【摘要】：我國(guó)正面臨著嚴(yán)峻的化石能源危機(jī)以及環(huán)境污染問(wèn)題,作為可再生能源,生物質(zhì)燃料的應(yīng)用是改善這一現(xiàn)狀的合適途徑。大量實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及研究證明在燃煤電站中直接摻燒生物質(zhì)是低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、前景好的利用方法,然而灰沉積問(wèn)題嚴(yán)重制約了生物質(zhì)摻燒的推廣,因此開(kāi)展煤與生物質(zhì)摻燒灰沉積問(wèn)題的研究具有重要意義。本文一方面對(duì)煤與生物質(zhì)摻混灰的燒結(jié)熔融特性開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室研究,基于燒結(jié)探針和圖像處理技術(shù)獲得灰塊形態(tài)收縮參數(shù),結(jié)合XRD,SEM-EDS等方法分析不同生物質(zhì)及摻混比例的影響;另一方面在300KW一維爐中開(kāi)展煤與生物質(zhì)摻燒的中試試驗(yàn),利用灰沉積探針、CCD監(jiān)視系統(tǒng)和溫度采集裝置實(shí)現(xiàn)灰渣厚度及熱流密度的在線(xiàn)測(cè)量,對(duì)灰渣的微觀結(jié)構(gòu)及礦物質(zhì)成分進(jìn)行分析,研究典型生物質(zhì)對(duì)不同灰熔點(diǎn)煤的積灰結(jié)渣的影響。以下為具體的研究?jī)?nèi)容:首先,利用臥式爐燒結(jié)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)東褐煤與六種生物質(zhì)摻混灰的燒結(jié)熔融特性開(kāi)展了詳細(xì)研究。結(jié)果表明摻混玉米秸稈灰與稻殼灰促進(jìn)了堿金屬礦物質(zhì)和Ca-Si-Al-O系低熔共晶體的形成,從而促進(jìn)了煤灰的燒結(jié)熔融;而木屑灰、瓜子殼灰、松子殼灰和核桃殼灰起到抑制作用,其中木屑灰的影響最為顯著,其富含的鈣基礦物質(zhì)傾向于與煤灰中的硅鋁酸鹽類(lèi)礦物質(zhì)反應(yīng)促進(jìn)高熔點(diǎn)的鈣鋁黃長(zhǎng)石的形成。第二,利用金相顯微鏡和圖像處理技術(shù)研究準(zhǔn)東煤與玉米秸稈灰摻混燒結(jié)過(guò)程中氣泡的形成特性,獲得了氣泡數(shù)量、面積和孔隙率等參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律。結(jié)果顯示低比例的生物質(zhì)灰影響較小,摻混50%玉米秸稈灰則顯著改變灰中礦物質(zhì)分布,促進(jìn)氣態(tài)物質(zhì)的形成,使得氣泡形成時(shí)間提前。第三,研究玉米秸稈灰和木屑灰分別與不同熔點(diǎn)煤灰摻混的燒結(jié)熔融特性。玉米秸稈灰對(duì)兩種煤灰的燒結(jié)熔融都有促進(jìn)作用,且隨著摻混比例增大促進(jìn)作用更為顯著,原因是生物質(zhì)灰與煤灰之間的反應(yīng)抑制了高熔點(diǎn)物質(zhì)的形成。摻混高比例木屑灰促進(jìn)了高熔點(diǎn)山西煤灰的燒結(jié),原因在于抑制了高熔點(diǎn)莫來(lái)石的形成;而與低熔點(diǎn)神華煤摻混時(shí),燒結(jié)熔融程度下降,高熔點(diǎn)鈣鋁黃長(zhǎng)石的形成是主要原因。第四,在一維爐中開(kāi)展木屑與山西煤摻燒的灰沉積實(shí)驗(yàn),考察了木屑摻燒比例和爐膛溫度對(duì)積灰結(jié)渣的影響。結(jié)果表明盡管木屑的灰分較低,摻燒木屑能夠顯著加劇高熔點(diǎn)煤的積灰結(jié)渣現(xiàn)象,灰渣厚度隨著摻燒比例提高而增大,木屑中高含量的鈣元素發(fā)揮了重要作用。一方面減少了高熔點(diǎn)莫來(lái)石的生成,另一方面促進(jìn)灰渣中鈣基硫酸鹽類(lèi)礦物質(zhì)的形成,并進(jìn)一步分解形成低熔點(diǎn)物質(zhì)。摻燒10%木屑時(shí),較低爐膛溫度下發(fā)生了頻繁的掉渣現(xiàn)象,而較高的爐膛溫度會(huì)加劇積灰結(jié)渣,掉渣現(xiàn)象消失。第五,為了驗(yàn)證鈣元素在木屑促進(jìn)高熔點(diǎn)煙煤灰沉積中發(fā)揮的作用,研究氧化鈣添加劑對(duì)山西大同煤積灰結(jié)渣的影響,實(shí)驗(yàn)中監(jiān)測(cè)煙氣中二氧化硫的濃度。氧化鈣添加劑顯著加劇了煤的灰沉積行為,并降低了煙氣中的二氧化硫含量,說(shuō)明氧化鈣與二氧化硫發(fā)生反應(yīng),促進(jìn)了鈣基硫酸鹽類(lèi)型的積灰結(jié)渣。最后,研究木屑和玉米秸稈與神華煤摻燒的積灰結(jié)渣特性。摻燒玉米秸稈能夠顯著加劇結(jié)渣傾向,導(dǎo)致嚴(yán)重的傳熱惡化,并減小飛灰顆粒的平均粒徑。摻燒木屑則抑制了結(jié)渣,比例提高到10%后沒(méi)有產(chǎn)生成型的灰渣,飛灰顆粒粒徑增大。不同工況飛灰的礦物質(zhì)分布差異很小,說(shuō)明摻燒生物質(zhì)主要通過(guò)揮發(fā)性物質(zhì)影響結(jié)渣。
【圖文】：

