循環(huán)流化床生物質(zhì)混煤燃燒及污染物排放特性研究

1、山東大學(xué)碩士學(xué)位論文循環(huán)流化床生物質(zhì)混煤燃燒及污染物排放特性研究姓名：李展申請學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：熱能工程指導(dǎo)教師：程世慶20090509山東大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類從事各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的原動(dòng)力。隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗量急劇增長。然而，目前世界各國正面臨著能源短缺的巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，由燃煤排放的污染物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染嚴(yán)重影響著國家的資源安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的生存。面對(duì)這種嚴(yán)峻的形勢，人類迫切要求尋找新的能源，以逐步減少和替代化石能源的使用。在眾多的可再生能源中，具有廣泛使用價(jià)值的是生物質(zhì)能。生物質(zhì)與煤共燃是利用生物質(zhì)簡單方便經(jīng)濟(jì)有效的方

2、法之一，但其利用方面還面臨著許多困難。因此，測定生物質(zhì)混煤的臨界流化速度，探討循環(huán)流化床內(nèi)生物質(zhì)混煤燃燒過程中硫氮氧化物的析出規(guī)律，以控制污染物排放，實(shí)現(xiàn)煤的高效潔凈燃燒對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)有著十分重要的意義。首先，本文研究了煤與生物質(zhì)的粒度分布情況，介紹了測定臨界流化速度的試驗(yàn)方法，并在臨界流化速度測定試驗(yàn)臺(tái)上測量出谷殼與貧煤在各個(gè)摻混比例下的臨界流化速度。試驗(yàn)物料包括：谷殼與貧煤分別以、的摻混比例摻混。由公式求出煤的臨界流化速度值，結(jié)合實(shí)驗(yàn)回歸出谷殼的臨界流化速度關(guān)聯(lián)式，進(jìn)而求出雙組分混合系統(tǒng)的臨界流化速度，比較臨界流化速度實(shí)驗(yàn)測定值與理論計(jì)算值，并修正雙組分臨界流化速度的理論計(jì)算公式。“。（）。

3、為雙組分混合系統(tǒng)的臨界流化速度的計(jì)算提供了理論公式及試驗(yàn)數(shù)據(jù)。其次，在循環(huán)流化床試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了生物質(zhì)混煤燃燒時(shí)的污染物排放試驗(yàn)，考察了溫度及混合比例對(duì)混煤燃燒時(shí)硫氧化物析出特性的影響。與單組分貧煤相比，生物質(zhì)的體積濃度非常小，當(dāng)燃燒溫度超過時(shí)，煤和生物質(zhì)燃燒的體積濃度都有較快的升高。隨著加入谷殼量的增多，燃燒生成的體積濃度逐漸下降，其中在生物質(zhì)的摻混比例在到之間的體積濃度下降的非常劇烈，從單組分煤時(shí)的，降到了。在到之間次之，從，降到了。在到之間的體積濃度下降的非常緩慢，從下降到了，。加入過多的生物質(zhì)對(duì)于控制的排放沒有太大的意義。隨著燃燒溫度的增加的體積濃度也隨之增加。摻入了的生物質(zhì)之后，在到

4、之間的體積山東大學(xué)碩士學(xué)位論文濃度增加的較為平緩，從增加到，在到。之間增加的較快，從增加到。的體積濃度與摻混了何種生物質(zhì)的關(guān)系不是很明顯。可以說控制的排放關(guān)鍵是控制燃燒溫度，燃燒溫度越低的體積濃度越低，最合適的燃燒溫度是到之間。最后，在污染物排放的試驗(yàn)中，考察了溫度及混合比例對(duì)混煤燃燒時(shí)氮氧化物析出特性的影響。貧煤和生物質(zhì)分別燃燒隨著燃燒溫度的增加的體積濃度也隨之增加。隨著加入生物質(zhì)的增多，燃燒生成的體積濃度逐漸下降。隨著生物質(zhì)和煤的比例的增加而減小，其中在生物質(zhì)的摻混比例在到之間的體積濃度下降的非常劇烈，從下降到，在到之間次之，從下降到，在到之間的體積濃度下降的相對(duì)緩慢，從下降到。生物質(zhì)的加

5、入可明顯降低煤燃燒時(shí)的體積濃度，且隨生物質(zhì)所占比例的增加，體積濃度的減小量逐漸變小。可以說加入太多的谷殼對(duì)于控制的排放沒有太大的意義。隨著燃燒溫度的增加生成的氮氧化物相應(yīng)的增大，摻混生物質(zhì)的混煤燃燒在到。之間氮氧化物的體積濃度增加的較為平緩，增加了大約的，在。之后增加的較快，增加了的。燃燒摻混谷殼的煤與燃燒摻混谷殼的煤氮氧化物的體積濃度要小，但不是特別明顯?？傊?，當(dāng)燃燒溫度超過。時(shí)的體積濃度升高明顯的加快。本文對(duì)循環(huán)流化床內(nèi)生物質(zhì)混煤燃燒過程中硫氮氧化物的排放特性以及臨界流化速度進(jìn)行了一定的研究，以期在該研究領(lǐng)域中充實(shí)和積累有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論研究結(jié)論，為燃用生物質(zhì)混煤的鍋爐的合理設(shè)計(jì)、制造

