混合生物质颗粒用于热能生产外文文献翻译、中英文翻译

附录1：外文译文混合生物质颗粒用于热能生产: 燃烧模型综述Nunes L.J.R. J.C.O.亚斯,加泰罗尼亚J.P.S. a,b,c,贝拉内城大学，R. Fonte de Lameiro, 6201-001 Covilha，葡萄牙b INESC-ID, R. Alves Redol, 9, 1000-029里斯本，葡萄牙c IST，里斯本大学，Rovisco Pais, 1,1049 -001里斯本，葡萄牙提要生物质的使用对可再生能源的清洁能源发电越来越重要。对目前生产的生物质颗粒(混合生物质类型)的现状进行了分析。 重点是对不同燃烧过程的回顾。燃烧过程各个阶段的评价是非常重要的。文摘温室气体排放增加、化石燃料价格上涨和能源独立需求增加，为全球变暖，产生热能和 电能的需求创造了一个新局面。工业的重点是通过使用可再生能源来生产能源。在不同的选择中，生物质是获得电力的第三个最重要的来源，也是产生热能的主要来源。然而，不同种类生物质低密度有关的问题， 以及运输和储存的困难，导致需要找到密度更高、硬度更大的固体燃料，即所谓的生物质颗粒和生物质块。本文试图对目前主要以混合生物质类型为主的颗粒的生产现状进行分析，并着重对不同的燃烧过程进行综述。2014爱思唯尔有限公司版权所有。内容近年来，人类的发展与能源生产直接相关，无论是作为电力还是热能应用。然而，能源 生产的增加已经使煤、石油和天然气等化石燃料所产生的温室气体的排放量大大增加。事实 上，在过去的60年里，二氧化碳的产量已经从400万吨/年增加到2800万吨/年。由于二氧化碳含量高、全球变暖以及化石燃料成本上升，必须找到清洁和可再生的新能 源。这反映在世界各地对可再生能源项目的投资不断增加。这使得新技术和新工业的创造和发展都用于可再生能源的能源发电，目前占全球能源生 产总量的3%以上。生物质包括由光合作用产生的化合物，由于其碳含量，它可以通过热或化学过程产生能量。使用这类能源的主要优点有:大量生物质的长期可用性、转化过程产生的温室气体排放量较低、回忆成本低。有可能生产各种类型的固体、液体和气态生物燃料，如煤球、球团、 木炭、醇、热解油、生物气和生物氢等。- 25 -本文的主要目的是对混合生物质球团(MBP)的生产现状进行分析，并对其在热、电能生产中的应用进行分析，重点对不同的燃烧过程进行综述。生物质生产为了评价生物量潜力，有必要考虑几个方面。其中包括一些物理化学性质，如含水率、含碳量、热值和密度，这些都是非常重要的，因为它们决定了某些生物量的使用和实际应用。通过分析高热值(HHV)，可以看到生物质在燃烧过程中如何释放每千克物质产生的大量能量(表1)，尽管这些能量略低于煤。然而，为了正确使用不同种类的生物质，并利用这种潜在的能量，必须考虑到密度。一种密度高、热值高的物质，其每一体积的能量更大，成为生物质能使用设备设计的主 要特征之一。可以看出，不同类型的农业废弃物具有相似的热值，在12 18 MJ/kg之间，而颗粒的数值稍高(20 MJ/kg)，使所有这些物质与木材或煤相比，都成为能源生产的潜在来源。生物质颗粒的行业球团和团块大多是固体圆柱体，它们的尺寸不同。砖的直径在50到90毫米之间，长度在75到300毫米之间，而颗粒直径小于10毫米，长度不超过35毫米。为了确保颗粒质量，目前有几个标准，具体取决于生产固体燃料的国家。在葡萄牙和其他许多欧洲国家，EN Plus是相关标准(表2)，它评估了直径、长度、密度、含水量、灰分、高热值等。尽管从不同种类的生物质中发展起来，该产业主要集中在从木材废料生产的颗粒上，到像瑞典、加拿大和美国这样的国家每年生产几百万吨。由木材废料产生的球团产生于发电系统14-17，以及住宅小区供热，这是一个正在发展的产业。生物质颗粒生产系统球团的生产过程是建立在对生物质进行处理的一系列阶段的基础上，从而获得致密化和致密化的材料。第一个阶段是铣削以获得与大小相等的粒子的材料。这些材料随后被晾干， 然后磁铁被用来去除混合物中存在的金属元素。一旦材料经过了这些阶段，就会被湿润并压入造粒机中，以降低温度，增加固体燃料的硬度。