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生物质固体成型燃料燃烧监测技术与设备研究

2017-10-24 09:12:35 来源:网络

生物质颗粒燃烧还会排放出烟尘。烟尘的主要组成部分是生物质固体成型燃料中的灰分和未完全燃烧产物中的细小颗粒[21]。2011年11月,北京持续的灰霾天气,引起了公众对PM2.5(细颗粒物,直径小于或等于2.5μm)的重视。PM2.5的主要来源是人为排放,其中燃烧释放的烟尘为重要因素,SO2和NOx亦可以转化为PM2.5[22]。PM2.5浓度高会影响大气能见度,造成灰霾天气[23],对人体呼吸系统和心血管系统造成伤害[24]。而生物质固体成型燃料的燃烧会释放大量的细小颗粒物,因此对烟尘的监测则非常必要。

大气污染物排放监控重点在于使用高灵敏度的仪器测量CO2,CO,NO,NO2和烟尘排放量,参照国家标准,对比其排放差距。表3为《锅炉大气污染物排放标准GB 13271-2001》的规定项目[25]的总结,从表中可知,该标准规定的项目和数据均较少,远不能涵盖锅炉的烟尘、烟气排放的种类,不能满足环境管理和环境质量控制的要求。

根据相关标准控制和监测生物质固体成型燃料燃烧设备,一方面可以提高使用效率和稳定性,改善系统的安全性能;另一方面,优化燃烧状态,节省使用过程中的经济成本,如降低生物质固体成型燃料的消耗量、降低电力消耗、减少人力成本等,达到节能的目的;其三,改进排烟状况,减轻气体和固体不完全燃烧的程度,降低结渣率,可以大大减少CO\NO的排放率,很大程度上减轻污染物质的产生,达到减排的目的。

3燃烧设备的监测和控制系统

生物质固体成型燃料燃烧设备的监控系统,不仅仅担负着对该设备燃烧效果的评判,并且对燃烧设备的过程控制有着重要的作用:①通过监控系统可以了解燃烧的哪种热损失较高,从而相应地操作控制系统以改善燃烧状态;②通过试验、科学的数据分析得出总结性的规律———燃料的适应性,对不同物理特性的燃料使用不同的模式进行控制;③将设备的控制系统和监控系统相连接,对整套燃烧设备进行反馈控制,达到自动调节至最优状态的目的。

国内外对燃烧设备的性能情况的研究侧重点有所不同。欧美国家的燃烧技术已经成熟,实现了产业化生产,制定了相关行业标准,研究的侧重点主要是生物质燃料燃烧的烟气排放,其测控设备也相对完善和智能化。国内对这方面的研究则比较少,在燃烧设备的热力性能上有所涉及,测试系统不成体系,各个参数单独测量。

3.1国外情况

国外的生物质锅炉系统的监测和控制系统是从1910年的通风自动调节起步的。随着技术、经济等因素的增长,从以调节器为辅助的手动控制,发展到模拟控制系统,再到分立元件电子模拟系统,集成电路控制及数字控制[26],现阶段国外的监测和控制系统已经发展成熟。但生物质固体成型燃料燃烧的气体排放物及其影响因素尚未研究清楚。

在监测和控制系统方面,国外通常监控不同灰度和碱金属等含量的燃料的燃烧排放物,重点为一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、氯化氢(HCl)、有机气体碳(OGC)、细灰颗粒(PM1)、碱金属细颗粒等[27]~[29],针对排放量分析其影响因素。

图3是芬兰某实验室的燃烧设备排放气体的采集控制系统[29]。

燃烧器的进料系统由一个连接在燃烧器控制系统上的完全自动进料控制器控制。设置较完善的燃烧控制器保证了不同的燃料在相同的状态下燃烧。在排放管道中,放置多个不同的气体化学传感器,并安置多个微粒取样器,各个装置分别由电脑终端控制,采集处理数据高效且准确,保证了气体采集的连续性和精确性以及控制器的最优性能和效率。

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