生物質(zhì)燃料和化石燃料特性比較

1、圓笏秤技士舉課程設(shè)計(jì)（論文）課程名稱題目院（系）專業(yè)班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師文獻(xiàn)檢索生物質(zhì)燃料與化石燃料特性比較材料與礦資學(xué)院材料工程1301班韓園園130502133楊康2016年6月24日專業(yè)班級：材料工程1301班學(xué)生姓名:韓園園指導(dǎo)教師（簽名）：一、課程設(shè)計(jì)（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(shè)計(jì)（論文）應(yīng)達(dá)到的目的掌握文獻(xiàn)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(xiàn)資料的整理和歸納總結(jié)，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(shè)計(jì)（論文）任務(wù)的主要內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求等）主要內(nèi)容：根據(jù)題

2、目選定關(guān)鍵詞，查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，歸納總結(jié)文獻(xiàn)資料，深入了解本課題的研究進(jìn)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(yán)格按照西安建筑科技大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)（論文）管理規(guī)定（試行）執(zhí)行；2.科技論文中要包括標(biāo)題、署名、摘要、關(guān)鍵詞、引言、正文、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)，各部分語言表達(dá)和格式要符合科技論文規(guī)范；3.參考文獻(xiàn)不少于20篇，其中外文文獻(xiàn)不少于5篇。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)：1王曉鋼.生物質(zhì)與煤摻燒燃燒特性的實(shí)驗(yàn)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(fēng)干燥特性及干燥系統(tǒng)方案研究D.浙江，浙江大學(xué)，2016-3,

3、13.3 VassilevS,BaxterD,AndersenL,VassilevaC.Anoverviewofthechemicalcompositionofbiomass.Fuel2010,89:913T3.4 VassilevS,BaxterD,AndersenL,VassilevaC,MorganT.Anoverviewoftheorganicandinorganicphasecompositionofbiomass.Fuel2012,94:1-33.5 VassilevS,BaxterD,AndersenL,VassilevaC.Anoverviewofthecompositiona

4、ndapplicationofbiomassash.Part1.Phase-mineralandchemicalcompositionandclassi?cation.Fuel2013,105:40十6.五、審核批準(zhǔn)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(dǎo)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)燃料和化石燃料的定義和分類，簡述了評價(jià)燃料的常用性能指標(biāo)；從生物質(zhì)燃料和煤的化學(xué)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(xiàng)特性對比，分析了煤和生物質(zhì)燃料各自的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，通過可持續(xù)

5、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(xué)應(yīng)用的缺點(diǎn)大于優(yōu)勢；但是，它產(chǎn)生的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益可以彌補(bǔ)由生物質(zhì)組成和性質(zhì)導(dǎo)致的技術(shù)性缺陷和其他缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃料，化石燃料，煤，特性比較，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)ABSTRACTFromtheglobalsituationofenergyuseasthebackground,theauthorintroducedthedefinitionandclassificationofbiomassfuelsandfossilfuelsanddescribedtheevaluationindexoffuelperformance;fro

6、mchemicalcompositionofbiomassandcoalfuels,theauthoranalyzedtheirphysicalcharacteristicsandcombustion;throughindustryanalysis,ashanalysis,morethan30characteristicsoftheashfusiontests,otherperformanceanalysis,theauthorcomparedandanalyzedadvantagesanddisadvantagesofcoalandbiomassfuels.Finally,adiscussi

7、onabouttheavailabilityofsustainablebiomassresourcesforproductionofbiofuelsandbiochemicalsisgiven.Itwasfoundthatthedisadvantagesofbiomassforbiofuelandbiochemicalapplicationsprevailovertheadvantages;however,themajorenvironmental,economicandsocialbenefitsappeartocompensatethetechnologicalandotherbarrie

