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生物质燃料颗粒热压成型过程分析 被引量：4
1
作者 张守玉 黄健添 +8 位作者 郎森 张邢佳 陈旭阳 梁宁 吕邦勇 杨楚轲 胡南 吴玉新 吕俊复 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1123-1137,共15页
“双碳”战略下,生物质因其可再生、低污染和“零”碳排等优点而备受关注。生物质成型制备燃料颗粒能有效地解决其结构松散、能量密度低等问题,可用作化石燃料的替代品,对于新型能源体系的建设具有重要意义。笔者概述了生物质热压成型... “双碳”战略下,生物质因其可再生、低污染和“零”碳排等优点而备受关注。生物质成型制备燃料颗粒能有效地解决其结构松散、能量密度低等问题,可用作化石燃料的替代品,对于新型能源体系的建设具有重要意义。笔者概述了生物质热压成型过程的影响因素,分析并探讨了热压成型过程中生物质颗粒的演变行为和结合机制。生物质成型工艺主要包括冷压成型和热压成型。与冷压成型相比,热压成型能耗较低,制得成型燃料品质较高。生物质含水率(4%~15%)对其成型燃料密度影响较大,成型温度(70~150℃)影响较小,成型压力(60~130 MPa)和原料粒度(<2.5 mm)对其成型燃料密度的影响因生物质种类不同而存在较大差异。生物质热压成型过程中纤维素主要起骨架支撑作用,半纤维素、木质素则起到黏结剂作用。在热压成型的微观过程中,生物质颗粒经惯性移动后黏弹塑性变形,形成机械互锁。脆性颗粒破碎后释放出天然黏性成分,在水分、温度和压力的共同作用下形成颗粒间桥接。机械互锁和桥接缩小了生物质分子间的距离,促进了分子间作用力的产生。在对生物质热压成型机制认识的基础上,利用不同生物质掺混或水热等预处理手段对生物质组分进行调控可提高燃料颗粒的品质。利用分子动力学手段对生物质成型过程进行仿真模拟,可获得生物质组分分子间的键合机制,有利于进一步探究生物质热压成型机制,对生物质成型燃料乃至成型材料的制备有着重要的指导意义。 展开更多
关键词 生物质 成型 分子间作用力 机械互锁 桥接
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氯化钠蒸气对高钠煤煤灰钠捕获性能及其烧结温度的影响 被引量：4
2
作者 张守玉 徐梓航 +6 位作者 黄东东 郎森 刘思梦 杨济凡 周义 胡南 吴玉新 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期452-459,共8页
新疆的高钠煤是一种开采成本低、灰分低、含硫量低的优质燃料,但较高的钠含量导致其在燃烧利用的过程中易出现沾污结渣等现象,严重阻碍了高钠煤的开发利用。以2种高钠煤(五彩湾煤(WCW)、哈密煤(HM))和1种低钠煤(平朔煤(PS))作为实验对象... 新疆的高钠煤是一种开采成本低、灰分低、含硫量低的优质燃料,但较高的钠含量导致其在燃烧利用的过程中易出现沾污结渣等现象,严重阻碍了高钠煤的开发利用。以2种高钠煤(五彩湾煤(WCW)、哈密煤(HM))和1种低钠煤(平朔煤(PS))作为实验对象,在900℃下燃烧制灰,并将所制煤灰置于38%、51%和76%的NaCl蒸气下进行钠捕获实验,使用ICP-OES测得钠捕获前后煤灰的钠含量,采用XRD分析钠捕获前后煤灰中矿物质的变化,采用压降法测量钠捕获前后煤灰的烧结温度,深入探究不同NaCl蒸气体积分数下煤灰烧结特性的衍变规律。结果表明:在3种NaCl蒸气体积分数下,3种煤灰样品中PS煤灰的钠捕获量最大,HM煤灰次之,WCW煤灰最低。Si、Al能增强煤灰的钠捕获性能,而Ca则会与Si、Al发生反应,从而抑制Si、Al对NaCl蒸气的化学固定,不利于煤灰的钠捕获。随NaCl蒸气体积分数升高,钠捕获量增大,煤灰的烧结温度降低幅度与其钠捕获量呈正相关。HM、WCW煤灰烧结温度降低幅度均大于PS煤灰,一方面是由于HM和WCW煤灰固钠后生成的含钠化合物的熔点低于PS煤灰,另一方面NaCl蒸气体积分数升高促进了低熔点含钠化合物的生成。PS煤灰在900℃下尚未发生烧结,其结构疏松、内部孔隙多,与NaCl蒸气反应完全程度相对较高,其烧结温度受NaCl蒸气体积分数影响最小。 展开更多