6、、經(jīng)濟(jì)和清潔運(yùn)行提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床：生物質(zhì)；污染物排放；臨界流化速度山東大學(xué)碩士學(xué)位論文，：，“，（）。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文，。，山東大學(xué)碩士學(xué)位論文，：；山東大學(xué)碩士學(xué)位論文符號(hào)表阿基米德數(shù)如生物質(zhì)平均粒徑，煤平均粒徑，床料高度，卸床層壓降，臨界流化雷諾數(shù)岫臨界流化速度，邯生物質(zhì)臨界流化速度，魄煤臨界流化速度，弧谷殼在混合物中的質(zhì)量份額酗谷殼在混合物中的體積份額郎生物質(zhì)的真實(shí)密度，風(fēng)煤的真實(shí)密度，阻力系數(shù)壓降減弱系數(shù)動(dòng)力黏度，臨界流化狀態(tài)空隙率氣體密度，氣體的運(yùn)動(dòng)黏度原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)

7、容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：日期：關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。（保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：山東大學(xué)碩士學(xué)位論文前言本課題研究背景及意義我國煤資源利用現(xiàn)

8、狀能源在國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定健康發(fā)展中起著十分重要的基礎(chǔ)。很長一段時(shí)間以來，煤炭在我國一次能源構(gòu)成中占據(jù)著重要地位，資料表明【】：年為為億千瓦，其中火力發(fā)電占。據(jù)統(tǒng)計(jì)，年中國煤炭產(chǎn)量為，占世界煤炭總產(chǎn)量的。預(yù)計(jì)年煤炭需求量年均增長率大約的，而發(fā)電用煤仍占主導(dǎo)地位。在年中國煤炭需求的增長量中發(fā)電量來自燃煤電站，見下表，但是預(yù)計(jì)在年電站燃煤比例將表中國的電源結(jié)構(gòu)（萬億瓦時(shí)）我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，也是為數(shù)不多的以煤炭為主要，年為，年為。年，我國的發(fā)電裝機(jī)容量，在中國一次能源需求中的煤炭比例將由年的下降到年幾乎占整個(gè)世界煤炭需求增長量的一半。年中國發(fā)電量為，其下降到。由于我國煤炭資源豐富，而且

9、煤電廠建設(shè)成本低，所以大部分新建電廠仍以燃煤為主。預(yù)計(jì)到年，燃煤電廠裝機(jī)容量將達(dá)到。煤炭在中國的電源結(jié)構(gòu)中地位可見表。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文能源的國家之一。火電電力生產(chǎn)和四十多萬臺(tái)中小型工業(yè)鍋爐的耗煤量各占全國總量的左右。中國擁有豐富的煤炭資源，年探明中國煤的保有量為億噸【】。在世界上中國是一次能源第二大消費(fèi)國，其中年中國對(duì)煤炭的需求占世界的；在電力生產(chǎn)中，煤炭幾乎占燃料的。中國煤炭億噸的探明儲(chǔ)量約占世界總量的，其中動(dòng)力煤占。在可以預(yù)見的未來，在強(qiáng)勁國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展拉動(dòng)下煤炭仍將是我國的主導(dǎo)能源。開發(fā)生物質(zhì)能的意義能源和材料是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類從事各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的原動(dòng)力，是維持和發(fā)展

10、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人類生活及物質(zhì)文明的最基本因素。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，尤其是近一百多年來，產(chǎn)業(yè)革命后工業(yè)的大發(fā)展以及全世界人口的增長，使得人類對(duì)能源的消耗量急劇增長。因此目前世界各國正面臨著能源短缺的巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，若按目前的水平開采世界已探明的能源，煤炭資源尚可開采年，石油年，天然氣年【。預(yù)計(jì)到年，也就是世界上第一口油井開鉆二百周年之際，世界石油資源大概將所剩無幾【。我國是全球最大的發(fā)展中國家，能源問題是關(guān)系到國家安全和發(fā)展的全局性問題。我國石油儲(chǔ)量是世界的，消費(fèi)量是世界第二【】。年我國進(jìn)口石油約億噸，石油對(duì)外依存度約，年，石油對(duì)外依存度將達(dá)到，這將對(duì)我國能源安全構(gòu)成很大的影響【】。隨著化石能源的

11、過度開采，不僅能源的儲(chǔ)量越來越少，而且也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染?？諝馕廴?，酸雨，溫室效應(yīng)，嚴(yán)重影響著國家的資源安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的生存。面對(duì)這種嚴(yán)峻的形勢，人類迫切要求尋找新的補(bǔ)給能源，而開發(fā)新能源和可再生能源，特別是把它們轉(zhuǎn)化為高品位能源，因地制宜，多種能源互補(bǔ)，以逐步減少和替代化石能源的使用，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境，走經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展之路的重大措施【】。在眾多的可再生能源中，具有廣泛使用價(jià)值的是生物質(zhì)能。生物質(zhì)能是指直接或間接地通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和貯藏在生物體內(nèi)的能量【】，它以生物質(zhì)為載體，性能穩(wěn)定，同風(fēng)能、太陽能相比，很少受自然因素的制約，又能加工

