生物質(zhì)燃料和化石燃料特性比較

1、課程設計(論文)課程名稱文獻檢索題 目生物質(zhì)燃料與化石燃料特性比較院（系）（系）材料與礦資學院專業(yè)班級材料工程1301班姓 名韓園園學 號130502133指導教師楊 康 2016 年 6 月 24 日西安建筑科技大學課程設計（論文）任務書專業(yè)班級：材料工程1301班 學生姓名： 韓園園 指導教師（簽名）： 一、課程設計（論文）題目生物質(zhì)燃料與化石燃料特性比較二、本次課程設計（論文）應達到的目的掌握文獻檢索的方法，了解科技論文的基本特征和寫作過程，掌握科技論文各部分的撰寫格式和撰寫方法。掌握文獻資料的整理和歸納總結，熟悉綜述性科技論文的寫作要求和寫作方法。 三、本次課程設計（論文）任務的主要內(nèi)

2、容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、設計要求等） 主要內(nèi)容：根據(jù)題目選定關鍵詞，查閱國內(nèi)外相關文獻，歸納總結文獻資料，深入了解本課題的研究進展情況及存在的問題，撰寫一篇不少于6000字的綜述性科技論文。要求：1.論文格式嚴格按照西安建筑科技大學本科課程設計（論文)管理規(guī)定（試行）執(zhí)行；2.科技論文中要包括標題、署名、摘要、關鍵詞、引言、正文、結論、致謝、參考文獻，各部分語言表達和格式要符合科技論文規(guī)范；3.參考文獻不少于20篇，其中外文文獻不少于5篇。四、應收集的資料及主要參考文獻：1 王曉鋼. 生物質(zhì)與煤摻燒燃燒特性的實驗研究J. 可再生能源, 2014-1, 32(1): 87-92.2 羅

3、君. 生物質(zhì)燃料熱風干燥特性及干燥系統(tǒng)方案研究D. 浙江, 浙江大學, 2016-3,13. 3 Vassilev S, Baxter D, Andersen L, Vassileva C. An overview of the chemical composition of biomass. Fuel 2010,89:91333.4 Vassilev S, Baxter D, Andersen L, Vassileva C, Morgan T. An overview of the organic and inorganic phase composition of biomass. Fue

4、l 2012,94:133.5 Vassilev S, Baxter D, Andersen L, Vassileva C. An overview of the composition and application of biomass ash. Part 1. Phasemineral and chemical composition and classication. Fuel 2013,105:4076.五、審核批準意見教研室主任（簽字） 生物質(zhì)燃料與化石燃料特性比較班級：材料工程1301班 姓名：韓園園 指導教師：楊康摘 要本文從全球能源使用現(xiàn)狀為背景，介紹了生物質(zhì)燃料和化石燃料的

5、定義和分類，簡述了評價燃料的常用性能指標；從生物質(zhì)燃料和煤的化學組成，分析了各自的物理特性和燃燒特性，通過工業(yè)分析、灰分分析、灰熔融性測試、其它性能分析等30余項特性對比，分析了煤和生物質(zhì)燃料各自的優(yōu)缺點。最后，通過可持續(xù)生物質(zhì)資源生產(chǎn)生物質(zhì)燃料的可用性討論，得出生物質(zhì)的生物燃料和生物化學應用的缺點大于優(yōu)勢；但是，它產(chǎn)生的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益可以彌補由生物質(zhì)組成和性質(zhì)導致的技術性缺陷和其他缺點。關鍵詞：生物質(zhì)燃料，化石燃料，煤，特性比較，優(yōu)點和缺點ABSTRACTFrom the global situation of energy use as the background, the aut

6、hor introduced the definition and classification of biomass fuels and fossil fuels and described the evaluation index of fuel performance; from chemical composition of biomass and coal fuels, the author analyzed their physical characteristics and combustion; through industry analysis, ash analysis,

7、more than 30 characteristics of the ash fusion tests, other performance analysis, the author compared and analyzed advantages and disadvantages of coal and biomass fuels.Finally, a discussion about the availability of sustainable biomass resources for production of biofuels and biochemicals is given

8、. It was found that the disadvantages of biomass for biofuel and biochemical applications prevail over the advantages; however, the major environmental, economic and social benefits appear to compensate the technological and other barriers caused by the unfavourable composition and properties of bio