8、rscausedbytheunfavourablecompositionandpropertiesofbiomass.Keywords:Biomassfuels,Fossilfuels,Coal,Characteristics,Advantagesanddisadvantages目錄i引言1.2生物質(zhì)和生物質(zhì)燃料定義及分類22.1 生物質(zhì)2.2.2 生物質(zhì)能3.2.3 生物質(zhì)能源利用途徑33化石燃料定義及分類4.3.1 化石燃料4.3.2 化石燃料分類4.4生物質(zhì)燃料與化石燃料性能指標(biāo)54.1 燃料主要指標(biāo)5.4.2 術(shù)語及其它指標(biāo)5.5生物質(zhì)燃料與化石燃料特性比較65.1 生物質(zhì)燃料的基本特

9、性65.1.1 生物質(zhì)基本成分65.1.2 燃燒特性.7.5.2 以煤為例的化石燃料的基本特性85.2.1 物理特性 煤的燃燒特性9.5.3 生物質(zhì)燃料與煤特性比較96全文總結(jié)與后續(xù)展望156.1 全文總結(jié)1.56.2 后續(xù)展望1.7參考文獻(xiàn)18致謝211引言在踏入全球現(xiàn)代化的步伐20世紀(jì)至21世紀(jì)中，化石燃料（fossilfuel）潛在著能源短缺的危機(jī)，特別是從石油提煉出來的汽油，是引致全球石油危機(jī)的一個(gè)原因?，F(xiàn)時(shí)，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

10、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?yàn)榭煽糠N植來減少二氧化碳的含量，從而減低溫室效應(yīng)。到目前為止，世界各國所用的燃料幾乎都是化石燃料，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(yīng)構(gòu)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(dāng)嚴(yán)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

11、統(tǒng)計(jì)2013顯示，從2009年開始，中國一次能源消費(fèi)量連續(xù)4年位居世界第一，而且能源消費(fèi)量的增量也位居世界第一。隨著能源消費(fèi)量的增長，能源利用帶來的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重；嚴(yán)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(jìn)經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)，降低化石燃料使用，提升可再生能源和新能源在能源結(jié)構(gòu)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(diǎn)的能源引起了人們的關(guān)注20生物質(zhì)是一種分布廣、資源量豐富的清潔可再生資源，其

12、能源化利用過程可導(dǎo)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(guān)注。目前生物質(zhì)能的主要開發(fā)利用技術(shù)包括生物質(zhì)的固化、氣化、液化以及燃燒技術(shù)，具能源產(chǎn)品包括成型固體燃料、炊事燃?xì)狻⒁后w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(diǎn)，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(shù)既能緩解溫室效應(yīng)，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(shè)備不需作較大改動(dòng)，因此具有明顯的社會意義與經(jīng)

13、濟(jì)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)是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，即一切有生命的可以生長的有機(jī)物質(zhì)通稱為生物質(zhì)，它包括植物、動(dòng)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(shù)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，品種和種類針葉或落葉；被子植物裸子植物或；軟或硬；莖，枝，葉，樹皮，1.木材及木質(zhì)生物質(zhì)片，塊狀，顆粒，煤球，鋸屑，鋸木等人從不同的木種（WWB）一年生或多年生和場基或加工為基礎(chǔ)，例如：2.1 草和花

14、（苜蓿，蘆竹，竹，彼岸花，油菜，甘蔗，辛娜拉，芒草，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2.草本和農(nóng)業(yè)生物質(zhì)（HAB）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(diǎn)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）海洋或淡水藻類；大型藻類（藍(lán)，綠，藍(lán)，綠，棕，紅色）或3.水產(chǎn)生物質(zhì)微藻；紫菜，海帶，湖草，水葫蘆，其它4.動(dòng)物和人類的生物質(zhì)廢骨頭，肉，骨粉，雞糞，各種肥料，其他料(AB)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

15、紙漿污泥，廢紙，廢舊紙板，刨花板，纖維板，膠合板，木托盤和箱子，鐵路枕木，制革廢水，其他生物組生物小組，品種和種類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(fèi)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(diǎn)，在當(dāng)今能源日趨緊張的情況下，越來越引起人們的關(guān)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(yuǎn)意義。根據(jù)BP公司2013年統(tǒng)計(jì)年鑒可知，世界生物燃料的產(chǎn)量由2002年的11830千噸油當(dāng)量增加到2011年60286千噸油當(dāng)量。根據(jù)EL