12、轉(zhuǎn)換成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃山東大學(xué)碩士學(xué)位論文料，能儲(chǔ)存運(yùn)輸【。生物質(zhì)能是唯一可再生的碳源，生物質(zhì)生長過程中吸收大量的氣體，燃燒過程排放的氣體與吸收的相當(dāng)，因此被稱為中性燃料【。生物質(zhì)能的特點(diǎn)生物質(zhì)能是唯一既具有礦物燃料屬性，又具有可儲(chǔ)存、運(yùn)輸、再生、轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，并較少受自然條件限制的能源。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：（）生物質(zhì)具有可再生性，資源量大。生物質(zhì)能通過植物的光合作用可以再生，資源豐富，占世界能源總消耗的【】。目前地球上每年經(jīng)光合作用固定下來的生物質(zhì)能約為目前全球能源消耗量的倍【】，據(jù)統(tǒng)計(jì)，生物質(zhì)資源潛力可達(dá)億噸，僅森林、草原和耕地這三項(xiàng)的產(chǎn)量就達(dá)億噸干生物質(zhì)，相當(dāng)于億噸標(biāo)準(zhǔn)煤【】。（）環(huán)保

13、效果好。生物質(zhì)是一種清潔的低碳燃料，其含硫和含氮都較低，同時(shí)灰份含量也很小，燃燒后，和灰塵排放量比化石燃料小的多【，同時(shí)，生物質(zhì)在利用過程中釋放的會(huì)通過光合作用被植物吸收，不會(huì)引起全球變暖。（）種類多而分布廣，便于就地利用，利用形式多樣。但是生物質(zhì)能也有它自己的缺點(diǎn)，例如：（）生物質(zhì)的水分含量大，影響著火和燃燒的穩(wěn)定性，同時(shí)在燃燒時(shí)造成大量的能量損失，并且可能引起燃料儲(chǔ)存問題；（）單位質(zhì)量生物質(zhì)的熱值低，要求能量轉(zhuǎn)化設(shè)備有足夠的空間投入原料；（）生物質(zhì)的分布分散，能量密度低，收集運(yùn)輸和預(yù)處理過程（例如粉碎、壓縮成型和干燥）費(fèi)用高。生物質(zhì)能的利用轉(zhuǎn)化技術(shù)及現(xiàn)狀目前，世界上的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換途徑包括

14、物理轉(zhuǎn)換、化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物轉(zhuǎn)換三種。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換的技術(shù)主要有：生物質(zhì)燃燒、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文液化、生物質(zhì)熱解、生物質(zhì)固化和生物質(zhì)發(fā)酵等技術(shù)。燃燒技術(shù)生物質(zhì)燃燒技術(shù)是將生物質(zhì)原料直接送入燃燒設(shè)備燃燒，利用燃燒過程中放出的熱量加熱工質(zhì)以產(chǎn)生蒸汽用于供熱或發(fā)電。按照燃料分類，可將生物質(zhì)燃燒技術(shù)分為生物質(zhì)的直接燃燒及生物質(zhì)和礦物燃料（主要是煤）的混合燃燒。（）生物質(zhì)直接燃燒生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)主要包括爐灶燃燒技術(shù)、焚燒垃圾技術(shù)、鍋爐燃燒技術(shù)。）爐灶燃燒技術(shù)傳統(tǒng)的爐灶燃燒效率只有，這種燃燒方式逐漸被淘汰，利用省柴炕灶后，效率有了很大提高，每年節(jié)約能量達(dá)萬油當(dāng)量”】。這種炕灶的推廣應(yīng)用仍

15、然是農(nóng)村，是偏遠(yuǎn)山村生物質(zhì)能利用的一個(gè)重要方面。）城市生活垃圾焚燒技術(shù)垃圾焚燒是利用垃圾焚燒鍋爐在高溫下燃燒垃圾可燃組分，釋放熱量供熱或發(fā)電【”】，具有減少環(huán)境污染，節(jié)省大量土地資源等優(yōu)點(diǎn)。上海浦東新區(qū)御橋生活垃圾焚燒廠設(shè)置了三條垃圾焚燒生產(chǎn)線】，北京市、廣州市、廈門市也都在進(jìn)行千噸級(jí)垃圾焚燒廠的建設(shè)【】。但整體來看，中國燃燒垃圾發(fā)電上網(wǎng)成本高，而且政策不完善。）鍋爐燃燒技術(shù)生物質(zhì)作為鍋爐的燃料直接燃燒，其熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于作為農(nóng)用爐灶燃料，甚至接近化石燃料的水平，能大大地提高生物質(zhì)能的利用效率，適用于相對(duì)集中、大規(guī)模地利用生物質(zhì)資源。英國電站的鍋爐，每年直接燃用萬的家禽糞，發(fā)電量足夠萬個(gè)家庭使用