关键词 高钠煤 钠捕获 燃烧 煤灰 烧结温度
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逐级萃取对高钠煤灰钠捕获性能的影响 被引量：2
3
作者 郎森 张守玉 +6 位作者 常明 黄东东 周义 杨济凡 刘思梦 胡南 吴玉新 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期4517-4525,共9页
新疆高钠煤储量丰富、燃烧性能好,具有极大的开发利用潜力。但由于该煤种钠含量较高,在燃用过程中极易造成锅炉受热面沾污结渣等问题,严重限制了其开发利用。以五彩湾煤为研究对象,进行水-醋酸铵溶液-HCl溶液逐级萃取并燃烧制灰,再进行... 新疆高钠煤储量丰富、燃烧性能好,具有极大的开发利用潜力。但由于该煤种钠含量较高,在燃用过程中极易造成锅炉受热面沾污结渣等问题,严重限制了其开发利用。以五彩湾煤为研究对象,进行水-醋酸铵溶液-HCl溶液逐级萃取并燃烧制灰,再进行钠捕获实验。利用电感耦合等离子原子发射光谱(ICP-OES)分析各萃取等级煤灰在不同反应温度下的钠捕获量,结合X-射线衍射分析研究逐级萃取对五彩湾煤灰钠捕获性能的影响。同时,以哈密煤为对比样品,并参照哈密煤灰分组成向五彩湾煤中掺入SiO_(2)和Al_(2)O_(3)添加剂,探究硅、铝含量对五彩湾煤灰钠捕获性能的影响。结果表明:逐级萃取可降低五彩湾煤灰中的钙含量,从而抑制硅灰石(CaSi_(3)O_(9))、铝酸钙(Ca_(12)Al_(14)O_(33))等含钙物质的生成,有利于煤灰中硅、铝物质对钠的捕获。经水、醋酸铵溶液萃取后制备的五彩湾煤灰(WCW-A2-900)在900℃反应温度下的钠捕获量最高,较原煤灰提升了125.23%。随着钠捕获反应温度的升高,煤灰中的硅、铝物质与钠蒸气生成稳定的硅铝酸盐固定在煤灰中,表现为钠捕获性能增强。但当反应温度超过900℃时,WCW-A2-900与WCW-A3-900的钠捕获量由于其物理吸附性能的下降而明显降低,但仍高于原煤煤灰。硅、铝矿物质含量的上升有助于增强WCW-900的钠捕获性能,但由于WCW_(H)-900中的钙含量比HM-900高,因而其钠捕获性能提高有限。 展开更多
关键词 高钠煤 燃烧 钠捕获 逐级萃取 硅铝添加剂
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煤粉炉掺烧生物质发电技术研究进展 被引量：44
4
作者 周义 张守玉 +5 位作者 郎森 刘思梦 杨济凡 马达夫 胡南 吴玉新 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2022年第6期26-34,共9页
面对碳达峰、碳中和的减排压力,生物质由于其来源广泛、储量丰富、排放清洁低碳等优点而备受关注。生物质种类繁多,包括农业秸秆、林业废弃物、禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂,燃煤电站掺烧生物质可有效降低CO_(2)排放量,增强锅炉侧燃料... 面对碳达峰、碳中和的减排压力,生物质由于其来源广泛、储量丰富、排放清洁低碳等优点而备受关注。生物质种类繁多,包括农业秸秆、林业废弃物、禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂,燃煤电站掺烧生物质可有效降低CO_(2)排放量,增强锅炉侧燃料灵活性。介绍了生物质燃料特点,概述了其与煤混燃的燃烧特性、结渣特性以及污染物排放特性。对煤粉锅炉掺烧生物质的技术路线及其改造成本进行总结与比较,最后讨论了煤粉炉掺烧生物质的技术壁垒及解决方案。农林类生物质挥发分较高,反应活性较好,掺烧该生物质可改善燃料燃烧性能,增加炉内燃烧稳定性。但该类生物质中碱金属含量高,掺烧时易结渣,灰熔融温度及燃料中碱金属含量是预测锅炉结渣的重要指标。农林类生物质硫含量、氮含量、灰分及重金属含量均较低,掺烧可减少SO_(x)、NO_(x)、烟尘及重金属等污染物排放。