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时间:2019-12-14 13:08:49 作者:太阳城真人注册 浏览量:51039

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  [17]LIMOUSY L,JEGUIRIM M,DUTOURNIÉ P,et al. Gaseous products and particulate matter emissions of biomass residential boiler fired with spent coffee grounds pellets. Fuel,2013,107:323-329.

  [13]VAN DER STELT M J C,GERHAUSER H,KIEL J H A,et al.Biomass upgrading by torrefaction for the production of biofuels:A review. Biomass and Bioenergy,2011,35(9):3748-3762.

  2.2.1进料速率对烟气中NO、NO2和NOx含量的影响

  3结论

,见下图

  [7]CARDOZO E,ERLICH C,ALEJO L,et al. Combustion of agricultural residues: An experimental study for small- scale applications. Fuel,2014,115:778-787.

  将一定量的颗粒加入料仓中,启动电源后按设定好的程序运行,依次为:送料(20s)→点火(4min)→点火成功、正常运行(间隙进料)→稳定燃烧→停止进料,继续燃烧15min后结束。进料机构采用间歇进料(周期进料)方式送料,即上螺杆按工作几秒停顿几秒为一个周期,下螺杆则连续运转。采用双螺杆机构与间隙进料的主要目的是有效防止燃烧室回火而“返烧”料仓内的颗粒燃料[8]。

  参考文献(References):

,见下图

  1材料与方法

,如下图

  [15]REN Q Q,ZHAO C S. Evolution of fuel-N in gas phase during biomass pyrolysis. Renewable and Sustainable Energy Review,2015,50:408-418.

  [19]GONZÁLEZ J F,LEDESMA B,ALKASSIR A,et al. Study of the influence of the composition of several biomass pellets on the drying process. Biomass and Bioenergy,2011,35(10):4399-4406.

如下图

,如下图

,见图

全自动捕鱼网视频  CO含量随时间的变化可直接反映炉膛内燃烧状况的稳定性。图3为不同进料速率下烟气中CO含量随运行时间的变化。从中可知:在进料方式为2/13时,CO含量随时间变化波动最大,说明在此工况下炉膛内燃烧状况波动较大,在测试时间到80s时,出现了一个明显的峰值,可能是此时颗粒在炉膛内的堆积量达到最大,由于不完全燃烧产生的CO骤然增加,随后燃烧速度加快,进料量和燃烧速度达到了新的平衡,CO含量波动减小;CO含量随时间变化曲线从峰谷到峰顶大概持续15s左右,最大值和最小值分别出现在进料结束时和停顿结束时,与进料周期基本吻合。在其他几种进料方式下虽然烟气中CO含量波动幅度不大,但是也基本呈周期性变化,且与其对应的进料周期相吻合。由此可见,在间歇进料方式中,进料时间不能过长,否则会造成颗粒堆积量增加,燃烧不完全,CO污染物排放量升高。

  图4为进料速率对NO、NO2和NOx含量的影响。从中可以看出,NO、NO2与NOx含量的变化基本相似。随进料速率的减小,烟气中NOx含量呈现出先降低后升高的变化趋势:进料方式为2/13时,出现最大值(78mg/Nm3),2/19时达到最小值(8.8mg/Nm3),相应地,由热电偶传感器检测的炉膛下部温度达到最大值758℃;当进料方式为2/21时,NOx含量却明显升高,相应地,炉膛下部温度降低至375℃。说明在一定温度范围内,温度增加有利于抑制NOx的生成而降低排放。在本研究工况下,生物质颗粒燃烧未达到空气中N2向NOx转化的温度(1300℃以上),基本上不产生热力型NOx[15-16]。因木质颗粒中N元素含量低,NOx主要来自于燃料中N的氧化,故在不同进料速率下,烟气中NOx含量均较低。由图2与图4可以看出,随进料速率的降低,烟气中NOx含量的变化与CO的变化趋势相似,均呈现先降低后升高的变化[17-18]。

  [14]ROY M M,DUTTA A,CORSCADDEN K. An experimental study of combustion and emissions of biomass pellets in a prototype pellet furnace. Applied Energy,2013,108:298-307.

  1材料与方法

  2结果与讨论

  [2]张学敏,张永亮,姚宗路,等.不同进料方式燃烧器对生物质燃料颗粒物排放特性的影响. 农业工程学报,2014,30(12):200-207.

  [17]LIMOUSY L,JEGUIRIM M,DUTOURNIÉ P,et al. Gaseous products and particulate matter emissions of biomass residential boiler fired with spent coffee grounds pellets. Fuel,2013,107:323-329.