16、【】。（）生物質(zhì)和礦物燃料（主要是煤）的混合燃燒大部分生物質(zhì)燃料的含水量較高，且組份復(fù)雜，因此很難使燃用生物質(zhì)的鍋爐以較低的成本達(dá)到可與常規(guī)鍋爐相比的效率，而且生物質(zhì)能的局域性和不穩(wěn)定性對(duì)大容量鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行也非常不利。然而采用生物質(zhì)與礦物燃料的混合燃燒技術(shù)既可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)上的合理性，又可大規(guī)模地利用生物質(zhì)能，山東大學(xué)碩士學(xué)位論文還可以降低鍋爐污染物的排放濃度。目前，國內(nèi)已有多家鍋爐廠家生產(chǎn)生物質(zhì)和煤混燒的鏈條爐和流化床爐。典型的共燃鍋爐，分別在東南亞國家和我國廣東、浙江等省運(yùn)行。其中東方鍋爐廠生產(chǎn)的臺(tái)一型煙煤與紙?jiān)鞜h(huán)流化床鍋爐已在浙江寧波投運(yùn)，為目前我國最大的生物質(zhì)與煤混燒鍋爐【。生物質(zhì)

17、氣化技術(shù)生物質(zhì)氣化是限量供應(yīng)氧氣、空氣、蒸汽或它們的混合物并以此作為氧化劑，通過熱轉(zhuǎn)化技術(shù)將固體燃料轉(zhuǎn)化為含有、和的可燃?xì)怏w。國外對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究已有多年的歷史，世紀(jì)、年代的石油短缺使氣化技術(shù)的研究達(dá)到較大的規(guī)模，而世紀(jì)年代初的石油危機(jī)又把氣化技術(shù)推到新的發(fā)展水平【。美國、日本、東南亞、歐洲等地區(qū)和國家都在大力發(fā)展利用生物質(zhì)的氣化技術(shù)【。而且美國、日本、加拿大、瑞典等國的氣化技術(shù)已能大規(guī)模生產(chǎn)水煤氣【。世紀(jì)年代以來，國內(nèi)的生物質(zhì)氣化技術(shù)得到了較快的發(fā)展，推廣應(yīng)用比較廣泛的有中國科學(xué)院廣州能源所開發(fā)的上吸式生物質(zhì)氣化爐和循環(huán)流化床氣化爐、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制的系列生物質(zhì)氣化爐、山東

18、省能源研究所研制的系列秸稈氣化爐等【】。三亞木材廠還建成大型生物質(zhì)（木屑）循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)，每天吃進(jìn)木屑，年發(fā)電量。遼寧能源研究所與意大利合作研究開發(fā)了“生物質(zhì)氣化發(fā)電及其綜合利用技術(shù)。生物質(zhì)液化生物質(zhì)液化是指通過化學(xué)方法將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體產(chǎn)品的過程，生物質(zhì)的液化產(chǎn)物常稱為生物質(zhì)油。生物質(zhì)通過液化不僅可以制取甲醇、乙醇、液化油等化工產(chǎn)品，而且還可以減輕化石能源枯竭帶來的能源危機(jī)，該技術(shù)已得到國際上的廣泛關(guān)注和認(rèn)同，發(fā)達(dá)國家生物柴油正在形成產(chǎn)業(yè)【。目前，美國生物柴油年生產(chǎn)能力為以上；歐盟年已超過；德國年已達(dá)，并有多個(gè)生物質(zhì)油加油站；意大利擁有家生物柴油的生產(chǎn)廠。美國能源署要求，年美國要將生

19、物柴油產(chǎn)量提高到。歐盟委員會(huì)計(jì)劃，年使生物柴油的市場占有率達(dá)。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文生物質(zhì)熱解技術(shù)熱解又稱裂解，是指生物質(zhì)在隔絕空氣或供給少量空氣的情況下，加熱分解成氣體（一般為、等的混合氣體）、液體（焦油）、固體產(chǎn)品（木炭）的過程。它既可以作為一個(gè)獨(dú)立的過程，也可以是燃燒、炭化、液化、氣化等過程的一個(gè)中間過程，取決于各熱化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，也取決于產(chǎn)物的組成、特征和分布。生物質(zhì)熱解后，其能量的轉(zhuǎn)化為較高品位的清潔燃料，有很高的商業(yè)價(jià)值。熱解產(chǎn)物中各成分的比例可通過控制反應(yīng)參數(shù)，如溫度、加熱速率、過程中活性氣體、固體停留時(shí)間等來加以控制。生物質(zhì)固化成型技術(shù)所謂生物質(zhì)固化就是將生物質(zhì)粉碎至一定的

20、粒度或者不加粉碎，不添加粘結(jié)劑，在高壓條件下，擠壓成一定形狀。其粘接力主要是靠擠壓過程所產(chǎn)生的熱量，使得生物質(zhì)中木質(zhì)素產(chǎn)生塑化粘接。如果把一定粒度和干燥到一定程度的煤按一定的比例與生物質(zhì)混合，加入少量的固硫劑，壓制成型就成為生物質(zhì)型煤，這是當(dāng)前生物質(zhì)固化最有市場價(jià)值的技術(shù)之一。目前，生物質(zhì)固體燃料技術(shù)的研究在國內(nèi)外已經(jīng)達(dá)到較高的水平。日本、德國、土耳其等國研究用糖漿作為粘結(jié)劑，用鋸末和造紙廠廢紙與原煤按比例混合生產(chǎn)型煤，成為許多場合的替代燃料。美國、英國、匈牙利等國用生物質(zhì)水解產(chǎn)物作為粘結(jié)劑生產(chǎn)型煤。國內(nèi)陳貴烽、曲思建等人對(duì)生物質(zhì)工業(yè)型煤的技術(shù)特點(diǎn)及型煤技術(shù)中存在的問題進(jìn)行了探討，清華大學(xué)、浙