污泥类生物质水分高、重金属含量高、热值低,燃烧特性不如煤,掺烧污泥易对锅炉燃烧及污染物排放产生不利影响,但质量比10%以下的污泥直接掺烧对机组影响不大。禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂气化后的生物质气用于煤粉炉掺烧可起到稳燃作用,减少锅炉SO_(x)、NO_(x)、烟尘及重金属等污染物排放。生物质与煤耦合发电技术中直接耦合方案较适合农林类生物质掺烧,间接耦合适用于禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂的掺烧,而污泥宜干化后掺烧。生物质经压缩成型后的成型燃料抗压强度及能量密度有较大提升,该技术可一定程度解决生物质储藏及运输等供应链问题;燃料预处理及抗结渣添加剂可降低燃料碱金属含量,提高灰熔融温度,降低锅炉结渣风险;烘焙处理可提高生物质可磨性,增加生物质掺烧比例,提高锅炉制粉系统对掺烧生物质的适应性;对锅炉燃烧器进行改造,合理配风可提高燃烧系统对掺烧生物质的适应性。农林类生物质原料的收购成本高于煤,且生物质发电量无法精确计量暂不能获得财政支持,经济性较差。掺烧生物质的经济性是现阶段阻碍生物质大规模掺烧的主要原因,较低成本的生物质来源及生物质发电量的计量难题亟待解决。 展开更多
关键词 煤粉炉 生物质 掺烧 燃煤污染物 低碳 燃煤发电
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水热及水热氧化预处理对木屑成型颗粒理化性质的影响 被引量：7
5
作者 张邢佳 张守玉 +5 位作者 石岳 刘思梦 杨济凡 郎森 胡南 吴玉新 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期201-209,共9页
生物质成型处理可以提高生物质的能量密度而降低其运输与储存成本,有利于生物质资源的综合利用。该研究以杉木屑为研究对象,经170~260℃水热及水热氧化预处理后制备成型颗粒,并使用范式法、X射线衍射仪和热重分析仪等测试手段分析了水... 生物质成型处理可以提高生物质的能量密度而降低其运输与储存成本,有利于生物质资源的综合利用。该研究以杉木屑为研究对象,经170~260℃水热及水热氧化预处理后制备成型颗粒,并使用范式法、X射线衍射仪和热重分析仪等测试手段分析了水热及水热氧化预处理过程对木屑及其成型颗粒理化性能的影响。结果表明:与原料相比,水热及水热氧化预处理后木屑成型颗粒的机械性能从原料的16.2 MPa分别增至38.9和41.1 MPa,水热氧化预处理对木屑的机械性能提升更有效。在水热及水热氧化预处理过程中,随着预处理温度上升,木屑样品的结晶度均呈现先升高后降低的趋势,分别在230和200℃时达到最高值,且成型颗粒的机械性能与木屑中纤维素含量及其结晶度呈正相关趋势,结晶纤维素是影响其成型过程的关键组分。与原料相比,水热及水热氧化预处理明显改善了木屑成型颗粒的燃料品质及其燃烧性能,成型燃料的热值、综合燃烧指数和稳燃指标均得到明显提升,其中水热氧化处理更有利于木屑炭化程度的提升。 展开更多
关键词 机械性能 燃烧性能 木屑 水热预处理 水热氧化预处理 成型颗粒
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水热氧化预处理对棉秆成型颗粒理化性质的影响 被引量：8
6
作者 杨济凡 张守玉 +5 位作者 曹忠耀 郎森 刘思梦 周义 胡南 吴玉新 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期4417-4424,共8页