9、mass.Keywords: Biomass fuels, Fossil fuels, Coal, Characteristics, Advantages and disadvantages目 錄1引 言12生物質(zhì)和生物質(zhì)燃料定義及分類22.1生物質(zhì)22.2生物質(zhì)能32.3生物質(zhì)能源利用途徑33化石燃料定義及分類43.1化石燃料43.2化石燃料分類44生物質(zhì)燃料與化石燃料性能指標54.1燃料主要指標54.2術語及其它指標65生物質(zhì)燃料與化石燃料特性比較75.1生物質(zhì)燃料的基本特性75.1.1生物質(zhì)基本成分75.1.2燃燒特性75.2以煤為例的化石燃料的基本特性85.2.1物理特性85.2.2煤

10、的燃燒特性95.3生物質(zhì)燃料與煤特性比較106全文總結與后續(xù)展望156.1全文總結156.2后續(xù)展望17參考文獻18致 謝211 引 言在踏入全球現(xiàn)代化的步伐20世紀至21世紀中，化石燃料（fossil fuel）潛在著能源短缺的危機，特別是從石油提煉出來的汽油，是引致全球石油危機的一個原因?，F(xiàn)時，全球正趨向發(fā)展可再生能源和核能，這可以幫助增加全球的能源所需。人類不斷地燃燒化石燃料而排放二氧化碳，是加快全球變暖的因素之一。此外，生物燃料中的二氧化碳成份是來自大氣層，因此發(fā)展生物燃料可以減少在大氣層上的二氧化碳，因為可靠種植來減少二氧化碳的含量，從而減低溫室效應。到目前為止，世界各國所用的燃料幾

11、乎都是化石燃料，即石油、天然氣和煤。自然界經(jīng)歷幾百萬年逐漸形成的化石燃料，可能在幾百年內(nèi)全部被人類耗盡。目前，我國的主要能源供應構成為煤炭、石油和天然氣等化石燃料，我國電力生產(chǎn)以煤電特別是煤粉燃燒發(fā)電為主。近年來，因電力需求的急劇增加，煤炭相對短缺的現(xiàn)象相當嚴重。而我國生物質(zhì)能占一次能源比重 33%左右，是僅次于煤的第二大能源。目前生物質(zhì)作為能源利用的比例并不高，專門用于發(fā)電的則更少，因此開發(fā)生物質(zhì)能用于發(fā)電在我國具有重要意義1。2013年6月發(fā)布的BP世界能源統(tǒng)計2013顯示，從2009年開始，中國一次能源消費量連續(xù)年位居世界第一，而且能源消費量的增量也位居世界第一。隨著能源消費量的增長，能

12、源利用帶來的環(huán)境污染問題也日益嚴重；嚴重的環(huán)境污染也影響了居民生活。因而，如何處理化石資源的有限性及化石能源開發(fā)利用過程中所引起的能源安全、環(huán)境污染等問題，促進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，是我國現(xiàn)階段面臨的重大戰(zhàn)略問題。目前，我國正在不斷地優(yōu)化能源結構，降低化石燃料使用，提升可再生能源和新能源在能源結構中的比重。在這種背景下，生物質(zhì)這種具有可再生、CO2零排放、資源儲量巨大、環(huán)境友好型等特點的能源引起了人們的關注2。生物質(zhì)是一種分布廣、資源量豐富的清潔可再生資源，其能源化利用過程可導致 CO2 零排放，因此生物質(zhì)能的研究與開發(fā)日益受到各國政府、專家、工業(yè)界的關注。目前生物質(zhì)能的主要開發(fā)利用技術包括生

13、物質(zhì)的固化、氣化、液化以及燃燒技術，其能源產(chǎn)品包括成型固體燃料、炊事燃氣、液體燃料 (生物油、柴油、汽油等)、電、熱 (或暖氣)。生物質(zhì)因具有揮發(fā)分高、炭活性高，N、S 含量低 (含 N 量0.5% 3%、含S量一般 僅 0.1% 0.5%),灰分低,生命周期內(nèi)燃燒過程 CO2零排放等特點,特別適合燃燒轉(zhuǎn)化利用，是一種優(yōu)質(zhì)燃料。在我國，發(fā)展生物質(zhì)燃燒技術既能緩解溫室效應，又能充分利用廢棄生物質(zhì)資源，改善或提高農(nóng)民的生活條件，而且對現(xiàn)有的燃燒設備不需作較大改動，因此具有明顯的社會意義與經(jīng)濟意義，符合我國現(xiàn)階段國情和生物質(zhì)開發(fā)利用水平3。2 生物質(zhì)和生物質(zhì)燃料定義及分類2.1 生物質(zhì)生物質(zhì)是指利用