21、江大學(xué)、哈爾濱理工大學(xué)、煤炭研究院北京煤化學(xué)研究所等單位對(duì)生物質(zhì)的固化利用途徑進(jìn)行了深入的研究，取得了一系列的成果。生物質(zhì)發(fā)酵技術(shù)生物質(zhì)發(fā)酵技術(shù)是指生物質(zhì)通過微生物的生物化學(xué)作用生成高品位氣體燃料或液體燃料的過程，主要包括厭氧發(fā)酵制取沼氣、生物質(zhì)發(fā)酵制取乙醇和生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)氫。目前比較成熟的技術(shù)主要是沼氣和乙醇制取技術(shù)，而發(fā)酵產(chǎn)氫尚處于探索階段。（）制取沼氣山東大學(xué)碩士學(xué)位論文沼氣的主要成分甲烷（），是由甲烷產(chǎn)氣菌在厭氧條件下將有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化而成。近年來，日本推廣了用食品廢棄物發(fā)酵堆肥技術(shù)，并研究從沼氣中提取氫氣供燃料電池?zé)犭娐?lián)供作燃料，每年可代油萬【】。美國俄克拉荷馬州一家大型沼氣廠每天利用動(dòng)

22、物糞便作為生產(chǎn)沼氣的原料，生產(chǎn)沼氣，作為工農(nóng)業(yè)和民用燃料【。我國已成為世界沼氣大國，年中國戶用沼氣池萬多個(gè)，興建大中型沼氣工程多處（含工業(yè)有機(jī)廢水處理），年產(chǎn)沼氣，系統(tǒng)產(chǎn)能折合標(biāo)煤【，】。江西省科學(xué)院能源研究所設(shè)計(jì)的生態(tài)沼氣池已在婺源、上高等縣推廣應(yīng)用【】。北京市南郊的留民營生態(tài)示范農(nóng)場，建有沼氣生產(chǎn)裝置，每天只要供應(yīng)沼氣，便可解決全場除照明以外的生產(chǎn)和生活用燃料【。（）制取乙醇利用生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的技術(shù)，主要分為步，第一步利用酸或酶將木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)中的纖維素和半纖維素水解為單糖，第二步利用微生物發(fā)酵水解液制取燃料乙醇。在生物乙醇技術(shù)推廣應(yīng)用方面較為成功的是巴西，目前，巴西每年產(chǎn)億乙醇，

23、占全國汽車燃料的】。我國政府在十五，計(jì)劃中決定發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)，吉林省投資億元建設(shè)年產(chǎn)萬燃料乙醇的項(xiàng)目已于年批準(zhǔn)動(dòng)工【。宋安東等【】利用酒糟，采用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。呂福英等分離出能直接發(fā)酵纖維素生產(chǎn)乙醇的高純富集物，并用來直接將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)發(fā)酵成乙醇【。（）生物制氫用生物制氫的思路是年提出來的，年代受到空前重視。德、日、美等發(fā)達(dá)國家都成立了專門機(jī)構(gòu)，制定生物制氫發(fā)展計(jì)劃。生物制氫主要靠藍(lán)細(xì)菌和綠藻的光裂解水制氫，或厭氧發(fā)酵制氫，但是這些過程高額的成本，以及氫氣作為能源儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)碾y題，使得氫氣走向?qū)嵱眠€為時(shí)過早。生物質(zhì)與煤共燃的研究現(xiàn)狀生物質(zhì)與煤共燃是一種綜合利用生物質(zhì)能和煤炭資源并同時(shí)降低

24、污染排山東大學(xué)碩士學(xué)：論文放的新型燃燒方式。煤與生物質(zhì)共燃有利于增加鍋爐效率；減少燃料消耗；減少、和化石燃料的排放；降低土壤和水污染【。李平【】等人分析了蔗糠與煤粉共燃時(shí)應(yīng)注意的問題，同時(shí)考慮了蔗糠與煤粉共燃的實(shí)例，對(duì)粉末狀生物質(zhì)在煤粉爐中的強(qiáng)化燃燒進(jìn)行了探討。盛昌棟等【】對(duì)生物質(zhì)燃料的特性、煤粉爐共燃生物質(zhì)的技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，煤粉爐共燃生物質(zhì)技術(shù)簡單，投資和運(yùn)行費(fèi)用低，不僅可大量而高效地利用生物質(zhì)發(fā)電，而且可降低現(xiàn)役燃煤電廠、的排放，社會(huì)效益顯著，值得在我國推廣和應(yīng)用。煤與生物質(zhì)共燃技術(shù)在美國和歐洲也受到關(guān)注【】。希臘利用廢木材和褐煤在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模流化床反應(yīng)器、半工業(yè)用循