16、Insights于2010年9月發(fā)布的報(bào)告，從2010年到2015年，全球生物制造市場預(yù)計(jì)將從5729億美元增加至6937億美元，相當(dāng)于在此期間的復(fù)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(xué)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(diǎn)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(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑。生物質(zhì)

17、的直接燃燒在今后相當(dāng)長的時(shí)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(xué)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(xué)物質(zhì)的技術(shù)。生物質(zhì)的生物化學(xué)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7o燃燒I熱量或電力氣化生物質(zhì)燃?xì)鉄峄瘜W(xué)法-一熱解木炭或生物原油液化油乙醇水解、發(fā)酵生化法沼氣技術(shù)Ll物理化學(xué)法壓縮成型生物柴油成型燃料甲醇、醴沼氣圖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?xì)?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

18、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，是一種姓或姓的衍生物的混合物，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(jī)物和植物在地下分解而形成的，是不可再生資源。3.2 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(jì)算，這些能源可供人類使用的時(shí)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(biāo)4.1 燃料主要指標(biāo)目前，我國燃料主要指標(biāo)有全水分、灰分、揮發(fā)份、全硫、低位發(fā)熱量等指標(biāo)。主要參考執(zhí)

19、行DB11/T5412008標(biāo)準(zhǔn)，各指標(biāo)見表4-18。表4-1成型燃料工業(yè)、元素分析要求符號全水分Mt%15灰分Ad%60全硫St,d%13.44.2 術(shù)語及其它指標(biāo)表4-2術(shù)語及其它指標(biāo)表9術(shù)語命名中文名英文名A灰分ashyieldAFT灰分熔融溫度ash-fusiontemperatureBA生物質(zhì)灰biomassashdaf干燥無灰基dry,ash-freebasisdb干基drybasisDTA差熱分析differential-thermalanalysisDWR干水溶性殘留drywater-solubleresidueEDX能量分散型X射線分析儀energydispersiveX-r

20、ayFC固定碳fixedcarbonHHV高熱值higherheatingvalueIAM無機(jī)非晶態(tài)物質(zhì)inorganicamorphousmatterICP電感耦合等離子體inductivelycoupledplasmaIM無機(jī)物inorganicmatterLA激光燒蝕laserablationM水分moistureMS質(zhì)譜massspectrometryOM有機(jī)物organicmatterSEM掃描電了顯微鏡scanningelectronmicroscopyTE微量元素traceelementTGA熱重分析thermo-gravimetricanalysisVM揮發(fā)物volatilem

21、atteXRDX射線粉末衍射X-raypowderdiffraction%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(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)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同體碳的表面燃燒。不同生物質(zhì)的放熱規(guī)律類似，第一個(gè)燃燒峰的放熱面積小于第二個(gè)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(gè)

22、階段，即脫水、熱解和碳化。試驗(yàn)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(yīng)，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(yīng)。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-1/(Cmin)初始燃燒溫度/C燃燒峰溫度/C燃燒末溫度/C/(mgmin-1mg-1)temperaturebeginningpeakendpeakbiomassraisingtemperaturetemperaturetemperaturevelocity紅松154144885070.0463pinusko

23、raiensis煙稈tobacco153674100.1142stems稻殼ricehusk153864470.0587蔗渣bagass米芯corn153844475080.0737cob糠醛渣furfural153994495060.0556residue0w4FK)600副用5IO152D55犯Q時(shí)時(shí)加一圖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 煤的粉碎性煤的粉碎性是各種因素的綜合結(jié)果，但無結(jié)構(gòu)凝膠的含量是決定煤粉碎性的重要因素，從而得到三點(diǎn)結(jié)論：(1)隨變質(zhì)程度，即碳含量、燃燒比和