14、大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質(zhì)通稱為生物質(zhì)，它包括植物、動物和微生物。生物質(zhì)燃料是通過一定的處理從天然生物質(zhì)資源生成技術性固體，液體或氣體燃料。根據(jù)生物的多樣性和來源，生物質(zhì)固體燃料資源分類見表2-14：表2-1 生物質(zhì)資源分類4生物組生物小組，品種和種類1.木材及木質(zhì)生物質(zhì)(WWB)針葉或落葉;被子植物裸子植物或; 軟或硬; 莖，枝，葉，樹皮，片，塊狀，顆粒，煤球，鋸屑，鋸木等人從不同的木種2.草本和農(nóng)業(yè)生物質(zhì)(HAB)一年生或多年生和場基或加工為基礎，例如：2.1草和花（苜蓿，蘆竹，竹，彼岸花，油菜，甘蔗，辛娜拉，芒草，

15、柳枝稷，蒂莫西，其他）2.2秸稈（大麥，大豆，亞麻，玉米，薄荷，燕麥，油菜，水稻，黑麥，芝麻，葵花，小麥，其他）2.3其他殘余物（水果，殼，皮，殼，坑，點子，谷物，種子，椰殼纖維，秸稈，玉米棒，粒，甘蔗渣，食品，飼料，紙漿，蛋糕，其他）3.水產(chǎn)生物質(zhì)海洋或淡水藻類; 大型藻類（藍，綠，藍，綠，棕，紅色）或微藻; 紫菜，海帶，湖草，水葫蘆，其它4.動物和人類的生物質(zhì)廢料(AB)骨頭，肉，骨粉，雞糞，各種肥料，其他5.生物污染和工業(yè)廢物生物質(zhì)（HAR半生物質(zhì)）城市生活垃圾，廢木料，垃圾衍生燃料，污水污泥，醫(yī)療垃圾，紙張紙漿污泥，廢紙，廢舊紙板，刨花板，纖維板，膠合板，木托盤和箱

16、子，鐵路枕木，制革廢水，其他6.生物質(zhì)混合物從以上品種的共混物2.2 生物質(zhì)能目前，生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源。生物質(zhì)能是重要的可再生能源資源，具有資源種類多、分布廣的特點，在當今能源日趨緊張的情況下，越來越引起人們的關注。生物質(zhì)中硫含量和灰分含量較低，利用過程中對環(huán)境污染小，不會增加自然界碳的循環(huán)總量，對于未來的能源戰(zhàn)略具有深遠意義。根據(jù)BP公司2013年統(tǒng)計年鑒可知，世界生物燃料的產(chǎn)量由 2002 年的11830千噸油當量增加到2011年60286千噸油當量。根據(jù)EL Insights于2010年9月發(fā)布的報告，從2010年到2015年，全球生物制

17、造市場預計將從5729億美元增加至6937億美元，相當于在此期間的復合年增長率(CAGR)為3.9%5。生物質(zhì)能：生物能是從生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的能量，就是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源。生物質(zhì)能源的特點6： （1）可再生性（2）清潔、低碳（3）替代優(yōu)勢（4）原料豐富（5）安全性2.3 生物質(zhì)能源利用途徑生物質(zhì)能的利用主要有直接燃燒、熱化學轉(zhuǎn)換和生物化學轉(zhuǎn)換等3種途徑。生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當長的時間內(nèi)仍將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式。生物質(zhì)的熱化學

18、轉(zhuǎn)換是指在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)汽化、炭化、熱解和催化液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學物質(zhì)的技術。生物質(zhì)的生物化學轉(zhuǎn)換包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等7。圖2.1 生物質(zhì)能利用途徑圖近年來我國生物質(zhì)能源行業(yè)發(fā)展迅速，主要利用方式有以下5 種：（1）生物質(zhì)成型燃料 （2）生物質(zhì)氣體燃料 沼氣 生物質(zhì)可燃氣（BGF）（3）生物質(zhì)發(fā)電（4）生物質(zhì)液體燃料 生物乙醇 生物柴油 生物質(zhì)裂解油3 化石燃料定義及分類3.1 化石燃料化石燃料也稱礦石燃料，是一種烴或烴的衍生物的混合物，其包括的天然資源為煤炭、石油和天然氣等，是由死去的有機物和植物在地下分解而形成的，是不可再生資源。3.2

19、化石燃料分類化石燃料中按埋藏的能量的數(shù)量的順序分有煤炭類、石油、油頁巖、天然氣、油砂以及海下的可燃冰等。多少圖3.1 化石燃料分類（數(shù)量排序）按照全世界對化石燃料的消耗速度計算，這些能源可供人類使用的時間大約還有：石油 45-50年天然氣 50-60年煤炭 200-220年4 生物質(zhì)燃料與化石燃料性能指標4.1 燃料主要指標目前，我國燃料主要指標有全水分、灰分、揮發(fā)份、全硫、低位發(fā)熱量等指標。主要參考執(zhí)行DB11/T5412008標準，各指標見表4-18。表4-1 成型燃料工業(yè)、元素分析要求項 目符號單位指標全水分Mt%15灰分Ad%10揮發(fā)分Vd%60全硫St，d%0. 5低位發(fā)熱 Qnet