25、環(huán)流化床燃燒器和工業(yè)鍋爐內(nèi)進(jìn)行共燃試驗(yàn)，連續(xù)監(jiān)測、和排放氣體，研究證實(shí)廢木材與褐煤共燃是可行的。因此加強(qiáng)對(duì)生物質(zhì)與煤共燃的研究具有重要的意義。生物質(zhì)與煤共燃的污染物排放特性（）等溫室氣體的減排由于生物質(zhì)在燃燒過程中排放出的與其生長過程中所吸收的一樣多，所以生物質(zhì)燃燒對(duì)空氣的凈排放為零。在減排的成本上，相對(duì)來說燃燒生物質(zhì)發(fā)電也是非常低的，因而它是目前最經(jīng)濟(jì)可行的減排的手段之一。馬曉茜等以廣東省生物質(zhì)與煤共燃發(fā)電技術(shù)應(yīng)用為清潔發(fā)展機(jī)制（）項(xiàng)目案例，計(jì)算了不同燃料比例時(shí)，生物質(zhì)與煤共燃發(fā)電的單位碳減排成本，結(jié)果表明，項(xiàng)目的單位碳減排成本在美元噸之間，且年處理生物質(zhì)萬時(shí)，實(shí)現(xiàn)年減排量。（）、的排放煤和

26、生物質(zhì)共燃是降低和的有效措施。肖軍，段菁春等】對(duì)低溫?zé)峤夂蟮纳镔|(zhì)燃料與煤共燃時(shí)的污染性能進(jìn)行了一定的研究，由于生物質(zhì)的揮發(fā)分含量高（一般為），因此，生物質(zhì)與煤共燃能夠有效地起到減少排放的目的。蘇仕蕓等分析了煤粉與木粉共燃情況下的生成特性，在理論上得出了煤粉與木粉共燃可以抑制生成的結(jié)論，肯定了研究山東大學(xué)碩士學(xué)位論文煤粉和木粉的共燃具有實(shí)際的意義。影響生物質(zhì)與煤共燃過程中污染物排放的因素很多，比如燃料種類及粒度，混合比例及爐溫等，下面分別對(duì)這些影響因素進(jìn)行討論。生物質(zhì)與煤共燃對(duì)降低燃燒過程中的減排作用會(huì)因生物質(zhì)本身的含量、煤種（灰成分）的不同而差別較大。劉豪等【】在管式電爐上進(jìn)行的煤和生物質(zhì)（

27、質(zhì)量比為：時(shí)）共燃的污染物排放特性分析表明：當(dāng)煤和生物質(zhì)葉混燒時(shí)，燃料轉(zhuǎn)變率降低了；當(dāng)混燒煤和樹枝時(shí)，燃料轉(zhuǎn)變率降低了。在李戈【】的生物質(zhì)廢棄物再燃降低排放的試驗(yàn)研究中，木屑還原的能力最強(qiáng)，可以達(dá)到以上，稻殼次之，橘皮最弱。在廖艷芬【】的共燃試驗(yàn)中，的排放受到生物質(zhì)析出還原性揮發(fā)分的抑制，生物質(zhì)種類不同，揮發(fā)分含量也就有所不同，其中揮發(fā)分含量越高，的減排效果越顯著，在共燃比率為條件下，減排量可達(dá)到。王晶紅【】在加入相同比例木屑的情況下，發(fā)現(xiàn)木屑與煤共燃時(shí)對(duì)排放的影響程度與煤種有關(guān)。煤與生物質(zhì)的混合比例以及爐溫也會(huì)影響到混煤的燃燒效果。從】的實(shí)驗(yàn)中可以知道，煤與木屑共燃時(shí)排放的降低程度隨煤比例的

28、增加而減小，隨溫度的升高而減少，而則隨溫度的升高而升高。沈伯雄等【】采用煤和生物質(zhì)混燒的方法來降低流化床燃燒中和的排放，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著生物質(zhì)與煤的比例增加，削減的幅度降低，而肖減的幅度基本不變。王晶紅等【】在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小型鼓泡流化床反應(yīng)器中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)證明，木屑與煤共燃可以有效的降低和的排放，并且摻入木屑的比例越大，消減的程度越強(qiáng)，但隨溫度的升高，消減程度有所下降。董長青等】針對(duì)我國城市固體廢棄物特性，在循環(huán)流化床裝置上進(jìn)行了城市固體廢棄物與煤共燃實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)開始加入城市固體廢棄物時(shí)，排放濃度迅速降低，隨著城市固體廢棄物加入量的增加，其排放濃度略微增大；當(dāng)城市固體廢棄物與煤摻燒比例恒定

29、時(shí)，隨爐溫的增加，排放濃度呈下降趨勢。溫度升高導(dǎo)致生成所需的更易于與、反應(yīng)生成，這使得均相生成最重要的反應(yīng)，作用減弱。同時(shí)溫度升高使還原反應(yīng)加強(qiáng)【，最終導(dǎo)致隨溫度升高而減少。（）的排放山東大學(xué)碩士學(xué)位論文生物質(zhì)與煤共燃可降低的排放量，原因分析如下：）和煤相比，生物質(zhì)含硫量低，因此在混燒高硫煤和生物質(zhì)時(shí)，混合燃料的含硫量降低；）在燃燒初期，氧氣主要供生物質(zhì)揮發(fā)分燃燒，限制了煤中硫的轉(zhuǎn)化；）生物質(zhì)內(nèi)部含有一定的木質(zhì)素和腐植酸，它們對(duì)有較強(qiáng)的吸附能力和具有巨大的比表面積，延緩了的析出速度；）生物質(zhì)燃料含有相對(duì)較多的、的活性成分，這些堿金屬可降低的排放，固硫的機(jī)理是由于固體硫酸鹽的形成，例如，和。的排