24、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(guān)系看，與硬度比。煤的粉碎性與脆性間有更強(qiáng)的依存關(guān)系。隨變質(zhì)程度升高，鏡質(zhì)組的平均脆性值增大。這是因?yàn)闊o結(jié)構(gòu)凝肢體的脆性顯著增大所致。、(3)HGI值大的煤中的無結(jié)構(gòu)凝膠體更易粉碎，同時(shí)，通過粉碎與分級的組合，可以使無結(jié)構(gòu)凝膠體得到一定程度的濃縮。 煤的粘結(jié)性秦志宏11等利用該混合溶劑對煤的粘結(jié)性進(jìn)行了研究，使用此溶劑對不同煤種進(jìn)行萃取，發(fā)現(xiàn)各種煤的萃取率隨煤的粘結(jié)性指數(shù)Gr,i的增加而呈上升趨勢。說明煤的粘結(jié)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(可溶物)和不粘組分(不溶物)。致

25、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。 煤的堅(jiān)固性石必明12通過研究發(fā)現(xiàn)，用落錘法測定時(shí)，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(jié)果使得潮濕煤樣干燥后其堅(jiān)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(jiān)固性系數(shù)測值也不同，一般地，隨撞擊次數(shù)增多,其堅(jiān)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)燃燒用煤越來越多，同時(shí)對環(huán)境的污染也越來越

26、嚴(yán)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(xué)家對煤的燃燒特性的研究引起了極大的關(guān)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(jìn)行了研究，從煤的反應(yīng)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(shí)上，殼質(zhì)組的反應(yīng)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(yīng)性參數(shù)來看，顯微組分對反應(yīng)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。路繼根14等通過對4種煤（大同煤、紅陽煤、東勝煤和

27、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(shù)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(jìn)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(rèn)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、煤灰特性比較何何17的阿如21生物質(zhì)相比煤生物質(zhì)灰相比煤灰含量高

28、含量較高?Ag,B,Br,Ca,Cl,H,I,K,Mg,Mn,Na,O,P,?Ag,B,Br,Ca,Cl,Cr,Cu,Ga,Hg,I,K,Mg,Rb,Ru,ZnMn,Mo,Na,P,Rb,Sr,Te,Zn?碳水化合物汗水溶性殘留?碳酸鹽?pH值鷹合物被酸鹽旗化物化物汗水溶性殘留想氧化物瑰取物硒酸鹽?輕燒冰溶性成分冰分?有機(jī)無機(jī)元素?草酸鹽?含氧官能團(tuán)（羥基、竣基、醴酮）與高活性功能（-COOH,-OCH3-OH）?磷酸鹽?揮發(fā)性物質(zhì)冰溶性物質(zhì)表5-3生物質(zhì)、生物質(zhì)灰與煤、煤灰特性比較何何何同阿即0儂儂網(wǎng)陶冏27族生物質(zhì)相比煤生物質(zhì)灰相比煤灰含量較低?Al,As,Au,Ba,Be,Bi,C,Cd

29、,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,V,W,Y,Yb,Zr濟(jì)香性?灰分?容重?固定碳淞散性?高熱值?碳?xì)浠衔飫?chuàng)始燃燒溫度撫機(jī)物?燃燒峰最高溫度?pH值東氧化物?硅酸鹽?硫化物含量低?Al,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

30、,Pd,Pr,Pt,S,Sb,Sc,Se,Si,Sm,Sn,Ta,Tb,Th,Ti,Tl,Tm,U,V,W,Y,Yb,Zr潞灰度海重硅酸鹽硫化物表5-4煤、煤灰、生物質(zhì)和生物質(zhì)灰特性對比分析15詞17同同2021EDFaEDFb特性煤生物質(zhì)煤灰生物質(zhì)灰生物質(zhì)生物質(zhì)/煤灰/煤灰工業(yè)分析64.4VM30.8(12.244.5)(30.479.7)2.0916.0FC43.9(17.970.4)(6.535.3)0.36M5.5(0.420.2)14.72.67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(2.562.9)4.9A19.8(5.048.9)0.25(0.134.3

31、)合計(jì)100100極限分析51.1C(daf)78.2(62.986.9)0.65(42.260.5)41.4O(daf)13.6(4.429.9)3.04(20.849.0)6.2H(daf)5.2(3.56.3)1.19(3.210.2)1.1N(daf)1.3(0.52.9)0.85(0.112.2)0.20S(daf)1.7(0.29.8)0.12(0.011.69)合計(jì)100100灰分分析54.0629.14SiO2(32.04(0.02-94.40.5468.35)8)6.5725.99CaO(0.43(0.973.9627.78)83.46)1.6019.40K2O(0.29(2