  1.3试验方法

  [12]WIINIKKA H,GEBART R. The influence of air distribution rate on particle emissions in fixed bed combustion of biomass.Combustion Science and Technology,2005,177(9):1747-1766.

  [13]VAN DER STELT M J C,GERHAUSER H,KIEL J H A,et al.Biomass upgrading by torrefaction for the production of biofuels:A review. Biomass and Bioenergy,2011,35(9):3748-3762.

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  3.2在不同进料速率下NOx含量的变化趋势与CO基本一致。在进料方式为2/19(平均进料速率为5.0kg/h)时NOx含量达到最小值8.8mg/Nm3,进料方式为2/13(平均进料速率为6.9kg/h)时出现最大值78mg/Nm3。在不同进料速率下NOx没有呈现周期性变化,当进料方式为2/19和2/17时,NOx随时间的波动幅度较小。

  2.2.1进料速率对烟气中NO、NO2和NOx含量的影响

  进料速率是颗粒燃烧器的重要工况参数之一,与燃烧器热负荷和污染物排放量直接相关。燃烧器经优化设计并加工定型后,燃烧室和进风量配置等结构参数就已被确定,因此,进料速率的合理调控成为关键因素。进料速率过大会导致供氧不足,烟气中CO、NOx等污染物排放量高,污染环境[3]。进料速率过小既达不到需要的热负荷,又因供入空气量过多,导致可燃气体在炉膛中停留时间过短,引起不完全燃烧,同样会增加污染物排放[4]。

  1.3.3一次进风与二次进风流量的测定

  烟气中CO、NO、NO2、NOx和O2含量检测:参考《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》(HJ/T 76—2007),用Testo350烟气分析仪(Testo公司,德国)完成。该检测仪的NOx含量为NO与NO2之和。根据检测仪要求,待燃烧器运行稳定后(炉膛温度几乎不变),将烟气探针固定在距离炉体上方50cm、并与烟囱横截面呈30~45°夹角处。测量前校准烟气分析仪,检测时间5min,采样频率10s/次,自动保存每10s内各烟气成分的平均值、最大值、最小值等数据。

  1.2.1生物质颗粒燃烧器试验平台

1.

进料速率对生物质颗粒燃烧烟气排放特性的影响

  2.1烟气中CO和O2含量

  [1]王月乔,田宜水,侯书林,等.生物质颗粒燃烧器燃料适应性试验.农业工程学报,2014,30(7):197-205.

杨国锋1,余有芳2,盛奎川1

  DIAS等[5]在研究进料速率与CO含量的关系时发现,在过量空气系数不变的情况下,当进料速率从5kg/h逐渐增加到6kg/h时,烟气中CO含量逐渐降低,随着进料速率的继续增加CO含量又开始升高。另外,有学者研究发现,在进料速率增加的初始阶段通入炉膛内的空气未被完全利用,随着进料速率的继续增加使其充分利用,CO含量开始降低,当进料速率超过某个临界值后,炉膛内出现了缺氧燃烧,CO含量再次升高[6-7]。综上,现有研究主要集中在进料速率对CO排放的影响,而进料速率对NOx排放的影响却鲜见报道,且烟气中污染物含量随燃烧器运行时间的波动特征尚不清楚。因此,本文以一种小型热水锅炉配套的生物质颗粒燃烧器为对象,研究颗粒燃料进料速率对烟气中CO和NOx等含量的影响,考察CO与NOx排放量随燃烧器运行时间的波动特征及变化规律,为合理选择进料速率、降低生物质颗粒在燃烧过程中污染物的排放提供理论依据。

2.  3.2在不同进料速率下NOx含量的变化趋势与CO基本一致。在进料方式为2/19(平均进料速率为5.0kg/h)时NOx含量达到最小值8.8mg/Nm3,进料方式为2/13(平均进料速率为6.9kg/h)时出现最大值78mg/Nm3。在不同进料速率下NOx没有呈现周期性变化,当进料方式为2/19和2/17时,NOx随时间的波动幅度较小。

  在不同进料速率下烟气中NOx含量随时间的波动如图5所示。从中可知,NOx没有呈现周期性变化。当进料方式为2/19和2/17时,NOx含量随时间波动很小。当进料方式为2/15和2/13时,其随时间波动幅度相对较大。可能是当进料速率增加时,炉膛内颗粒在某个时刻出现了堆积,导致燃烧状况不稳定,促进了NOx的产生及排放浓度出现变化。如前所述,NOx的主要来源是原料中N元素的转化,因此,进料速率与原料中N元素向NOx转化密切相关,即进料速率越大,就会有更多的原料中的N元素进入炉膛内[19-20]。可见,进料速率不仅影响烟气中NOx含量,还会影响其波动幅度。

  3结论

3.  [3]MORÁN J,GRANADA E,MÍGUEZ J L,et al. Use of grey relational analysis to assess and optimize small biomass boilers.Fuel Processing Technology,2006,87(2):123-127.