30、放量主要決定于燃料中的輸入量，據(jù)研究，大部分生物質(zhì)含硫量極少或不含硫，因而通過將生物質(zhì)與煤共燃能夠有效降低的排放量，減排的效果因共燃生物質(zhì)和煤種含量的不同而不同。從劉豪的實(shí)驗(yàn)中可以看出，單一煤樣的釋放峰要遠(yuǎn)高于單一的生物質(zhì)釋放峰，同時(shí)也大大超過煤和生物質(zhì)混燒時(shí)的情形，同時(shí)可以看出，在煤中加入生物質(zhì)葉后，燃料的轉(zhuǎn)變率降低了；加入生物質(zhì)枝后，燃料的轉(zhuǎn)變率降低了。年月日在山東棗莊的華電國際電力股份有限公司十里泉發(fā)電廠建成投產(chǎn)的我國首臺(tái)“煤粉一秸稈混燃”發(fā)電機(jī)組，從丹麥公司引進(jìn)秸稈發(fā)電技術(shù)，每年將燃用萬多噸秸稈，相當(dāng)于減少萬噸原煤消耗，與煤炭發(fā)電相比，利用秸稈發(fā)電技術(shù)改造后的這臺(tái)機(jī)組每年可減少二氧化硫

31、排放，可有效減少有害氣體及懸浮顆粒對(duì)大氣的污染【。張小英等，在一個(gè)小型循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，對(duì)谷殼與煤共燃降低的排放進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，著重研究了爐溫、過量空氣系數(shù)對(duì)生成特性的影響。實(shí)驗(yàn)表明：）加入一定量的谷殼后，燃燒生成的體積濃度顯著下降，谷殼與煤共燃能夠降低煤燃燒的生成量以上；加入谷殼的比例存在一個(gè)最佳范圍，不超過：）流化床溫度的變化對(duì)谷殼與煤共燃時(shí)的減排率影響較大，在。溫度范圍內(nèi)，的減排率起初隨著溫度升高而增加，在溫度為時(shí)達(dá)到峰值，之后的減排率隨著溫度升高而降低，因此，流化床存在一個(gè)最佳脫硫溫度，在張小英的實(shí)驗(yàn)中，最佳脫硫溫度約為。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文）燃燒時(shí)過量空氣系數(shù)變化對(duì)的生成量無顯著影響。

32、董長掣通過在普通燃煤鼓泡流化床中的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度升高，床層出口的濃度增大，而混燃城市生活垃圾和煤時(shí)，情況有所不同，當(dāng)混合比例恒定時(shí)，隨溫度的增加，排放濃度基本不變。生物質(zhì)在各種鍋爐中燃燒的技術(shù)概況目前開發(fā)適用于各種工業(yè)鍋爐生物質(zhì)燃燒技術(shù)，是生物質(zhì)能有效利用的重要途徑。目前有傳統(tǒng)鍋爐層燃、煤粉爐和流化床等燃燒形式，主要應(yīng)用于工業(yè)、區(qū)域供熱、發(fā)電以及熱電聯(lián)產(chǎn)等。下面主要介紹幾種傳統(tǒng)的鍋爐燃燒技術(shù)和新興的流化床燃燒技術(shù)。生物質(zhì)在傳統(tǒng)鍋爐中的燃燒傳統(tǒng)的層燃技術(shù)是指生物質(zhì)燃料鋪在爐排上形成層狀，與一次配風(fēng)相混合，逐步地進(jìn)行干燥、熱解、燃燒及還原過程，可燃?xì)怏w與二次配風(fēng)在爐排上方的空間充分混合燃燒，可分為

33、爐排式和下飼式。（）爐排式爐排形式種類較多，包括固定床、移動(dòng)爐排、旋轉(zhuǎn)爐排和振動(dòng)爐排等，可適于含水率較高，顆粒尺寸變化較大以及水分含量較高的生物質(zhì)燃料，具有較低的投資和操作成本，一般額定功率小于。在丹麥，開發(fā)了一種專門燃燒已經(jīng)打捆秸稈的燃燒爐，采用液壓式活塞將一大捆的秸稈通過輸送通道連續(xù)地輸送至水冷的移動(dòng)爐排。由于秸稈的灰熔點(diǎn)較低，通過水冷爐墻或煙氣循環(huán)的方式來控制燃燒室的溫度，使其不超過。國內(nèi)生活垃圾發(fā)電廠幾乎都采用這種爐型燃燒。（）下飼式作為一種簡單廉價(jià)的技術(shù)，廣泛的應(yīng)用于中、小型系統(tǒng)，燃料通過螺旋給料器從下部送至燃燒室，簡單、易于操作控制，適用于含灰量較低和顆粒尺寸較小的生物質(zhì)燃料。生物

