煤灰和生物质灰性质概述文献综述.doc

文献综述综述名称：煤灰和生物质灰性质概述1 绪论中药材渣是一种理想的可再生生物质能源，具有可再生性和低污染性特点。我国是中医药大国，每年中药厂使用大量中药材原料，因而在中药的加工过程中，会产生很多中药材废渣。目前，国内的大多数中药材厂对中药材废渣的处理主要是填埋和作为固体废物任意排放。但因中药材废渣量大、填埋堆放孔隙率高造成大片耕地损失和能源浪费，任意堆填排放不仅造成严重的环境污染，而且还造成不必要的能源浪费。如能变废为宝，既解决了浪费和污染，也可带来意想不到的经济效益。中药材废渣可以利用于发电行业，这其中燃烧规模巨大，相应也产生了大量的灰，因此，对于灰的环保利用便有了大量的来源。但在其被利用前，应充分的了解灰的化学特性。所以研究不同类型的生物质灰中矿物分布特征及其灰特征和用途，对于灰能源的利用有很大的贡献。2 生物质灰化学特性的研究2.1 煤灰特性的研究2.1.1 煤灰熔融性研究 目前约有80%左右的煤炭用于燃烧与气化，煤灰熔融性是评价气化用煤和动力用煤的重要指标之一。对液态排渣气化工艺（如德士古和液态排渣鲁奇炉等）要求煤灰熔融温度低，以有利于降低气化温度；而固态排渣气化工艺则要求煤灰熔融温度高，以提高气化温度。为了解决煤灰在燃烧和气化过程中的结渣问题，国内外许多学者对煤灰熔融性做了大量研究工作，提出了许多表征煤灰熔融温度的参数和计算公式。在氧化性和弱还原性等气氛下测定了17种煤灰样品和3个人工配制灰样的熔融性,发现不同气氛下、不同煤灰化学成分对其熔融性的影响不同，煤灰熔融温度的高低不仅与煤灰中Fe2O3和CaO的总含量有关，而且与其CaO/Fe2O3摩尔比有关。2.1.2 高温灰渣的塑性流体特性研究 在评价煤灰的积灰结渣性能时，煤灰的粘温特性是评价的重要指标之一。利用热机械分析TMA研究了高温类渣的塑性流体特性，得到不同温度灰渣的粘度和剪切应力，为研究非熔化灰渣的沉积提供了新的手段和方法。实验是在一定的作用力F下，将放置在TMA两块平板间的样品加热到温度T，并让其保温。根据薄片所受的力以及在平衡过程中薄片厚度h和厚度变化率dh/dt，则可以求出样品在温度T时的流变学参数。利用TMA能够自动测量薄片在受力作用下的变形，得到一定温度下，样品厚度随时间的变化ht，其所含的软件包能自动绘出厚度变化率随时间的变化dh/dtt，根据不同t时的hdh/dt，作图可以得到粘度和剪切应力。其结论为不同温度状况下灰渣的宾汉姆粘度和剪切应力有差别，温度越高,粘度和剪切应力越小。温度在低于灰熔点的范围内，其对灰渣流变特性的影响较高温下的大得多。2.1.3 煤的结渣特性磁力分析的研究 从煤的物理特性研究煤灰结渣特性，煤中所含各类物质中，铁化合物具有最低的熔化温度,易在炉膛内燃烧中产生结焦。近年来，国内外发展并得到广泛应用的结渣判别指标大致可分为煤的灰熔点、灰成分及灰粘度三种类型的煤质指标。其中以煤的碱酸比B/A、硅铝比SiO2/Al2O3、硅比G和软化温度ST四项指标较适合于我国煤种，有较高的置信度，但分析时间较长，不适合于锅炉运行前煤是否易结渣的分析。故提出的煤质结渣特性快速测定法磁力分析法，具有耗时短,操作简捷，能现场应用的优点，且判别结渣性比较准确，如果能与软化温度ST判别法和煤粉燃烧型态结渣特性判定法共同判别，则准确成度更高。2.2 生物质灰特性的研究2.2.1 灰化温度对生物质灰特征的影响生物质由于具有低的硫含量和可吸收CO2进行再生的特点，因此对生物质能利用的研究已成为新能源的一个重要方向。目前对生物质能应用的研究主要有气化、液化、热解、固化和直接燃烧等。在生物质能利用中，生物质中的灰是影响利用过程的一个很重要的参数。如生物质燃烧、气化过程中受热面的积灰、磨损及腐蚀和流化床中燃烧、气化时床料结块等均与灰的性质密切相关；灰的性质还会影响到生物质燃烧、气化、热解等过程中的产物，和其作为副产品使用的功能。生物质中的无机元素大多以有机连接存在，在高温下易挥发，必然会对灰性质的准确确定带来影响。为此，对生物质的部分灰性质进行了研究，以期了解灰化温度对测定生物质灰性质的影响。最后实验所得结论为温度对灰分量的影响随生物质种类而变，且对同种生物质不同部分的影响也不一样。与低温灰组成相比，高温灰中的元素含量有高有低，这是由于不同元素的挥发性不同所致。不同元素的挥发性不同，硅、钙、铁的挥发性较小，而钾、铝的挥发性较大。