以棉秆为研究对象,经180~280℃水热氧化预处理后热压制备成型颗粒。利用热重分析、X射线衍射(XRD)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等分析手段,考察了水热氧化预处理温度对棉秆成型颗粒理化性能及燃烧性能的影响。结果表明:随着水热氧化温度... 以棉秆为研究对象,经180~280℃水热氧化预处理后热压制备成型颗粒。利用热重分析、X射线衍射(XRD)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等分析手段,考察了水热氧化预处理温度对棉秆成型颗粒理化性能及燃烧性能的影响。结果表明:随着水热氧化温度的升高,棉秆的固相产物产率降低,半纤维素于180℃之前完全分解,无定形纤维素于200℃完全分解,结晶纤维素于260℃完全分解,水热氧化固相产物的纤维素结晶度呈现逐渐减小的趋势,而木质素相对含量增加;棉秆成型颗粒的固定碳含量、热值和能量密度增加,但燃烧性能变差。水热氧化预处理后棉秆成型颗粒的表观密度保持在1300kg/m^(3)左右,抗压强度则随着水热氧化温度的增加而下降,其中180℃水热氧化预处理后棉秆成型颗粒的抗压强度相比原料成型燃料增加了183.33%。本研究范围内,经180℃水热氧化预处理后获得的棉杆成型颗粒的燃烧性能和物理性能最佳,其热值为17.76MJ/kg,能量密度为23.44GJ/m^(3),抗压强度达11.90MPa,可作为优质生物质成型燃料使用。 展开更多
关键词 棉秆 成型颗粒 水热氧化 机械性能 燃烧特性
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水热处理过程中棉杆三组分衍变对其成型燃料物理性能的影响 被引量：3
7
作者 刘思梦 郎森 +5 位作者 张守玉 曹忠耀 杨济凡 周义 胡南 吴玉新 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2410-2418,共9页
作为一种典型的生物质废弃物,棉杆经水热处理后热压成型可有效解决其结构松散、热值低和能量密度低等问题。以新疆棉杆为研究对象,使用高压反应釜完成180~280℃水热处理实验后制备成型颗粒,利用电子万能材料试验机与扫描电镜仪等手段分... 作为一种典型的生物质废弃物,棉杆经水热处理后热压成型可有效解决其结构松散、热值低和能量密度低等问题。以新疆棉杆为研究对象,使用高压反应釜完成180~280℃水热处理实验后制备成型颗粒,利用电子万能材料试验机与扫描电镜仪等手段分析了不同水热处理温度下棉杆成型颗粒的物理性能,使用傅里叶红外分析仪、X-射线衍射仪等手段分析了棉杆中主要化学组分(纤维素、半纤维素与木质素)的衍变,探究了生物质三组分衍变行为对其成型颗粒物理性能的影响规律,确定了影响棉杆成型性能的关键作用组分。结果表明:随着水热处理温度的升高,棉杆成型颗粒的抗压强度和表观密度均呈先上升后下降的趋势,并在230℃水热处理时达到最大值(抗压强度9.3 MPa,表观密度1 478.46 kg/m^(3));在水热处理过程中,半纤维素于200℃前几乎完全分解,无定形纤维素和结晶纤维素分别在230℃及280℃前分解完毕,而木质素则是在280℃下水热后棉杆中存在的主要组分;结晶纤维素在棉杆成型颗粒中起到骨架支撑作用,是保证棉杆成型颗粒机械强度至关重要的组分,而木质素在棉杆成型过程中主要起黏结剂作用,且有利于增加棉杆颗粒间的结合程度。 展开更多
关键词 棉杆 水热处理 成型 化学组分 物理性能
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添加剂对棉杆抗结渣性能影响 被引量：3
8
作者 周义 张守玉 +5 位作者 刘宏宇 刘思梦 杨济凡 郎森 吴玉新 胡南 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期669-676,共8页
生物质资源燃用过程中的结渣、团聚等问题限制了该资源的规模化利用,为减缓棉杆燃烧过程中结渣问题,该文探究棉杆中不同赋存形式的钾对其烧结温度和灰熔融特征温度的影响,研究碳酸钙、磷酸钙、磷酸二氢铵3种添加剂的抗结渣性能,探明3种... 生物质资源燃用过程中的结渣、团聚等问题限制了该资源的规模化利用,为减缓棉杆燃烧过程中结渣问题,该文探究棉杆中不同赋存形式的钾对其烧结温度和灰熔融特征温度的影响,研究碳酸钙、磷酸钙、磷酸二氢铵3种添加剂的抗结渣性能,探明3种添加剂抗结渣机制。结果表明:逐级萃取可除去棉杆中绝大部分钾元素,水萃取后棉杆灰熔点显著提高,醋酸铵萃取后灰熔点降低,盐酸萃取对棉杆灰熔点提高不明显。磷酸钙添加剂可将棉杆中钾固定在K-Ca-P三元复盐体系中,并提高其灰熔融特征温度,抗结渣效果好。磷酸二氢铵固钾效果较好,但对棉秆灰熔融特性的改善效果不佳。碳酸钙固钾效果较弱,但可提高棉杆烧结温度及灰熔融特征温度。3种添加剂的抗结渣性能为磷酸钙最优,其次为碳酸钙,磷酸二氢铵最弱。 展开更多
