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作者： mesa cicilia kemunto 河北工业大学

学位级别：硕士

生物质是一种可再生能源,包括林业和农业的废弃物、能源作物以及各种形式的生物废弃物。目前,生物能源约占全球能源供应量的10%。生物质可以通过燃烧产生的热量来直接利用,或者将其转化为生物燃料来间接利用。生物质燃烧技术多种多样而... 详细信息

生物质是一种可再生能源,包括林业和农业的废弃物、能源作物以及各种形式的生物废弃物。目前,生物能源约占全球能源供应量的10%。生物质可以通过燃烧产生的热量来直接利用,或者将其转化为生物燃料来间接利用。生物质燃烧技术多种多样而且发展迅速。广泛应用的燃烧设备如锅炉、火炉和发动机使用气体、液体或固体燃料作为能源。虽然气体和液体燃料简单、方便、清洁,但它们的资源有限的。因此,生物质无论规模大小都得到了越来越多的应用。但是,生物质燃烧是空气污染的主要原因之一。产生的烟羽颗粒物(PM)会引起大量的呼吸道疾病和雾霾。尽管生物质燃烧给颗粒物排放带来了重大挑战,但是目前关于排放量的信息还是较少。本文主要研究生物质燃料在常规燃烧和富氧燃烧过程中控制颗粒物形成的因素,以减少颗粒物的排放。本研究是在固定床反应器和生物质锅炉上进行的。考虑的因素包括温度(600C-1200C)、燃烧气氛(O/N和O/CO)、生物质种类(玉米秸秆、木材、小麦秸秆、稻壳、花生壳)和生物质燃料颗粒(44-149μm)。在固定床反应器上分别以21%O/30%CO,30%O/70%CO,50%O/50%CO,70%O/30%CO,90%O/10%CO和100%O进行生物质富氧燃烧和21%O/79%N的常规燃烧对比研究。在生物质锅炉采用21%O/30%CO,30%O/70%CO进行了富氧燃烧研究,以及采用21%O/79%N进行常规燃烧对比研究。固定床燃烧实验结果表明,在燃烧过程中颗粒物的生成呈现双峰分布。颗粒物的生成最多是在挥发分燃烧和焦炭燃烧的结束阶段。五种生物质燃烧生成PM的趋势基本一致。与其它燃料相比,稻壳生成的颗粒物要多25%到35%。在常规和富氧燃烧气氛下,升高温度,燃尽时间均缩短。在温度为600C-1200C之间,随着温度的增加,颗粒物生成先增加,接着逐渐下降到最低点,然后又增加达到一个明显峰值之后快速下降,即形成两峰一谷的特征。传统燃烧颗粒排放范围在0.2 mg/g-1.7 mg/g。在多数情况下,减小生物质颗粒的尺寸会增加颗粒物的生成,生物质富氧燃烧会比传统燃烧产生更多的颗粒物排放。在各温度下,各种生物质在氧气浓度为21%-50%之间燃烧时产生的颗粒物更多。生物质富氧燃烧颗粒物的排放范围在0.2 mg/g-1.8 mg/g。生物质锅炉燃烧实验结果表明,在富氧燃烧条件下颗粒物的排放范围是0.1 mg/g–1.0 mg/g,而传统燃烧条件下颗粒物的排放在2.2 mg/g以上。在排放颗粒物分布方面,传统燃烧比21%氧气浓度的富氧燃烧产生的PM更多。在生物质富氧燃烧情况下,氧量的增加会减少颗粒物的排放和增加颗粒物的直径。

关键词：颗粒物生物质富氧燃烧颗粒尺寸分布生物质锅炉固定床反应器

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Effect of Varying Temperature and Oxygen on Particulate Matter Formation in Oxy-Biomass Combustion

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Energy Engineering 2022年第3期119卷 863-881页

作者： Chen Wang cicilia kemunto mesa Samuel Bimenyimana Nathan Bogonko George Adwek Yiyi Mo Godwin Norense Osarumwense Asemota Changfu Yuan Yaowen Chen Changtai Li Etienne Ntagwirumugara Aphrodis Nduwamungu Fujian Provincial Higher–Educational Engineering Research Centre of Intelligence and Automation in Construction College of Civil EngineeringHuaqiao UniversityXiamenChina Kenya Industrial Research and Development Institute NairobiKenya Hello Renewables Ltd.KigaliRwanda Mount Kenya University ThikaKenya African Centre of Excellence in Energy for Sustainable Development University of RwandaKigaliRwanda Morayo College NairobiKenya Fujian Baichuan Construction Technology Co. Ltd.XiamenChina Haoqi(Xiamen)Construction Technology Co. Ltd.XiamenChina University of Rwanda College of Science and TechnologyKigaliRwanda

Offsetting particulate matter emissions has become a critical global aim as there are concerted efforts to deal with environmental and energy poverty *** study consists of investigations of computing emissions of particulate matter from biomass fuels in various atmospheres and *** laboratory setup included a fixed bed electric reactor and a particulate matter(PM)measuring machine interfaced with the flue gas from the fixed bed reactor combustion *** experiments were conducted at seven different temperatures(600℃-1200℃)and six incremental oxygen concentrations(21%-100%).Five biomass types were studied;A-cornstalk,B-wood,C-wheat straw,D-Rice husk,E-Peanut shell,each pulverized to a size of approximately 75 *** study shows that PM emitted during char combustion is consistently higher than that emitted during the *** de-volatilization,increase in temperature leads to linear decrease in PM emission between atmospheres of 21%O_(2)to 50%O_(2),thereafter,between 70%O_(2)to 100%O_(2);increase in temperature leads to a rise in PM *** average PM formation from all the five considered biomass is relatively comparable however,with differing atmospheres and temperatures,the fibrous and low-density biomass forms more *** char combustion,the study shows that at oxygen levels of 21%,70%,90%and 100%,increase in temperature leads to increased PM *** increase in oxygen concentration and temperature increases the rate of combustion hence diminishing the time of combustion.

关键词： Oxy-fuel combustion particulate matter(PM) volatiles char combustion

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