20、,v,ar MJ / kg 13. 4 4.2 術語及其它指標表4-2 術語及其它指標表9術語命名中文名英文名A灰分ash yieldAFT灰分熔融溫度ash-fusion temperatureBA生物質(zhì)灰biomass ashdaf干燥無灰基dry, ash-free basisdb干基dry basisDTA差熱分析differential-thermal analysisDWR干水溶性殘留dry water-soluble residueEDX能量分散型X射線分析儀energy dispersive X-ray FC固定碳fixed carbonHHV高熱值higher he

21、ating valueIAM無機非晶態(tài)物質(zhì)inorganic amorphous matterICP電感耦合等離子體inductively coupled plasmaIM無機物inorganic matterLA激光燒蝕laser ablationM水分moistureMS質(zhì)譜mass spectrometryOM有機物organic matterSEM掃描電子顯微鏡scanning electron microscopyTE微量元素trace elementTGA熱重分析thermo-gravimetric analysisVM揮發(fā)物volatile matteXRDX射線粉末衍射X-ra

22、y powder diffraction%質(zhì)量百分量weight%5 生物質(zhì)燃料與化石燃料特性比較5.1 生物質(zhì)燃料的基本特性5.1.1 生物質(zhì)基本成分生物質(zhì)燃料中易燃部分主要是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。燃燒時纖維素 、半纖維素和木質(zhì)素 首先放出揮發(fā)分物質(zhì)，最后轉(zhuǎn)變成炭。5.1.2 燃燒特性姜淑琴10等人實驗研究得出生物質(zhì)的燃燒和熱解特性:生物質(zhì)的燃燒過程分為四個階段,即生物質(zhì)的脫水,生物質(zhì)熱解和揮發(fā)物燃燒,揮發(fā)物的燃燒與固體碳表面燃燒并存,固體碳的表面燃燒。不同生物質(zhì)的放熱規(guī)律類似,第一個燃燒峰的放熱面積小于第二個峰的面積。揮發(fā)物的燃燒速率比碳化物質(zhì)快。生物質(zhì)的純熱解過程有三個階段,即脫水、

23、熱解和碳化。試驗研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)揮發(fā)物的燃燒效率比炭化物質(zhì)快。燃料著火前為吸熱反應，到著火溫度以后，生成氣相燃燒火焰和固相表面燃燒的光輝火焰，為放熱反應。具體的燃燒性能見表5-1，部分生物質(zhì)燃燒特性曲線如圖5.1、圖5.23所示。表 5-1 生物質(zhì)燃料燃燒性能10生物質(zhì)升溫速度 /( m in - 1)初始燃燒溫度 /燃燒峰溫度 /燃燒末溫度 /燃燒峰速率/(mg min-1 mg-1)biomasstemperature raisingbeginning temperaturepeak temperatureend temperaturepeak velocity紅松 pinus koraie

24、nsis154144885070. 0463煙稈 tobacco stems153674100. 1142稻殼 rice husk153864470. 0587蔗渣 bagass米芯 corn cob153844475080. 0737糠醛渣furfural residue153994495060. 0556第21頁 共21頁圖 5.1 樹枝的燃燒特性曲線 圖 5.2 稻殼的燃燒特性曲線5.2 以煤為例的化石燃料的基本特性5.2.1 物理特性5.2.1.1 煤的粉碎性煤的粉碎性是各種因素的綜合結果，但無結構凝膠的含量是決定煤粉碎性的重要因素,從而得到三點結論 ：(1)

25、隨變質(zhì)程度，即碳含量、燃燒比和發(fā)熱量增加，HGI增大，易于粉碎。(2)從鏡質(zhì)組的平均威氏硬度與平均脆性值和HGI的關系看，與硬度比。煤的粉碎性與脆性間有更強的依存關系。隨變質(zhì)程度升高，鏡質(zhì)組的平均脆性值增大。這是因為無結構凝肢體的脆性顯著增大所致。、(3)HGI值大的煤中的無結構凝膠體更易粉碎，同時，通過粉碎與分級的組合，可以使無結構凝膠體得到一定程度的濃縮。5.2.1.2 煤的粘結性秦志宏11等利用該混合溶劑對煤的粘結性進行了研究，使用此溶劑對不同煤種進行萃取，發(fā)現(xiàn)各種煤的萃取率隨煤的粘結性指數(shù)GR,I的增加而呈上升趨勢。說明煤的粘結性與煤的可溶性具有緊密內(nèi)在聯(lián)系。由此而將煤分為致粘組分（可