关键词 生物质 结渣 逐级萃取 添加剂 燃烧
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水热/水热氧化处理过程中棉秆三组分对其热解行为的影响 被引量：3
9
作者 刘思梦 张守玉 +6 位作者 孙梦圆 徐嘉庆 胡南 吴玉新 周义 杨济凡 郎森 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1279-1286,共8页
文章基于新疆棉秆的微波水热及水热氧化处理实验,利用傅立叶红外光谱分析、Van Soest化学组分分析和热重分析等方法,研究了水热及水热氧化处理对棉秆固相产物结构、组分变化及热解特性的影响规律。研究结果表明:水热处理过程中,棉秆中... 文章基于新疆棉秆的微波水热及水热氧化处理实验,利用傅立叶红外光谱分析、Van Soest化学组分分析和热重分析等方法,研究了水热及水热氧化处理对棉秆固相产物结构、组分变化及热解特性的影响规律。研究结果表明:水热处理过程中,棉秆中的半纤维素在温度为200℃时基本完全水解,无定形纤维素在温度为200~230℃时剧烈分解,而木质素与结晶纤维素在温度为160~230℃时保持稳定;随着水热温度的升高,棉秆样品的结晶度、固定碳含量、热值均呈上升趋势,灰分和水分含量则呈下降趋势,综合热解指数在温度为200℃时达到最大值[4.07×10^(-5)%^(3)/(min^(2)·℃^(3))];水热氧化处理过程中,半纤维素在温度为180℃时基本分解完毕,木质素和结晶纤维素在温度为160~230℃时发生部分降解;在水热氧化温度为160~200℃时,棉秆的结晶度升高至最大值后降低;水热氧化处理后棉秆的固定碳含量和热值均高于同温度下的水热处理后棉秆,且综合热解指数在温度为180℃时达到最大值[4.23×10^(-5)%^(3)/(min^(2)·℃^(3))];相比水热处理,水热氧化处理能够促进棉秆中不稳定组分的分解,从而在较低的处理强度下对生物质提质。 展开更多
关键词 生物质 水热处理 水热氧化处理 热解 微波加热
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生物质三组分对成型颗粒物理性能的影响
10
作者 黄健添 张守玉 +6 位作者 郎森 陈旭阳 张邢佳 徐梓航 马达夫 吴玉新 吕俊复 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期727-734,共8页
为探究生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)对成型颗粒物理性能的影响,以棉秆、木屑以及生物质三组分为研究对象,单独或按一定掺混比例混合后制备成型颗粒,使用电子万能材料试验机分析了成型颗粒的表观密度和抗压强度,利用X射线光... 为探究生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)对成型颗粒物理性能的影响,以棉秆、木屑以及生物质三组分为研究对象,单独或按一定掺混比例混合后制备成型颗粒,使用电子万能材料试验机分析了成型颗粒的表观密度和抗压强度,利用X射线光电子能谱仪分析了生物质成型前后分子结构的变化。结果表明:纤维素直接影响成型颗粒的抗压强度,半纤维素和木质素主要作为黏结剂,协同纤维素间接提高成型颗粒的抗压强度。向棉秆中加入纤维素或半纤维素后,其混合成型颗粒中的C—OH官能团均明显提高,且产生了新的C=C官能团,有利于形成分子间作用力和提高分子结构的稳定性,增强成型颗粒的物理性能。 展开更多
关键词 生物质 三组分 成型颗粒 抗压强度 分子结构
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