流化床生物质燃烧特性研究文献综述

 2022-10-23 10:15:57

文献综述（或调研报告）：

生物质能是一种洁净的可再生能源,正受到世界的关注[1]。Khan等[2]指出，到2050年，生物质所供给的能量可能占全球总能量的25%至近75%。国际上已经产业成熟化的生物质能源项目有欧盟的菜籽油生物质能源项目、美国的大豆生物质能源项目、巴西的甘蔗生物质能源项目及马来西亚的棕榈油生物质能源项目[3]。我国发展生物质能源产业具有大量的原材料资源。生物质原材料包括：林木、灌草藤、陈化粮、林业生产下脚料、植物秸秆、淀粉类、糖类、麦类、植物油等[4]。生物质能源发电项目被国家列为《新兴能源产业发展规划》中， 预计到2020年，我国非化石燃料占能源消费比重将达到15%以上，其中，生物质发电项目的贡献将达到2.4亿t标准煤以上[5]。

富氧燃烧是以高于空气氧气含量（21%）的含氧气体进行燃烧，是一种高效的节能燃烧技术，被认为是CO2捕捉与封存(CCS)的有效利用技术。富氧燃烧可以明显提高生物质直接燃烧温度，是解决生物质能源直接燃烧温度低问题的重要方法[6]。用23%的富氧助燃可节能10%～25%,，用25%的富氧助燃可节能20%～40%,，用27%的富氧助燃则节能高达30%～50%等[7]。

生物质颗粒燃料是采用农业、林业废弃物(如木屑、秸秆等)为原料,经过粉碎、烘干、混合和挤压等工艺流程,制成棒状、块状的燃料,其具有密度大、体积小、贮存方便等优点[8]。在生物质燃烧特性的研究中，通过单颗粒加入流化床实验装置，有助于观察燃烧时脱挥发分过程（着火延迟时间、火焰温度、火焰寿命、脱挥发分时间）。KaiLei等[9]通过烟煤与松木屑单颗粒在富氧条件下燃烧，得出随着O2浓度的增加，燃料燃烧强度增加，燃烧峰值温度增加，火焰亮度增加，脱挥发分时间变短。刘沁雯等[10]为更深入认识固体燃料的流态化富氧燃烧行为，构建了微型流态化反应-质谱联用实验系统，探索了基于在线质谱分析的流态化燃烧过程特性表征方法，以烟煤和花梨木为对象，研究了煤、生物质及其混合物在富氧气氛和流态化条件下的燃烧行为，点考察了氧浓度对CO2谱峰曲线形态、反应总时间、起始反应时刻、烟气中富集CO2体积分数、颗粒燃烧产生CO2量、CO2相对生成率等特性的影响。结果表明，在O2/CO2燃烧气氛下,随着氧体积分数增加，燃烧总反应时间缩短，颗粒燃烧产生的CO2量和生成速率均增加，但烟气中富集的CO2体积分数减小。HaoZhou[11]等利用CCD相机与双色高温法，通过研究富氧流化床中，O2/N2 和O2/H2O气氛下的，生物质颗粒与煤炭颗粒在的脱挥发分反应，发现颗粒燃料在O2/H2O中发生均相着火，H2O的存在可以提高生物质的燃烧速率，用O2/H2O代替O2/N2后可以提高燃烧烧温度，并且温度随O2浓度的提高而提高。Leckner等[12]指出在用 O2 / CO2替换O2 / N2之后，燃料颗粒的脱挥发分时间变短，火焰持续时间（火焰寿命）变短，着火方式也发生了变化，但是着火延迟时间、火焰最高温度基本上相近。

参考文献：

  1. 普罗. 生物质能源产业发展现状与展望[J]. 绿色科技, 2018(10):176-178 183.
  2. Khan A A , Jong W D , Jansens P J , et al. Biomass combustion in fluidized bed boilers: Potential problems and remedies[J]. Fuel Processing Technology, 2009, 90(1):21-50.
  3. 李昌珠, 蒋丽娟, 程树棋, 等.生物柴油-绿色能源[M].北京:化工出版社, 2004.
  4. 吴创之, 周肇秋, 阴秀丽, 等.我国生物质能源发展现状与思考[J].农业机械学报, 2009, 40 (1) :91-99.
  5. 吴越人.生物质发电的春天[J].Shanghai Economy, 2010 (12) :29-32.
  6. 罗思义.生物质粉体富氧燃烧的初步研究[D].武汉:华中科技大学, 2007.
  7. 张林华, 崔永章, 李凯, 等. 基于富氧条件的生物质颗粒燃烧特性实验研究[J]. 山东建筑大学学报, 2013, 28(1):36-41.
  8. 任敏娜. 典型生物质颗粒燃料点火和燃烧特性的实验研究[D]. 山东建筑大学, 2012.
  9. Kai Lei, Buqing Ye, Jin Cao, Rui Zhang and Dong Liu.Combustion Characteristics of Single Particles from Bituminous Coal and Pine Sawdust in O2/N2, O2/CO2,and O2/H2O Atmospheres[J]. Energies 2017, 10, 1695;
  10. 刘沁雯, 钟文琪, 刘雪娇, 等. 煤/生物质流态化富氧燃烧的CO2富集特性[J]. 化工学报, 2018(12).
  11. Hao Z,Yuan L,NingL ,etal. Experimental investigation of ignition and combustion characteristics of single coal and biomass particles in O2/N2and O2/H2O[J]. Journal of the Energy Institute, 2018:S1743967117309303-.
  12. Bu C , Leckner B , Chen X , et al. Devolatilization of a single fuel particle in a fluidized bed under oxy-combustion conditions. Part A: Experimental results[J]. Combustion and Flame, 2015, 162(3):797-808.

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