１．１研究背景逡逑富煤、貧油、少氣是我國(guó)最突出的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直接決定了我國(guó)的一次能逡逑源以煤炭為主。圖１．１為２０１６年我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖，其中煤炭的消費(fèi)量逡逑份額占到６１．８，比石油、天然氣消費(fèi)量之和的兩倍還多。２０１６年底，我國(guó)煤炭全逡逑部探明儲(chǔ)量達(dá)到２４４０．１億噸，僅次于美國(guó)，占世界煤炭總儲(chǔ)量２１．４％⑴。作為我逡逑國(guó)主要能源，如此巨大的煤炭?jī)?chǔ)量保障了國(guó)家的能源安全，也使得我國(guó)一次能源逡逑中煤炭占主要地位的能源結(jié)構(gòu)在未來(lái)幾十年內(nèi)不會(huì)發(fā)生改變。圖１．２所示為２００８逡逑到２０１６年我國(guó)煤炭消費(fèi)量情況，在２００８年世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)后，，我國(guó)煤炭消費(fèi)量依逡逑然保持較快的增長(zhǎng)速度，在２０１３年徶到近年來(lái)的最高值，為１９６９．１百萬(wàn)噸油當(dāng)逡逑量，占世界消費(fèi)量份額也顯著提高。在近三年我國(guó)煤炭消費(fèi)量開(kāi)始回落，但占世逡逑界消費(fèi)量的份額仍然在提高，在２０１６年徸到５０．６％。逡逑２．８％逡逑８．６％逡逑Ｖ邋石油逡逑■天然氣逡逑Ｍ邋煤炭逡逑［Ｉ□核能逡逑Ｍ水電逡逑６１．８％邐ｌ￣￣Ｉ可再生能源逡逑圖１．１邋２０１５年我國(guó)一次能源消費(fèi)量結(jié)構(gòu)圖⑴逡逑自２００９年起

１．１研究背景逡逑富煤、貧油、少氣是我國(guó)最突出的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直接決定了我國(guó)的一次能逡逑源以煤炭為主。圖１．１為２０１６年我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖，其中煤炭的消費(fèi)量逡逑份額占到６１．８，比石油、天然氣消費(fèi)量之和的兩倍還多。２０１６年底，我國(guó)煤炭全逡逑部探明儲(chǔ)量達(dá)到２４４０．１億噸，僅次于美國(guó)，占世界煤炭總儲(chǔ)量２１．４％⑴。作為我逡逑國(guó)主要能源，如此巨大的煤炭?jī)?chǔ)量保障了國(guó)家的能源安全，也使得我國(guó)一次能源逡逑中煤炭占主要地位的能源結(jié)構(gòu)在未來(lái)幾十年內(nèi)不會(huì)發(fā)生改變。圖１．２所示為２００８逡逑到２０１６年我國(guó)煤炭消費(fèi)量情況，在２００８年世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)后，我國(guó)煤炭消費(fèi)量依逡逑然保持較快的增長(zhǎng)速度，在２０１３年徶到近年來(lái)的最高值，為１９６９．１百萬(wàn)噸油當(dāng)逡逑量，占世界消費(fèi)量份額也顯著提高。在近三年我國(guó)煤炭消費(fèi)量開(kāi)始回落，但占世逡逑界消費(fèi)量的份額仍然在提高，在２０１６年徸到５０．６％。逡逑２．８％逡逑８．６％逡逑Ｖ邋石油逡逑■天然氣逡逑Ｍ邋煤炭逡逑［Ｉ□核能逡逑Ｍ水電逡逑６１．８％邐ｌ￣￣Ｉ可再生能源逡逑圖１．１邋２０１５年我國(guó)一次能源消費(fèi)量結(jié)構(gòu)圖⑴逡逑自２００９年起
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TK16

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2663895