式显得更为重要。中国是一个农业大国,生物质资源丰富,每年达6亿t以上。近年来随着农村经济的发展,农民消费观念和消费方式的转变生物质不再是农民能源消费的唯一选择,生物质资源大量过剩问题日趋突出,农民就地焚烧生物质,既危害环境,又浪费资源。由此可见,将丰富的农林废弃物变废为宝,转换为优质资源,是保持农业和能源可持续发展的重要课题3。煤泥是选煤加工产生的副产品,由于煤泥的灰分高、热值低,在堆积状态下遇水即流失,风干即飞扬,二次资源化利用程度较低匀。随着采煤机械化提高及原煤入选比例的提高,煤泥的产量将会大量增加。因此,研究煤泥尤其是高灰分的浮选煤泥的资源化利用方法对于解决选煤厂环境污染问题和能源节约具有重要的意义。与炭化生物质加压成型,制成生物质型煤,是煤泥、生物质利用既经济又实用的方法。近年来,关于炭化生物质与煤泥混合制成型煤的研究,国内外的研究者还没有提出具体有价值的结论和见解,一些国内关于秸秆炭的专利技术均未在正式出版物和新闻中出现,表明目前该技术还存在着大量未解决的技术难题。在此背景下,本文以炭化锯末和鹤岗煤泥为原料,制备生物质型煤,并研究炉膛温度、燃烧时间、通风方式、成型压力和生物质与煤泥的混合比例对生物质型煤燃烧性能的影响,为生物质型煤的工yTHo了其融数掘中国煤化工收稿日期:2009-1124CNMHG作者简介:吕玉庭(1971-),男(汉),副教授, Yuting197l@163com第2期吕玉庭,等:生物质型煤燃烧性能的试验研究1试验设备及试验条件11试验原料本试验采用生物质炭粉和煤泥为原料。生物质来自于我国黑龙江省哈尔滨市松北区杨树的锯末。将自然条件下风干的生物质用DFY-800摇摆式髙速粉碎机粉碎,用马弗炉进行炭化。原料煤泥采用鹤岗煤泥为原料。将原料煤泥放置于干燥箱中干燥2h后粉碎。12生物质型煤的制备将炭化生物质与煤泥按10:0、9:1、8:2、7:3、5:5、0:10的比例进行混合,粘结剂的添加量为15%,成型压力分别为5MPa、10MPa、15MPa、20MPa和25MPa。分别制备出三种生物质型煤:生物质单质型煤、生物质煤泥型煤和煤泥型煤1.3燃烧试验燃烧试验设备采用程序控温的马弗炉,炉温调整至设定温度,将型煤样品放入炉内,放置一定时间,测定型煤样品失重量,以此表征型煤的燃烧速度。2生物质型煤的燃烧性能试验2.1型煤类型对燃烧性能的影响试验选用生物质单质型煤、生物质煤泥型煤和煤泥型煤,在300~700℃范围内,放入马弗炉中半开炉门燃烧,燃烧时间为30min,测出不同燃烧阶段的烧失量及燃烧速率,试验数据见图1餐0.04生物质是汾一煤泥型煤炉膛温度/℃图1型煤类型对燃烧速率的影响Fig. 1 Effect of briquette types由图1可以看出型煤种类和炉膛温度对燃烧速率的影响规律。随着炉膛温度的提髙,三种生物质型煤的燃烧速率都呈上升趋势,且低挥发分的煤泥型煤在燃烧初期燃烧速率低而中后期燃烧速率却较髙;髙挥发分的生物质单质型煤在燃烧初期燃烧速率髙而中后期燃烧速率却较低;添加生物质的生物质煤泥型煤的燃烧速率介于前两种生物质型煤之间,在燃烧初期燃烧速率高而中后期燃烧速率却较低。这主要是因为生物质的挥发分高、燃点低,容易迅速燃烧,这时挥发分浓度最大并且基本上没有灰壳的阻碍作用,中国煤化工火点高,在较低的炉膛温度时煤泥型煤的燃烧速率低,然而当炉膛温CNMH着火点)时,煤泥型煤的燃烧速率显著提高。能源研究与信息2010年第26卷2.2燃烧时间对燃烧性能的影响试验选用生物质单质型煤、生物质煤泥型煤和煤泥型煤,在300℃的马弗炉中,燃烧时间在10~50min范围内,通风方式选择半开炉门,测出不同燃烧阶段的烧失量及燃烧速率,试验数据见图2。由图2可知,在炉膛温度一定的情况下,生物质单质型煤和生物质煤泥型煤在燃烧初期燃烧速率较髙而中后期燃烧速率却较低,低灰分的煤泥型煤在整个燃烧过程中燃烧速率较低但无论何种型煤的燃烧速率变化趋势是燃烧初期燃烧速率高而中后期明显低于初期,主要是因为在燃烧初期生物质型煤的挥发分浓度较大,燃烧速率较高,而在中后期主要是固定碳的燃烧,这使得氧气要扩散到型煤的表面,受到灰壳内部的挥发分、燃烧产物和灰层的扩散阻力,降低了型煤的燃烧速率。