26、溶物）和不粘組分（不溶物）。致粘組分是煤在CS2-NMP混合劑中的萃取物部分。不粘組分則是萃余部分；致粘組分主要形成熱解中的膠質(zhì)體液相，其含量決定了液相的多少，不粘組分不產(chǎn)生或產(chǎn)生很少量的液相。5.2.1.3 煤的堅固性石必明12通過研究發(fā)現(xiàn),用落錘法測定時,煤樣的水分含量對測定值有很大影響, 一般地, 隨著煤樣水分含量的增加, 其測值基本上呈線性規(guī)律增加；水對煤有一定所謂侵蝕作用，結果使得潮濕煤樣干燥后其堅固性系數(shù)測值比原始煤樣測值偏低；同一煤樣，落錘撞擊次數(shù)不同, 其堅固性系數(shù)測值也不同，一般地, 隨撞擊次數(shù)增多, 其堅固性系數(shù)測值增大。5.2.2 煤的燃燒特性隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)

27、燃燒用煤越來越多, 同時對環(huán)境的污染也越來越嚴重。因此，為了更加高效清潔地利用煤炭資源,，減少煤燃燒過程中的污染。近年來科學家對煤的燃燒特性的研究引起了極大的關注。張小可13等利用熱失重方法對煤巖和煤階對煤的燃燒特性的影響進行了研究, 從煤的反應性來看。隨著煤階升高，鏡煤比其它富顯微組分煤(來自同一巖層并且煤階相同)有較高的最大失重速率和較低的特征溫度，事實上，殼質(zhì)組的反應性是最高的，但由于它的含量太小，因此其影響不明顯。通過研究發(fā)現(xiàn), 從反應性參數(shù)來看, 顯微組分對反應性的影響是顯著的。鏡質(zhì)組和煤階的影響是最為重要的，其它組分含量雖小其影響不能忽略。礦物質(zhì)的影響與惰性組和殼質(zhì)組具有同等重要性

28、。路繼根14等通過對4種煤( 大同煤、紅陽煤、東勝煤和平朔煤) 采用比重液法分別得到大同煤、紅陽煤和東勝煤的鏡質(zhì)組富集物和惰質(zhì)組富集物，通過等密度離心分離技術分離得到平朔煤的鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組顯微組分。然后在熱天平上進行熱重分析和差熱分析考察了不同顯微組分在燃燒特性方面的差異，認為鏡質(zhì)組顯微組分富集物燃燒特征溫度基本上低于惰質(zhì)組顯微組分富集物, 最大失重速率則高于惰質(zhì)組。這表明鏡質(zhì)組具有較好燃燒特性,殼質(zhì)組顯微組分具有高的氫含量和揮發(fā)分含量, 起燃溫度較低, 但在燃燒后期, 燃燒活性有所下降。5.3 生物質(zhì)燃料與煤特性比較現(xiàn)以煤為例與生物質(zhì)燃料特性做如下比較：表5-2 生物質(zhì)、生物質(zhì)灰與煤

29、、煤灰特性比較15 16 17 18 19 20 21生物質(zhì)相比煤生物質(zhì)灰相比煤灰含量較高含量高Ag, B, Br, Ca, Cl, H, I, K, Mg, Mn, Na, O, P, Rb, Ru, ZnAg, B, Br, Ca, Cl, Cr, Cu, Ga, Hg, I, K, Mg, Mn, Mo, Na, P, Rb, Sr, Te, Zn碳水化合物干水溶性殘留碳酸鹽pH值螯合物碳酸鹽氯化物氯化物干水溶性殘留氫氧化物提取物磷酸鹽輕烴水溶性成分水分有機無機元素草酸鹽含氧官能團 （羥基、 羧基、 醚酮） 與高活性功能 (-COOH，-OCH3和-OH)磷酸鹽揮發(fā)性物質(zhì)水溶性物質(zhì)表5-

30、3 生物質(zhì)、生物質(zhì)灰與煤、煤灰特性比較15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28生物質(zhì)相比煤生物質(zhì)灰相比煤灰含量較低含量低Al, As, Au, Ba, Be, Bi, C, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Dy, Er, Eu, F, Fe, Ga, Gd, Ge, Hf, Hg, Ho, In, Ir, La, Li, Lu, Mo, N, Nb, Nd, Ni, Os, Pb, Pd, Pr, Pt, Rh, S, Sb, Sc, Se, Si, Sm, Sn, Sr, Ta, Tb, Te, Th, Ti, Tl, Tm, U,