2.2.2 生物质灰化学特性的研究 在生物质热化学转化利用过程中，这些残留的无机物质称为灰。生物质中碱金属元素的含量随着生物质的生长条件、及其生长环境不同而不同。根据热化学转化工艺和采用的具体的反应器类型的不同，这些碱金属元素分布在转化产物(底灰、飞灰和气体)中份额不同。实验在马弗炉上进行，将生物质置于马弗炉内，在多组不同的温度下灼烧2小时，将残留物收集入密闭容器，使用ICP仪器和X-ray衍射仪，分别对灰进行分析。通过计算酸碱比、硅比(G)、硅铝比（S/A）、碱金属含量和灰沾污指数（Hw）等来分析灰的各种化学特性。基于灰成分的灰特性分析研究发现：对于所研究的不同生物质，其结渣倾向也不同。在相同的灰化温度下，各种生物质灰的固留值也不同。生物质灰的X-ray衍射分析发现：不同的生物质有着不同的XRD谱图，即使对于同一种生物质，XRD谱图表明其灰化温度不同，物相转移对生物质灰中矿物质组分性质的影响也不同，这必将引起生物质灰的性质的变化。2.2.3 多种金属元素ICP-AES法测定随着社会的发展，人们对环境的关注也日益增加，煤燃烧对环境造成的污染引起重视。因此，准确测定这些元素在煤及其燃烧产物中的含量非常重要。本研究采用高压密封硝化罐对原煤及煤燃烧后的底灰、飞灰样品进行处理,将化学计量学应用于电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法测定原煤及底灰、飞灰中25种金属元素的含量。此方法不仅简单、快速、灵敏度高，准确性好，且多元素同时测定。ICP-AES法对每个元素的测定都可以同时选择多条特征谱线，而且光谱仪具有同步背景校正功能，因此，实验中对每个测定元素选取23条谱线进行测定，综合分析强度、干扰情况及稳定性，选择谱线干扰少、精密好的分析线。得出煤燃烧后的底灰、飞灰中微量金属元素普遍得到了富集。2.2.4 多种元素X衍射法的研究 金属X射线分析由于设备和技术的普及已逐步变成金属研究和材料测试的常规方法。如果利用结构已知的晶体，则在测定出衍射线的方向后，便可计算X射线的波长，从而判定产生特征X射线的元素。这便是X射线谱术，可用于分析金属和合金的成分。随后，在用X射线测定众多金属和合金的晶体结构的同时，在相图测定以及在固态相变和范性形变研究等领域中均取得了丰硕的成果。如对超点阵结构的发现，推动了对合金中有序无序转变的研究，对马氏体相变晶体学的测定，确定了马氏体和奥氏体的取向关系，对铝铜合金脱溶的研究等等。目前 X射线衍射已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法。3. 结束语1 生物质灰化温度对其成分有很大的影响，灰化温度过低，则会使生物质不能充分焚烧；而温度过高，则会大大提高灰的烧失率，使灰大量气化流失。故灰化温度的控制相当重要，在以标准的灰化温度为基础的情况下，多设置几组灼烧温度，好进行对比。2 对于灰分的ICP分析，数据没重新处理的必要，只需拿来直接分析，但X衍射就比较麻烦。其要通过数据来作图，画完图后还要与标准波形图进行对比，从中找出灰分中存在的晶体。并分析其中晶体减少或消失可能产生的原因，分析过程及结果，再得结论。3 这次论文撰写的过程，最重要的是实验与数据分析。前者相对于后者要简单得多，它只需将生物质灰制出来即可，成分分析主要是拿到外校去做。因此对灰的制作就显得相当重要，在以温度为变量的情况下，我们必须保证其他的影响量都不变。例如：马弗炉运行时的功率和效率、灼烧的时间等影响因素。所以马弗炉的使用也非常重要，要学会其操作与应注意的事项。4. 参考文献1 张建敏. 马弗炉温度自控系统的开发与应用. 全国中文核心期刊. 2008.2 何珣，魏晓惠，郭浩，等. 马弗炉程序控温测定茶叶灰分含量. 茶叶化学工程学M. 2008.3 刘新兵. 煤灰熔融性的研究. 煤化工. 1995.4 熊友辉，孙学信. 高温灰渣的塑性流体特性研究. 华中理工大学学报. 2000（10）：100-101.5 陈力哲，艾静，李争起，等. 煤的结渣特性磁力分析的研究. 热能动力工程. 2000（3）：190-194.6 吴晓英. 烟煤高温焦炭微晶结构的X衍射研究. 西安矿业学院学报. 1999（6）：158-160.7 张军，范志林，等. 灰化温度对生物质灰特征的影响. 燃料化学学报. 200