生物质单质煤泥型燃烧时间/min图2燃烧时间对生物质型煤燃烧速率的影响Fig. 2 Effect of burming time on combustion rate of bio-briquettes2.3通风方式对燃烧性能的影响试验选用生物质单质型煤、生物质煤泥型煤和煤泥型煤,在500℃的马弗炉中,燃烧时间在10~50min范围内,通风方式选择半开炉门、封闭炉门和全开炉门,测出不同燃烧阶段的烧失量及燃烧速率,试验数据见图3。半开炉门封闭炉门全开炉门时间时间/mn生物质单质型煤生物质煤泥中国煤化工图3通风方式对生物质型煤CNMHGFig. 3 Effect of ventilating mode on combustion rate of bio-briquettes第2期吕玉庭,等:生物质型煤燃烧性能的试验研究通风方式对型煤燃烧速率的影响是一致的(如图3所示),无论是何种型煤,其燃烧速率的变化趋势都是在燃烧前期燃烧速率较髙,在中后期燃烧速率趋于平稳。其中生物质单质型煤的燃烧速率受通风方式的影响比较小,主要是生物质单质型煤中的生物质能在少量氧气存在的情况下,短时间内燃烧,且几乎燃尽(如图4a所示),在中后期主要是固定碳的燃烧,灰壳厚度不断增加,使剩余的固定碳不容易接触到氧气,导致燃烧速率下降较慢。而生物质煤泥型煤和煤泥型煤在全开炉门时,燃烧速率最髙,半开炉门其次,封闭炉门最低。生物质煤泥型煤中生物质的含量相对减少,低挥发分的煤泥增多,不利于型煤的燃烧,在燃烧初期燃烧速率较髙,主要是生物质的燃烧,煤泥则几乎没有参与燃烧(如图4b所示),在燃烧中后期,型煤中剩余的大部分是固定碳和煤泥,然而一定厚度的灰壳阻碍了其燃烧,故降低了燃烧速率,煤泥型煤与之类似(如图4c所示)。(a)生物质单质型煤(b)生物质煤泥型煤(c)煤泥型煤图4全开炉门时燃烧初期生物质型煤的显微结构Fig 4 Microstructures of bio-briquettes on combustion initial stage with a full-opened fumace gate2.4成型压力对燃烧性能的影响试验将成型压力分别为5MPa、10MPa、15MPa、20MPa和25MPa的生物质单质型煤、生物质煤泥型煤和煤泥型煤放入炉温为500℃的马弗炉中,燃烧时间为30mi,通风方式选择半开炉门,测出不同燃烧阶段的烧失量及燃烧速率,试验数据见图5。在炉膛温度和燃烧时间一定的情况下,三种型煤的燃烧速率会随着成型压力的增加而降低(如图5所示)。这是因为随着成型压力的增加,型煤内部结构中生物质与煤泥、生物质与生物质及煤泥与煤泥之间的空隙变小,对燃烧而言,致密度的增加加大了生物质型煤燃烧过程中内部的传热,有利于燃烧。生物质单质型煤和生物质煤泥型煤在燃烧过程中灰壳的厚度会随着成型压力的增加而增厚,它阻碍了型煤的燃烧,故燃烧速率都比较低。2.5生物质与煤泥混合比例对燃烧性能的影响试验选用不同生物质与煤泥比例的型煤放入炉温为500℃的马弗炉中,燃烧时间为30min,通风方式选择半开炉门,测出不同燃烧阶段的烧失量及燃烧速率,试验数据见图6图中横坐标分别为生物质与煤泥比例10:0、9:1、8:2、中国煤化工在炉膛温度和燃烧时间一定的情况下,生物质型燃烧速率就越高(如图6所示),即燃烧速率与生物质的添加量成正比。 ACNMH,死切期时对燃烧速能源研究与信息2010年第26卷爆泥型煤成型压力/MPa生物质炭与煤泥配比图5成型压力对生物质型煤燃烧速率的影响图6生物质与煤泥混合比例对生物质型煤燃烧速率的影响Fig. Effect of forming pressure onFig. 