PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 姚锡文 学号

1310480 二级学科 安全科学与工程 导师姓名 许开立 论文题目 生物质热转化过程飞灰沾污结渣控制及脱除研究 论文研究方向 生物质灰沾污结渣控制与脱除 论文关键词 生物质灰;

热转化过程;

沾污结渣;

旋风除尘器;

碱/碱土金属;

飞灰浓度 论文摘要(中文) 生物质热化学转化过程所产生的大量的生物质飞灰在高温时易发生熔融粘结和挥发,很容易对锅 炉和相关设备受热面造成沾污结渣和腐蚀等危害,从而对生物质热转化系统的安全稳定运行产生严重 威胁.

因此,对生物质飞灰的沾污结渣控制及其脱除等问题展开研究具有重要的现实意义.本文从现 有研究中存在的问题出发,针对生物质热转化过程由飞灰引起沾污结渣和腐蚀等危害的防范与控制, 对生物质在不同热化学转化过程中产生飞灰的颗粒特性、生物质的热解行为以及减少飞灰产生的最优 化条件、不同生物质灰的烧结和熔融粘结特性、沾污结渣特性及其内在碱/碱土金属的热迁移和转化规 律、生物质飞灰颗粒在高温旋风除尘器中的捕集和脱除等关键科学问题展开了深入且系统的基础性研 究,取得了一系列的研究成果. 首先以玉米芯、花生壳、稻壳、稻秆等

4 种常见的生物质为研究对象,从生物质热转化过程飞灰 的颗粒特性研究入手,利用激光粒度分析仪、X 射线荧光谱仪、X 射线衍射仪等检测技术对比研究了 生物质在燃烧和气化过程所产生飞灰的颗粒粒度、化学组成、晶相结构、元素赋存状态等特性,结合 检测结果分析了温度对其矿物学特性的影响,并利用马弗炉灼烧实验考察了温度对灰分含量的影响, 以期为防治飞灰沾污结渣、优化高效除灰措施夯实基础.结果表明灰化温度升高,生物质飞灰颗粒的 粒度降低,而且灰中简单的矿物晶相发生化学反应而逐渐导致低熔点共晶体的生成;

相同灰化条件下, 玉米芯灰中 K、Na 等碱金属的含量最高,其次为稻秆灰和花生壳灰,稻壳灰最低;

生物质气化过程中 析出 K 的主要形式是 KCl,气化灰的沾污结渣程度明显高于其灼烧灰. 然后利用热重-质谱联用技术研究了生物质在热转化过程中的热解行为特性,探讨了升温速率、颗 粒粒度、气体流速等参数对生物质热解及其动力学的影响,在保证热转化效率的前提下,探讨了减少 飞灰杂质产生的最优化条件,可为生物质的热解参数优化及从根本上减少飞灰杂质产生等提供科学依 据.挥发分释放特性指数玉米芯>

稻秆>

稻壳>

花生壳,采用 Coats-Redfern 法对动力学处理得到的结果 与热重实验保持良好的一致性;

升温速率和气体流速增加,最大失重速率增大;

粒度 d≤450 μm 时颗 粒的总失重率随粒度增大而增加;

该实验条件下粒径为 154~280 μm 的试样在升温速率为

20 /min ℃ 、 气体流速为 30~60 mL/min 时制备生物质燃气的效果最佳,所产生的飞灰杂质相对最少. 随后通过马弗炉灼烧、灰熔融测试、热重差热分析等技术研究了不同热转化来源生物质灰的烧结 和熔融粘结规律,对比分析了灰化温度、成灰方式、热解气氛等对灰熔融特性的影响.结果发现灰化 温度越高,灼烧时间越久,生物质的灰分含量越低,而其灰熔点升高;