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微藻与煤混合燃烧特性研究及发电的生命周期评价

曾兵  
【摘要】:随着化石燃料的日益枯竭以及环境污染的日益严重,开发和利用可再生能源是全世界共同努力的方向。而在可再生能源中,生物质能由于具有可运输、便于储存等优点得到了广泛的关注和开发应用。作为最具潜力替代化石燃料的生物质能-微藻的开发和应用近年来越来越受到人们的关注。而微藻与煤混合燃烧,可部分替代化石燃料,具有节能和减排的双重作用。本文主要采用热重分析仪对微藻(小球藻)与煤(次烟煤)的混合燃烧特性进行了研究,并采用KAS、FWO和master-plots方法研究了纯小球藻、纯煤及其混合物燃烧的动力学三因子(E,n和A);此外,还采用生命周期评价方法对微藻与煤混合燃烧发电的生命周期进行了评价,并与煤单独燃烧发电的生命周期评价结果进行了比较分析。得出的主要结论如下:微藻与煤混合燃烧的主要燃烧阶段发生在第二阶段;小球藻的Rmax是最大的;微藻/煤=5/5的混合物的Rv是最小的;随着混合物中小球藻含量的增加,Di和SM都增加;而Mr先增加后减少;在小球藻与煤的混合燃烧过程中存在相互作用;随着β的增加,Ti、Tp、Rp、Rv和Tf都显著增加。随着小球藻含量的增加,混合物的活化能(E)先减小后增加,在微藻/煤=5/5时其E值最小;在纯微藻、纯煤及其混合物中,纯煤的E值最小;在β=20℃/min时,纯煤、微藻/煤=3/7、5/5和7/3的混合物及纯小球藻燃烧的动力学三因子E、n和A分别为E=62.90、108.99、85.28、92.27和104.98 kJ/mol,n=1.4、4.1、2.7、3.2和4,A=6.38×105、1.05×106、2.29×104、8.73×104和2.93×106 min-1。混合燃烧发电1MWh的生命周期中,消耗的能量中发电阶段最多,污染物排放中以CO2排放量最大,粉尘的排放量占其次;混合燃烧的环境影响潜值依次为:炉渣和灰烬(81.91%)酸化(10.32%)全球变暖(4.23%)富营养化(3.52%);混合燃烧发电的环境影响总负荷为1142.87mPET2000。燃煤发电过程能量消耗的顺序依次为:电力的生产过程原材料的运输过程煤的开采和洗选过程发电设备的生产过程;环境影响潜值依次为:炉渣和灰烬(81.49%)酸化(10.57%)全球变暖(4.33%)富营养化(3.61%)。燃煤发电1MWh的生命周期中环境影响总负荷为1715.63mPET2000。采用混合燃烧发电技术比燃煤发电技术每发电1MWh的生命周期中多消耗能量799.15MJ,整个系统的能源利用效率较燃煤发电技术降低了2.92%;采用混合燃烧发电技术的环境影响负荷比采用燃煤发电技术的环境影响总负荷减小了572.76mPET2000。


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