32、.1912.134.15)63.90)0.505.92(0.54P2O5(0.1011.8440.94)1.70)Al2O323.184.49(0.100.19EDFaEDFb特性煤生物質(zhì)煤灰生物質(zhì)灰生物質(zhì)生物質(zhì)/煤灰/煤灰(11.3215.12)35.23)1.835.60(0.19MgO(0.3116.21)3.063.98)6.853.41(0.22Fe2O3(0.7936.27)0.516.44)3.543.27(0.01SO3(0.2714.74)0.9214.42)0.822.54(0.09Na2O(0.0929.82)3.12.90)1.050.24(0.01TiO2(0.622

33、.02)0.231.61)合計(jì)100100灰熔融性測試DT（。C）1251(11051103(6700.881565)1525)HT(C)1388(12001319(9750.951665)1575)14111354FT(C)(1205(10000.961585)1700)其他特性容重1250563800(400194(800.450.24EDFaEDFb特性煤生物質(zhì)煤灰生物質(zhì)灰生物質(zhì)生物質(zhì)/煤灰/煤灰(kgm-3)(11001300)(250954)1100)430)HHV18.0-125.0(16.034.0)0.72(MJkg)(14.022.0)著火點(diǎn)（C）167256(190322)

34、(144190)0.65最高溫度（0508(415600)3390.67C)(324351)Ph5.9(2.27.5)5.6(5.16.8)10.0(6.210.3(8.10.951.03（滲濾液）12.5)12.9)3.81.6(0.227.0(3.9DWR2.1(0.28.4)(0.315.1)7.2)45.1)1.8116.88A,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(yīng)值的比。b

35、富集/耗盡因子（EDF）被定義為生物質(zhì)灰為煤灰相應(yīng)值的比。表5-5中列出了生物質(zhì)作為燃料的主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，應(yīng)該指出的是，生物質(zhì)和生物燃料的應(yīng)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15161718192021有詳細(xì)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(diǎn)和缺點(diǎn)，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(diǎn)15161718192021優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)天然生物質(zhì)是可再生能源使CO2中性轉(zhuǎn)化對氣候變化有益灰分、C、S、N和微量元素含量低揮發(fā)性物質(zhì)、Ca、H、Mg、O和P濃度高反應(yīng)劇烈有害物質(zhì)(CH*CO

36、2,NOx,SOx,微量元素)和廢物排放少灰分燃燒過程中能收集一些有害成分低價(jià)豐富的原料資源燃料供應(yīng)和能源安全多樣化有利于農(nóng)村振興并創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會潛在用途海洋和低質(zhì)量的土壤和退化土地恢復(fù)含生物質(zhì)的廢渣少生產(chǎn)吸附劑，肥料，石灰和中和劑，建筑材料原料廉價(jià)，有利于元素和化合物的回收生物質(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全球沒有統(tǒng)一分類系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)對成分、性能和質(zhì)量變化的知識不足的水分，Cl,K,Na,Mn和一些微量元素含量高能量密度低與食品和飼料生產(chǎn)存在競爭可能破壞土壤和生物多樣性處置過程中可能有害成分排放熱處理過程中可能出現(xiàn)危險(xiǎn)排放熱處理過程中潛在的技術(shù)問題地區(qū)供應(yīng)收集，運(yùn)輸，貯存

37、和預(yù)處理成本高廢物綜合利用不清6全文總結(jié)與后續(xù)展望6.1全文總結(jié)基于對生物燃料、煤和其他轉(zhuǎn)化產(chǎn)品平行的和詳盡的調(diào)查，生物質(zhì)作為一種燃料，具組成和特性的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：1 .主要優(yōu)點(diǎn)：(1)生物質(zhì)和生物質(zhì)灰中結(jié)構(gòu)性有機(jī)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(yīng)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(diǎn)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(diǎn)：(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(2)生物質(zhì)能量密度(堆積密度和熱值)，pH值