6 Effect of mixing proportion of biomass oncombustion rate of bio-briquettesombustion rate of bio-briquettes率的影响较大,在燃烧中后期燃烧速率趋于一致。这主要是因为生物质型煤燃烧初期主要以挥发分和生物质燃烧为主,生物质型煤中生物质含量越高,挥发分燃烧放热就占据相当大的比例,使其燃烧速率就越髙,而中后期主要是焦炭的扩散燃烧,所以燃烧速率趋于一致。同时说明纯煤泥加入生物质后,着火性能大为改善,且生物质比例越高,改善越明显,同时放热趋向均衡;仅添加少量的生物质,煤泥型煤的燃烧速率就有很大变化,说明生物质对煤泥的燃烧有较好的促进作用3结论(1)通风方式对生物质型煤燃烧速率的影响非常显著,全开炉门时,供氧量大,从而加快了生物质型煤的燃烧速率;而炉膛温度、燃烧时间和成型压力对燃烧速率都有不同程度的影响,但并不是主要因素。因此,要想使生物质型煤燃烧充分就必须控制通风方式(2)生物质与煤泥混合比例对生物质型煤燃烧速率的影响也很大,仅添加少量的生物质就可以使生物质型煤的燃烧速率有很大的变化,说明生物质对煤泥的燃烧有较好的促进作用。(3)生物质型煤在燃烧全过程中燃烧速率缓慢,燃尽时间长,着火点低,容易燃烧。实践证明:只要在煤泥中添加少量生物质炭粉,就可以改善型煤的燃烧性能,解决普通型煤初始燃烧速度慢、燃烧不彻底的缺点。参考文献[]邹海明.农业生物质资源利用途径探讨[J.农业与技术,2005,10(5):78-80[2]俞才华.秸秆资源化利用技术分析[门.能源研究与信息,2009,24(2):86-893]倪昊,汪军,樊冲.生物质与煤直接共燃技术盯].能源研究与信息,200,25(3):125-128[4]吕玉庭,杨立茹,孙健,等.工业型煤成型工艺的研究[门.煤炭技术,2001,4(4):57-585]周国江,吕玉庭,许占贤.影响工业型煤强度的因素分析[门].选煤技术,2001,6(3):16-176]闫世春.煤泥处置[M].北京:煤炭工业出版社,2001中国煤化工7]刘伟军,王佐民,于晓东,等.生物质型煤燃烧机理分析和CNMHG转化19921(42期吕玉庭,等:生物质型煤燃烧性能的试验研究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中国首座自主品牌核反应堆正式启动中国广东核电集团有限公司宣布,2010年6月10日15时8分,岭澳核电站二期1号机组首次达到临界状态,这标志着我国首座采用自主品牌CPR1000核电技术建设的核反应堆正式启动进入运行状态,为机组并网发电和满功率运行奠定了坚实基础。岭澳核电站二期1号机组核反应堆是自主品牌中国改进型压水堆核电技术CPR1000的“原型堆”,其堆芯核设计工作全部由国内设计单位自主完成,相对于大亚湾核电站和岭澳核电站期,岭澳核电站二期核反应堆在堆芯核设计计算软件、首次装载的控制棒数目、燃料组件的机械性能等方面进行了改进。国内首个二氧化碳捕集与封存项目开建2010年6月1日中国第一个二氧化碳捕集与封存工业化示范项目在位于内蒙古自治区鄂尔多斯市的神华集团煤直接液化现场开工。该项目设计年捕集、封存二氧化碳10万t,概算投资约21亿元,预计于2010年12月31日前建成投入运行。在示范项目的基础上,未来将分两步建成年收集与封存二氧化碳100万t、300万t的项目,其中100万t项目正在做可行性研究,开工尚无明确时间表此项目的建设与运行将获得充分的数据与经验,主要工艺流程为:首先通过捕集、提纯、压缩、液化等收集到适合地下封存的二氧化碳,然后用低温液体槽车将液体二氧化碳运送到距捕集地约17km的封存区域,输入三台缓冲罐内暂存,然后从罐底引出进入封存泵,升压后注入地下1000m至3000m的岩层,并通过岩性较中国煤化工建设监测井,用以监测二氧化碳的扩散、运移状态、有无泄露等。YHCNMHG1000年内可以实现无泄露。(尹航)