生物质煤混合燃烧SO2排放特性研究.doc
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1、生物质煤混合燃烧SO2排放特性研究摘要:在自行研制的小型循环流化床试验台上,对生物质与褐煤混合燃烧烟气中SO2排放状况进行了研究。试验选取四种不同生物质(葵花秸秆、玉米秸秆、沙柳枝条、柳树枝条)与褐煤混合,在不同生物质种类、掺混比例和床温试验条件下测定了燃烧烟气中SO2析出状况;结果表明:掺混不同生物质,SO2析出程度存在明显差异;生物质掺混比例越高,SO2排放量越小;本文所选床温范围内,随着温度的升高,SO2排放量逐渐增大。我国作为农业大国,生物质资源丰富。农业生物质资源主要包括农作物秸秆和农业加工业废弃物,常见秸秆包括小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、葵花秸秆等。由于生物质具有挥发分含量高,着
2、火温度低,含硫量低,成灰量低等特性,是一种清洁的可再生能源。随着能源利用技术的发展,生物质能的利用途径和方式得到了扩展,例如生物质直燃发电,生物质混煤燃烧发电。生物质能源的利用,一方面缓解了一次能源的消耗,另一方面减少了大气污染物的排放,是一种利用价值很高的可再生清洁能源1-2。生物质资源化利用中,生物质混煤燃烧具有很高的研究价值。由于生物质本身硫含量低,并且生物质本身含有一定量的碱金属元素,可以固化一部分燃烧烟气中的SO2,一定程度上减少了污染气体的排放3-4。本文主要研究生物质混煤燃烧的SO2排放特性,为生物质混煤燃烧污染物控制提供一定的理论依据。1试验1.1试验原料试验所选煤种为褐煤,生
3、物质选择葵花秸秆、玉米秸秆、沙柳枝条、柳树枝条4种内蒙古常见种类,所有原材料均经过研磨筛分,褐煤试验用粒径选择6080目,4种生物质试验用粒径选择4060目,试验用混合燃料质量为40g。1.2试验仪器1.2.1循环流化床燃烧设备燃烧试验设备为自行研制的36kW/h小型循环流化床系统,采用电加热,如图1所示,试验设备包括送风系统、给料系统、引风系统和电加热系统。炉膛整体高度为250cm,炉膛底部布风板直径为5cm;给料系统包括料斗及电动螺旋给料机,螺旋给料的同时辅以送料风,保证给料的连续充足。通过螺旋给料机转速调节钮,可以改变给料速度;给料机的转速可调值为0100r/min。通过转子流量计可调节
4、送料风、一次风、二次风的大小。一、二次风以及送料风的布设位置分别为炉底布风板、炉膛中部及燃料入口处。燃烧过程中烟气冷却除尘后,利用烟气分析仪分析气体中SO2含量,烟气最后通过引风机排入大气。1.2.2烟气分析仪本试验使用的是德国德图公司生产的Testo350型烟气分析仪,主要是用来测量烟气中的SO2含量。烟气取样位置布设在烟道尾部中央,采样时间间隔为1s,通过烟气分析仪配套的实时测量软件,测得烟气内SO2的排放质量浓度。1.3试验数据处理试验数据处理方案:每20s为一个计算区间,利用公式(1)计算出所选区间内烟气中S含量。所有试验数据处理均采用引风机流量作为烟气流量,会导致计算结果偏大,但不影
5、响试验数据规律的分析。2试验结果与分析2.1不同生物质种类条件下生物质混煤燃烧的SO2析出曲线试验条件为900恒温,试验原料选用褐煤、褐煤葵花秸秆、褐煤玉米秸秆、褐煤柳树枝条、褐煤沙柳枝条,褐煤生物质混合燃料混合比例均为82。褐煤及混合燃料总质量均为40g,试验结果如图2、图3所示。图2褐煤与不同生物质掺混燃烧烟气内SO2含量如图2,020s时间区段内,褐煤葵花、褐煤玉米混合燃料SO2排放量差异不明显;褐煤柳树、褐煤沙柳SO2排放量均低于其他3种燃料。2040s时间区段内,褐煤等5种混合燃料的SO2排放量均随着时间的延长,排放量不断上升。4060s时间区段内褐煤沙柳及褐煤葵花混合燃料均呈现出下
6、降趋势。葵花、玉米作为秸秆类生物质,在此区段内SO2排放量差异明显。4种生物质混煤燃料中褐煤玉米秸秆的SO2排放量最高,褐煤柳树的SO2排放量最低。如图3,4种生物质混煤燃料的最大SO2排放量存在较明显差异。在060s时间区段内,褐煤玉米混合燃料最大SO2排放质量浓度最高,褐煤柳树混合燃料的最大SO2排放质量浓度最低。040s时间区段内,褐煤玉米及褐煤葵花混合燃料SO2排放量差异不明显。由元素分析数据可知,葵花秸秆、玉米秸秆内S元素含量差异较小,导致此时间区段内SO2排放量差异不明显。4060s时间区段内,葵花、玉米秸秆混煤燃料SO2排放量呈现明显差异,分析原因为,随燃烧的进行,混合燃料内灰分
7、含量不断增加,生物质灰分可能会阻塞煤粉燃烧形成的焦炭孔5。由工业分析数据可知,玉米秸秆灰分含量明显高于葵花秸秆,从而导致燃烧后期葵花秸秆烟气中SO2含量高于玉米秸秆。褐煤内掺混一定量的生物质,烟气中SO2含量及最大排放质量浓度均有一定程度的降低,说明煤中掺混生物质可以减少烟气中SO2的排放量。沙柳褐煤及柳树褐煤混合燃料SO2排放量低于玉米褐煤及葵花褐煤混合燃料SO2排放量;分析原因,沙柳、柳树为木质类生物质,研磨后因流动性较差,进料不均匀,导致所选试验区段内SO2析出不明显。对比图中4种混合燃料烟气中SO2含量可知,生物质种类对混合燃料烟气内SO2含量的影响较为明显。主要原因在于生物质内碱金属
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