38、和粉塵熔化溫度較高,另外生物質(zhì)灰的堆積密度較高。(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(xué)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(dǎo)致非常嚴(yán)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(1) 非食用農(nóng)業(yè)，森林，飼料和食物殘?jiān)?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(dòng)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(yīng)始終嚴(yán)格遵守規(guī)定的環(huán)

39、境標(biāo)準(zhǔn)，初步分為可持續(xù)和不可持續(xù)的管理資源。4 .結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)的生物燃料和生物化學(xué)應(yīng)用的缺點(diǎn)大于優(yōu)勢；但是，它產(chǎn)生的環(huán)境，經(jīng)濟(jì)和社會效益可以彌補(bǔ)由生物質(zhì)組成和性質(zhì)導(dǎo)致的技術(shù)性缺陷和其他缺點(diǎn)。5 .結(jié)論與建議(1) 生物質(zhì)顆粒燃料所需的點(diǎn)火時(shí)間與燃料的揮發(fā)份、含水率密切相關(guān)，揮發(fā)分越高，含水率越低，點(diǎn)火時(shí)間越短。(2) 生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒器中正常燃燒時(shí)的SO2、NOx等污染物排放濃度遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，但存在著部分生物質(zhì)顆粒燃料灰分含量過大、結(jié)渣嚴(yán)重等問題，從而導(dǎo)致燃燒器難以連續(xù)運(yùn)行。(3) 燃料的灰熔融特性對其結(jié)渣率有較大影響，對大多數(shù)燃料來說，軟化溫度越高，結(jié)渣率越低，當(dāng)軟化溫度達(dá)到一定數(shù)

40、值時(shí)，燃料不會發(fā)生結(jié)渣，如落葉松。(4) 影響生物質(zhì)顆粒燃料結(jié)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(jié)渣；堿土金屬含量越大，越抗結(jié)渣。添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?，可有效改善燃料的結(jié)渣性能。建議在生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料時(shí)添加適當(dāng)?shù)奶砑觿越档腿剂系慕Y(jié)渣率，改善運(yùn)行工況；同時(shí)，建議對國外引進(jìn)的燃燒器進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，及時(shí)排出灰渣，保證其正常連續(xù)運(yùn)行，以適應(yīng)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(gè)明顯的失重階段，而煤只有一個(gè)明顯的失重階段。物質(zhì)燃料在純燒時(shí)，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

41、步向內(nèi)部燃燒，隨著揮發(fā)分的析出和氧分內(nèi)部擴(kuò)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(dá)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29303132。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(shí)間縮短，延長了整個(gè)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(diǎn)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(dāng)煤和生物

42、質(zhì)按熱量比為80%:20%時(shí)燃盡率最大，此混合比為最佳燃料混合比，延長燃燒時(shí)間，混合物的燃盡情況也有所改善106.2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(shù)將不斷完善，它將改變中國現(xiàn)有的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，凈化環(huán)境，并推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國家相比，無論技術(shù)層面還是應(yīng)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

43、發(fā)展方向，為進(jìn)一步促進(jìn)我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，建議政府的有關(guān)部門制定優(yōu)惠政策，研究經(jīng)濟(jì)高效的燃燒技術(shù)，促進(jìn)建立生物質(zhì)燃料收集、預(yù)處理和配送體系，鼓勵(lì)建設(shè)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(jì)和環(huán)境持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展起到重大深遠(yuǎn)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(shù)前景良好且意義重大。參考文獻(xiàn)1王曉鋼.生物質(zhì)與煤摻燒燃燒特性的實(shí)驗(yàn)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(fēng)干燥特性及干燥系統(tǒng)方案研究D.浙江，浙江大學(xué)，2016-3,13-18.3馬文超.生物質(zhì)燃燒技術(shù)綜

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48、105:4036.18 VassilevS,BaxterD,AndersenL,VassilevaC.Anoverviewofthecompositionandapplicationofbiomassash.Part2.Potentialutilization,technologicalandecologicaladvantagesandchallenges.Fuel2013,105:19.19 VassilevS,BaxterD,VassilevaC.Anoverviewofthebehaviourofbiomassduringcombustion:PartI.Phase-mineraltr

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