34、中在煤粉爐中的燃燒煤粉爐具有燃燒效率高、燃燒完全等優(yōu)點(diǎn)，是目前大型燃煤鍋爐最為常山東大學(xué)碩士學(xué)位論文見的一種燃燒方式，采用現(xiàn)有煤粉爐混燒生物質(zhì)，只需要對(duì)現(xiàn)有燃煤電廠的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改造。如德國的凝汽發(fā)電廠，就是采用的煤粉爐燃燒方式。該電廠采用的低硫褐煤（含硫）和的農(nóng)作物秸稈、谷殼等作為燃料進(jìn)行混燒，裝機(jī)容量為】。盡管采用煤粉爐混燒生物質(zhì)和煤，可以適當(dāng)減少污染，但是受到生物質(zhì)混燒比例不能過大的限制，與循環(huán)流化床混燒相比，煤粉爐混燒的￥等氣體排放物還是較多，在氣體污染物的控制方面還是有待提高。另一方面，煤粉爐燃燒對(duì)燃料的顆粒尺寸和含水率要求較為嚴(yán)格，一般顆粒尺寸要求小于，含水率不能超過，因此生物

35、質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)就比較復(fù)雜，投資也較大。由于顆粒的尺寸較小，高燃燒強(qiáng)度還會(huì)導(dǎo)致的爐墻表面溫度較高，導(dǎo)致構(gòu)成爐墻的耐火材料損壞較快。生物質(zhì)在流化床鍋爐中的燃燒世紀(jì)年代初興起的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，具有燃燒效率高、有害氣體排放易控制、熱容量大等一系列優(yōu)點(diǎn)。流化床鍋爐適合燃用各種水分大、熱值低的生物質(zhì)，具有較廣的燃料適應(yīng)性；燃燒生物質(zhì)流化床鍋爐是大規(guī)模高效利用生物廢料最有前途的技術(shù)之一。根據(jù)生物質(zhì)原料的不同特點(diǎn)，分為鼓泡流化床技術(shù)（）和循環(huán)流化床技術(shù)（）。鑒于流化床鍋爐的上述優(yōu)點(diǎn)，西方發(fā)達(dá)國家早已采用流化床燃燒技術(shù)利用生物質(zhì)能。美國、瑞典、德國、丹麥等工業(yè)化國家生物質(zhì)能利用技術(shù)已居世界領(lǐng)先地位。國內(nèi)哈爾濱

36、工業(yè)大學(xué)早在年就進(jìn)行了生物質(zhì)燃料的流化床燃燒技術(shù)研究；浙江大學(xué)提出了用于不同規(guī)模、各種爐型的生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)的生物質(zhì)利用轉(zhuǎn)化方案。另外，為了提高生物質(zhì)在小型燃燒裝置上的利用效率，浙江大學(xué)還致力子成型燃燒技術(shù)和流化床混燒技術(shù)的研究。在國內(nèi)，浙江大學(xué)陳冠益等【】研究并設(shè)計(jì)了一臺(tái)稻殼流化床鍋爐，給出了稻殼在流化床燃燒時(shí)流化、混合和著火特性的研究結(jié)果。閻常峰等【】設(shè)計(jì)了變截面管式布風(fēng)流化床，用以研究不同顆粒粒度、不同床層高度、不同截面流速、布風(fēng)的均勻性以及非平衡布風(fēng)時(shí)顆粒的流化特性，為測試燃燒所需物料的流化特性對(duì)焚燒的著火、氣化、穩(wěn)定燃燒及污染物生成特性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在國外，等分析比較了循環(huán)流化床和鼓泡

37、流化床技術(shù)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文的特點(diǎn)及其適用場合。主要結(jié)論有：（）技術(shù)較技術(shù)有相對(duì)較高的燃燒效率；（）技術(shù)、排放較技術(shù)降低；（）提高生物質(zhì)的份額有助于提高燃燒份額和減少環(huán)境污染。采用在中生物質(zhì)與煤混燒的方式，燃燒效率可達(dá)以上，能與煤粉爐鍋爐相媲美，由于采用分級(jí)燃燒，溫度控制在范圍內(nèi)，的生成量很少。但是，煤與生物質(zhì)在中混燒目前也存在著一些問題。例如雖然排放總量有所減少，但由于流化床燃燒溫度較低，的排放濃度一般比其他燃燒方式高；又如，為了讓飛灰的再循環(huán)燃燒，一次風(fēng)機(jī)壓頭要求高電耗較大等。研究目的及研究內(nèi)容研究目的總的來說，我國在生物質(zhì)與煤共燃方面的研究與國外相比還存在著較大的差距，缺少系統(tǒng)、全面的研究數(shù)據(jù)，需要對(duì)我國生物質(zhì)混煤的污染物排放特性以及臨界流化速度方面做大量基礎(chǔ)性的工作，同時(shí)也應(yīng)該看到生物質(zhì)與煤共燃發(fā)電雖然是利用生物質(zhì)簡單方便經(jīng)濟(jì)有效的方法之一，但其利用方面還面臨著許多困難。本文對(duì)北方地區(qū)典型生物質(zhì)與煤的混合燃料在不同試驗(yàn)條件下的污染物排放特性進(jìn)行研究，并得出一些試驗(yàn)規(guī)律，對(duì)不同摻混比例生物質(zhì)混煤的臨界流化速度測定，回歸出谷殼的臨界流化速度關(guān)聯(lián)式，進(jìn)而求出雙組分混合系統(tǒng)的臨界流化速度?？梢詾檠h(huán)流化床煤和生物質(zhì)共燃技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考依據(jù)，為燃用生物質(zhì)混煤的鍋爐的合理設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)濟(jì)