  图4为进料速率对NO、NO2和NOx含量的影响。从中可以看出,NO、NO2与NOx含量的变化基本相似。随进料速率的减小,烟气中NOx含量呈现出先降低后升高的变化趋势:进料方式为2/13时,出现最大值(78mg/Nm3),2/19时达到最小值(8.8mg/Nm3),相应地,由热电偶传感器检测的炉膛下部温度达到最大值758℃;当进料方式为2/21时,NOx含量却明显升高,相应地,炉膛下部温度降低至375℃。说明在一定温度范围内,温度增加有利于抑制NOx的生成而降低排放。在本研究工况下,生物质颗粒燃烧未达到空气中N2向NOx转化的温度(1300℃以上),基本上不产生热力型NOx[15-16]。因木质颗粒中N元素含量低,NOx主要来自于燃料中N的氧化,故在不同进料速率下,烟气中NOx含量均较低。由图2与图4可以看出,随进料速率的降低,烟气中NOx含量的变化与CO的变化趋势相似,均呈现先降低后升高的变化[17-18]。

  1.3.3一次进风与二次进风流量的测定

  一、二次进风分别由2个相同型号的离心风机提供,在风机进风口前端安装调节风量大小的蝴蝶阀,风机出风口前端15倍直径(60cm)处安装涡街流量计用于测量气体流量。二次风比例以二次风量/总风量表示,总风量为一次与二次风量之和。

4.

  2.2.1进料速率对烟气中NO、NO2和NOx含量的影响

  [6]QIU G Q. Testing of flue gas emissions of a biomass pellet boiler and abatement of particle emissions. Renewable Energy,2013,50:94-102.

  以浙江省兰溪市田农新能源科技有限公司制造的5G-20/85-0.23型生物质颗粒热水锅炉中使用的燃烧器为基础,本课题组自行设计搭建成生物质颗粒燃烧器试验平台,主要由炉体、进料系统、调控及检测仪器等组成,其结构示意图如图1所示。炉体由内及外依次为炉膛隔热层和保温层,炉体从底部到上部依次是灰渣收集室→炉排(一次进风口)→燃烧室→二次进风口→冷却水管等;采用轴向平行的双螺杆进料机构;风量调节及检测仪器主要有:130FLJ2WYD4-2离心风机(上海新兴机电集团有限公司),SLDLUGB-DN40智能一体式涡街流量计(南京顺来达仪表有限公司),实验室自制的手动风量蝴蝶阀调节装置(管道内径110mm,长度1200mm)。

  [15]REN Q Q,ZHAO C S. Evolution of fuel-N in gas phase during biomass pyrolysis. Renewable and Sustainable Energy Review,2015,50:408-418.

进料速率对生物质颗粒燃烧烟气排放特性的影响  进料方式在2/13~2/19之间变化时CO含量逐渐降低:说明随着平均进料速率的减小,炉膛内燃烧状况得到改善,燃烧更加充分。这主要是由于过量空气系数和二次风比例保持不变,进料速率的降低增加了送风中O2与挥发分的混合时间,使两者混合更加充分[14]。进料方式从2/17变为2/19时,CO从146mg/Nm3直接降到66mg/Nm3,降低了55%:说明在此变化过程中释放的CO含量大幅减少并且挥发分燃烧更加完全。在进料方式为2/21时CO含量明显升高,增加了2倍以上,出现最大值(205mg/Nm3)。这是因为在进料速率继续降低后,炉栅上方的颗粒燃料层出现“烧穿”现象,也即通过炉栅下方进入的一次风发生“漏风”现象,进入炉膛的空气停留时间缩短,将颗粒热解产生的部分CO带走,来不及与进风中的O2混合燃烧而从炉膛上部烟气出口排出,因而导致烟气中CO含量明显升高。

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  [18]STUBENBERGER G,SCHARLER R,ZAHIROVIĆ S,et al.Experimental investigation of nitrogen species release from different solid biomass fuels as a basis for release models. Fuel,2008,87(6):793-806.

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  [17]LIMOUSY L,JEGUIRIM M,DUTOURNIÉ P,et al. Gaseous products and particulate matter emissions of biomass residential boiler fired with spent coffee grounds pellets. Fuel,2013,107:323-329.

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