论文部分内容阅读
煤炭、石油等常规能源正面临着枯竭，而一直大量消耗这类能源随之带来的污染对人类及其它生物的生存与发展产生不利影响。我国正遭遇着较其它国家更为严重的能源与环境问题。生物质能作为一种可再生的清洁能源，能够实现二氧化碳的零排放，是可替代化石燃料、解决能源与环保问题的新型能源。我国是一个农业大国，生物质产量充足，发展生物质产业有利于实现可持续低碳发展的要求。鉴于生物质颗粒燃料的优势，本文将其作为研究对象，针对秸秆类生物质普遍存在的灰熔点低、易结渣等问题展开相关研究。通过灰熔结渣实验，辅以SEM、红外、XRD等多种检测方法，从微观角度对秸秆燃烧易形成结渣的碱金属问题进行深入探讨。具体工作如下：首先，对秸秆颗粒进行了灰熔结渣实验。为了改善秸秆燃烧时易结渣的情况，选取CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2与MnO2七种不同化学试剂分别添加到玉米秸秆颗粒中，考察不同添加剂下燃料的结渣情况。结果表明，MgO、Al2O3与Fe2O3对秸秆结渣倾向都具有改善作用，其中MgO效果最明显，且在一定比例范围内，加入比例越高，改善效果越好，而加入CaO与SiO2后效果不明显，TiO2与MnO2甚至使结渣进一步恶化；根据硬度标准对燃料灰制定出相应的结渣判别方法，并依据此方法对不同燃料灰进行结渣指数判别；通过比较不同温度下燃料灰的结渣情况，分析了影响结渣倾向的因素。结果表明，温度对燃料的结渣倾向影响较大，且温度越高，结渣程度越严重。其次，从微观角度对不同燃料灰进行了表面组织结构及物相变换分析。利用SEM电子显微镜对不同温度下加入不同添加剂的燃料灰进行考察，对比分析不同条件下灰的结构组织，得出不同结渣程度时灰的形貌特征各异：未结渣的灰样组织形态松散，有大量空隙存在，组织间有相连也有离散；轻微结渣以及中等结渣时的灰样组织形态以各种块状、枝条及网状形态相连而成为一体，组织内有少量空隙存在；严重结渣的灰样组织形态以具有大小不一孔洞的光滑表面为主，表面间无空隙存在，完全表现为熔融状态。采用FITR傅里叶变换红外光谱以及XRD衍射法对不同温度下不同燃料灰进行碱金属成分考察。分析表明：除TiO2外，其余几种添加剂均不同程度地参与了化学反应，生成新的物质成分，这些新物质以不同金属硅酸盐为主，且随着添加剂比例的增加，新物质所占的比例也发生变化。考察加入MgO、Fe2O3与Al2O3这三种添加剂后的谱图发现；生成的铁盐与镁盐对秸秆的结渣倾向有很好的改善效果，而钙盐含量的高低对秸秆结渣倾向起着决定性的作用，钙盐含量越高，其结渣倾向越明显，且温度的高低对秸秆灰成分中不同碱金属盐成分也有较大的影响。通过控制钙盐含量的高低以及温度可以改变秸秆的结渣倾向。最后，对加入MgO、Fe2O3与Al2O3三种添加剂的秸颗粒灰分别进行灰熔性试验，得出这三种添加剂均能有效提高秸秆的灰熔点，其中对秸秆灰熔性改善效果最突出的是Al2O3，其次是MgO，最后是Fe2O3。为了制备出适用于生物质锅炉，且结渣性与灰熔性均较好的燃料，选取Fe2O3、MgO、Al2O3三种效果较好的添加剂掺入秸秆中，对复合燃料进行正交试验分析，得出了若干适合不同工况的配比方案。