31、V, W, Y, Yb, ZrAl, As, Au, Ba, Be, Bi, Cd, Ce, Co, Cs, Dy, Er, Eu, F, Fe, Gd, Ge, Hf, Ho, In, Ir, La, Li, Lu, Nb, Nd, Ni, Os, Pb, Pd, Pr, Pt, S, Sb, Sc, Se, Si, Sm, Sn, Ta, Tb, Th, Ti, Tl, Tm, U, V, W, Y, Yb, Zr芳香性熔灰度灰分容重容重硅酸鹽固定碳硫化物松散性高熱值碳氫化合物初始燃燒溫度無機物燃燒峰最高溫度pH值氫氧化物硅酸鹽硫化物表5-4 煤、煤灰、生物質(zhì)和生物質(zhì)灰特性對比分析15 1

32、6 17 18 19 20 21特性煤生物質(zhì)煤灰生物質(zhì)灰EDFa 生物質(zhì)/煤EDFb 生物質(zhì)灰/煤灰工業(yè)分析VM30.8 (12.244.5)64.4 (30.479.7)2.09FC43.9 (17.970.4)16.0 (6.535.3)0.36M5.5 (0.420.2)14.7 (2.562.9)2.67A19.8 (5.048.9)4.9 (0.134.3)0.25合計100100極限分析C (daf)78.2 (62.986.9)51.1 (42.260.5)0.65O (daf)13.6 (4.429.9)41.4 (20.849.0)3.04H (daf)5.2 (3.56.3

33、)6.2 (3.210.2)1.19N (daf)1.3 (0.52.9)1.1 (0.112.2)0.85S (daf)1.7 (0.29.8)0.20 (0.011.69)0.12合計100100灰分分析SiO254.06 (32.0468.35)29.14 (0.02-94.48)0.54CaO6.57 (0.4327.78)25.99 (0.9783.46)3.96K2O1.60 (0.294.15)19.40 (2.1963.90)12.13P2O50.50 (0.101.70)5.92 (0.5440.94)11.84Al2O323.18 (11.3235.23)4.49 (0.1

34、015.12)0.19MgO1.83 (0.313.98)5.60 (0.1916.21)3.06Fe2O36.85 (0.7916.44)3.41 (0.2236.27)0.5SO33.54 (0.2714.42)3.27 (0.0114.74)0.92Na2O0.82 (0.092.90)2.54 (0.0929.82)3.1TiO21.05 (0.621.61)0.24 (0.012.02)0.23合計100100灰熔融性測試DT (°C)1251 (11051525)1103 (6701565)0.88HT (°C)1388 (12001575)1319 (9751

35、665)0.95FT (°C)1411 (12051585)1354 (10001700)0.96其他特性容重(kg m3)1250 (11001300)563 (250954)800 (4001100)194 (80430)0.450.24HHV(MJ kg-1)25.0 (16.034.0)18.0 (14.022.0)0.72著火點 (°C)256 (190322)167 (144190)0.65最高溫度 (°C)508 (415600)339 (324351)0.67Ph(滲濾液)5.9 (2.27.5)5.6 (5.16.8)10.0 (6.212.5)

36、10.3 (8.112.9)0.951.03DWR2.1 (0.28.4)3.8 (0.315.1)1.6 (0.27.2)27.0 (3.945.1)1.8116.88縮寫：A，灰分; DAF，干燥無灰基; DB，干基; DT，變形溫度; DTA，差熱分析; DWR，干水溶性殘留; FC，固定碳; FT，流體溫度; HHV，高熱值; HT，半球溫度; M，水分; TGA，熱重分析; VM，揮發(fā)性物質(zhì)。a 富集/耗盡 因子（EDF）被定義為生物質(zhì)與煤相應值的比。b 富集/耗盡 因子（EDF）被定義為生物質(zhì)灰為煤灰相應值的比。表5-5中列出了生物質(zhì)作為燃料的主要優(yōu)點和缺點，應該指出的是，生物質(zhì)和

37、生物燃料的應用過程中帶來的好處在某些情況下也許是障礙。生物質(zhì)燃料的組成和性質(zhì)在15 16 17 18 19 20 21有詳細介紹。因此，本研究中涉及的生物質(zhì)和生物質(zhì)燃料優(yōu)點和缺點，組成和性質(zhì)是基于表5-2，表5-3和表5-4中煤和煤灰許多特性的平均值相比較得到的。表5-5 生物質(zhì)和生物質(zhì)燃料優(yōu)缺點15 16 17 18 19 20 21優(yōu)點缺點天然生物質(zhì)是可再生能源生物質(zhì)燃料在完整的生命周期是相對不完全的可再生能源資源使CO2中性轉(zhuǎn)化對氣候變化有益全球沒有統(tǒng)一分類系統(tǒng)和標準灰分、C、S、N和微量元素含量低對成分、性能和質(zhì)量變化的知識不足的揮發(fā)性物質(zhì)、Ca、H、Mg、O和P濃度高水分，Cl, K

38、, Na, Mn和一些微量元素含量高反應劇烈能量密度低有害物質(zhì)（CH4，CO2，NOx，SOx，微量元素）和廢物排放少與食品和飼料生產(chǎn)存在競爭灰分燃燒過程中能收集一些有害成分可能破壞土壤和生物多樣性低價豐富的原料資源處置過程中可能有害成分排放燃料供應和能源安全多樣化熱處理過程中可能出現(xiàn)危險排放有利于農(nóng)村振興并創(chuàng)造新的就業(yè)機會熱處理過程中潛在的技術問題潛在用途海洋和低質(zhì)量的土壤和退化土地恢復地區(qū)供應含生物質(zhì)的廢渣少收集，運輸，貯存和預處理成本高生產(chǎn)吸附劑，肥料，石灰和中和劑，建筑材料原料廉價，有利于元素和化合物的回收廢物綜合利用不清6 全文總結與后續(xù)展望6.1 全文總結基于對生物燃料、煤和其他轉(zhuǎn)

39、化產(chǎn)品平行的和詳盡的調(diào)查，生物質(zhì)作為一種燃料，其組成和特性的優(yōu)點和缺點可以歸結為以下幾點：1. 主要優(yōu)點：（1） 生物質(zhì)和生物質(zhì)灰中結構性有機成分，揮發(fā)性物質(zhì)，提取物，水溶性營養(yǎng)元素多，堿土元素含量高，生物質(zhì)反應活性高，生物質(zhì)灰的PH值高。（2） 生物質(zhì)和生物質(zhì)灰中C、固定碳、灰分、N、S、Si和生物質(zhì)的初始點火溫度和燃燒溫度以及其他多種微量元素（包括一些有害元素）的含量值都比較低。2. 主要缺點：（1） 生物質(zhì)中水分和氧含量較高，生物質(zhì)和生物質(zhì)灰中水溶性物質(zhì)，堿和鹵族元素，以及其它有害微量元素的含量較高。（2） 生物質(zhì)能量密度（堆積密度和熱值），pH值和粉塵熔化溫度較高，另外生物質(zhì)灰的堆積密

40、度較高。（3） 生物質(zhì)和生物質(zhì)灰組成和性能的可變性比較高（4） 為生物燃料和化學品的生產(chǎn)提供了可無限次利用的生物質(zhì)資源3. 把自然生態(tài)系統(tǒng)中的生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化成能源會導致非常嚴重的環(huán)境問題。要最大程度上避免消耗自然資源來生產(chǎn)生物燃料。用于這一目的的潛在可用資源有：（1） 非食用農(nóng)業(yè)，森林，飼料和食物殘渣；（2） 半生物質(zhì)資源（污染物和工業(yè)廢渣）；（3） 短輪伐期能源作物，如專門培育的森林，草地和藻類種植園，并且只針對種植在低產(chǎn)，退化或污染的非耕地，廢水或受污染的池塘的此類能源作物；（4） 動物和人類的廢物。生物燃料和生化生產(chǎn)的潛在生物質(zhì)資源應始終嚴格遵守規(guī)定的環(huán)境標準，初步分為可持續(xù)和不可持續(xù)的

41、管理資源。4. 結果發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)的生物燃料和生物化學應用的缺點大于優(yōu)勢；但是，它產(chǎn)生的環(huán)境，經(jīng)濟和社會效益可以彌補由生物質(zhì)組成和性質(zhì)導致的技術性缺陷和其他缺點。5. 結論與建議（1） 生物質(zhì)顆粒燃料所需的點火時間與燃料的揮發(fā)份、含水率密切相關，揮發(fā)分越高，含水率越低，點火時間越短。（2） 生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒器中正常燃燒時的 SO2、NOx等污染物排放濃度遠低于國家標準，但存在著部分生物質(zhì)顆粒燃料灰分含量過大、結渣嚴重等問題，從而導致燃燒器難以連續(xù)運行。（3） 燃料的灰熔融特性對其結渣率有較大影響，對大多數(shù)燃料來說，軟化溫度越高，結渣率越低，當軟化溫度達到一定數(shù)值時，燃料不會發(fā)生結渣，如落葉松

42、。（4） 影響生物質(zhì)顆粒燃料結渣趨勢的元素主要有 Si、堿金屬和堿土金屬。其中，Si元素含量越高，堿金屬含量越高，越易于結渣；堿土金屬含量越大，越抗結渣。添加適當?shù)奶砑觿?，可有效改善燃料的結渣性能。建議在生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料時添加適當?shù)奶砑觿?，以降低燃料的結渣率，改善運行工況；同時，建議對國外引進的燃燒器進行優(yōu)化改進，及時排出灰渣，保證其正常連續(xù)運行，以適應中國的國情。（5） 表格數(shù)據(jù)表明，生物質(zhì)的著火溫度比煤低，生物質(zhì)在燃燒過程中有兩個明顯的失重階段，而煤只有一個明顯的失重階段。物質(zhì)燃料在純燒時，燃盡率較相同條件下的煤粉為低，這是由于生物質(zhì)成型燃料由表面著火后，逐步向內(nèi)部燃燒，隨著揮發(fā)分的析出

43、和氧分內(nèi)部擴散阻力的增大，剩余焦炭并沒有完全燃盡；而煤粉粒徑較小，在同樣的燃燒條件下卻達到了相對較高的燃盡率。隨著炭化溫度升高，生物質(zhì)炭產(chǎn)率下降、揮發(fā)分產(chǎn)率下降、固定碳產(chǎn)率升高、燃燒特性下降，而發(fā)熱量先增后減。生物質(zhì)粒度對燃燒狀況也有影響，生物質(zhì)粒度越小，燃料與氧氣的接觸面積就較大，燃燒越充分29 30 31 32 。王曉鋼、魯光武1通過摻燒可以使生物質(zhì)與煤的混合物著火溫度降低，著火時間縮短，延長了整個燃燒的溫度區(qū)間，使煤能更好地燃盡，使燃料的燃燒特性得到了優(yōu)化。隨著生物質(zhì)摻混比例的提高，摻混樣品著火點溫度降低得更加明顯；生物質(zhì)的加入很好的改善了煤的燃燒特性，且當煤和生物質(zhì)按熱量比為 80%：

44、20%時燃盡率最大，此混合比為最佳燃料混合比，延長燃燒時間，混合物的燃盡情況也有所改善1。6.2 后續(xù)展望中國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間廣闊，技術將不斷完善，它將改變中國現(xiàn)有的能源消費結構，凈化環(huán)境，并推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展。大力發(fā)展生物質(zhì)能源，對于緩解中國能源供給緊張狀況，保障國家能源安全、減少污染和優(yōu)化環(huán)境，促進農(nóng)村和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這對于能源的有效利用和可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。目前中國的生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)還處于起步探索階段，近20年來,我國在生物質(zhì)能燃燒利用方面取得了長足的進步，但與發(fā)達國家相比,無論技術層面還是應用層面仍有很大差距。展望未來，發(fā)展空間十分廣闊，針對中國生物質(zhì)能源發(fā)展方向，為進一步

45、促進我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,建議政府的有關部門制定優(yōu)惠政策,研究經(jīng)濟高效的燃燒技術,促進建立生物質(zhì)燃料收集、預處理和配送體系,鼓勵建設和使用生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng),即與煤混合燃燒發(fā)電系統(tǒng),這將對我國社會經(jīng)濟和環(huán)境持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展起到重大深遠的影響。我們相信由于生物質(zhì)的可再生性、環(huán)境友好性及對全球氣候異常的抑制作用,大力發(fā)展生物質(zhì)能利用及燃燒發(fā)電技術前景良好且意義重大。參考文獻1 王曉鋼. 生物質(zhì)與煤摻燒燃燒特性的實驗研究J. 可再生能源, 2014-1, 32(1): 87-92.2 羅君. 生物質(zhì)燃料熱風干燥特性及干燥系統(tǒng)方案研究D. 浙江, 浙江大學, 2016-3,13-18.3 馬文超. 生物質(zhì)燃

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49、熱力,1996,24 (2) ,29-32.15 Vassilev S, Baxter D, Andersen L, Vassileva C. An overview of the chemical composition of biomass. Fuel 2010,89:91333.16 Vassilev S, Baxter D, Andersen L, Vassileva C, Morgan T. An overview of the organic and inorganic phase composition of biomass. Fuel 2012,94:133.17 Vassil

50、ev S, Baxter D, Andersen L, Vassileva C. An overview of the composition and application of biomass ash. Part 1. Phasemineral and chemical composition and classication. Fuel 2013,105:4076.18 Vassilev S, Baxter D, Andersen L, Vassileva C. An overview of the composition and application of biomass ash.

51、Part 2. Potential utilization, technological and ecological advantages and challenges. Fuel 2013,105:1939.19 Vassilev S, Baxter D, Vassileva C. An overview of the behaviour of biomass during combustion: Part I. Phasemineral transformations of organic and inorganic matter. Fuel 2013,112:391449.20 Vas

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