在不同的处理步骤上进行了几项研究，其中干燥步骤是最关键的，因为消耗了大量的能量和可能发生的成分的变化。干燥过程影响住宅倍高的材料出现在最后的颗粒,通过促进萜烯蒸发,从而减少最终产 品的热值,和使用的气体再循环系统在干燥阶段的过程中提高了效率,使其更符合成本效益, 因为它减少了所需的总能量。- 26 -混合生物质颗粒(MBP)当球从其他形式的生物量比木材,他们被称为混合生物质颗粒,和各种农业和林业废弃 物混合显示的可能性产生固体燃料足够的硬度和耐运输,以及加热值接近木球。使用混合生物量的颗粒的主要缺点在于其所含的硫和氯，这就造成了燃烧设备的腐蚀问 题和温室气体的排放。为了解决这一问题，法国已经建立了两种混合生物量球，它们具有可 能的商业化特性。为了让所有的参与者(消费者、零售商等)了解非木质材料对燃烧设备的影响，法国Agence de l Energie - ADEME在2006年发表了关于使用固体燃料的最新信息。NOx和粉尘排放水平高于木材燃料。灰熔点温度低，可以产生熟料。腐蚀的设备部件。该品牌是由法国标准化协会开发的“NF生物可燃物”，它是一个通用的品牌，包含了不 同的产品，如柴火、球团、煤块和木炭。它确保了固体生物燃料与特定标准的依从性，不仅 包括标准要求，而且还包括物流的限制，以便为最终客户保留认证的产品特性。“NF生物可燃物”现在不仅提供木材颗粒的质量标准和认证，而且还提供MBP的认证。对于农副产品， 可提供两种质量类别。“Agro +”用于自动和国内生物燃料锅炉。“农业”自动锅炉。基于氯和硫水平,这些产品只能用于能源生产的大型产业,金融烟气处理系统没有大大削弱的表现过程,但许多国家大量的农业和林业废弃物生产使得这个行业一个新的研究课题, 提出一个有趣的未来一旦这些排放问题是克服。生物质燃烧燃烧是一种复杂的现象，它涉及到连续的同质和异质反应。多年来，许多研究都是为了提供数学模型来表达生物量的燃烧。由于生物质燃料主要由碳、氢和氧组成，燃烧生物质的主要产品是二氧化碳和水。火焰温度可以超过2000摄氏度，这取决于燃料的热值和含水率， 燃烧燃料的空气量和炉子的结构。燃烧有三个要求:燃料、空气和热量。如果这三个中的任何一个被移除，燃烧停止。当这三种燃料都能以正确的比例获得时，燃烧是可以自我维持的， 因为燃料释放多余的热量来引发进一步的燃烧。生物量的完全燃烧需要一定量的空气。空气由21%的氧气和79%的氮气组成。因此，空气 中生物量的化学计量燃烧产物包括二氧化碳、水蒸汽和氮气。这个反应会产生热量。生物量 燃烧的化学计量方程如下。然而，这是一个不完整的公式，因为它没有考虑到许多因素，包 括一种生物量组成，它可能包含比所显示的更多的元素，例如重金属，它对灰烬的管理有重 大影响，对其最终目的地的影响。另一方面，燃料的含水率，可能是相当可变的，甚至可能 限制燃烧过程。如果这个含量很高，燃料就不能自发反应，所以需要添加另一种燃料。关于燃烧产物，这些是比较复杂的，主要是先提出的。然而，其他的应该被考虑，因为 在燃烧过程中会产生大量的污染物，比如碳氢化合物(HC)和氧化亚氮(NOx)- 26 -无机物种之间发生的各种反应会导致结块和矿渣(氯化物、硫酸盐、碳酸盐和硅酸盐) 的形成。利用各种设备，利用空气中的生物质燃烧，从化学能的转化中获得热量和机械功。生物质燃烧阶段固体燃料的燃烧通过一系列平行或顺序的步骤发生，包括，本质上，加热和干燥，脱挥 发(发生在没有氧气的情况下)，燃烧挥发性和碳化，破碎和磨损。进入燃烧系统的生物燃料 粒子加热到接近燃烧室温度的温度。在这种加热过程中，由于水分蒸发的形式存在于外表面 和孔隙中，颗粒会变干。干燥过程发生在低温(100摄氏度以下)，因为燃料中的水汽化。这说明了生物质中水分含量的重要性，因为如果含量过高，燃烧过程就不能稳定地发生，所以 在某些情况下，在燃烧过程中使用之前必须先干燥生物质。在脱挥发步骤中，碳质颗粒有热降解作用。在此阶段释放的挥发物的组成和数量受颗粒 的升温速率、最终温度、燃料成分(对C/H比例的重要)、颗粒大小和压力的影响。主要气态组分有H2O、CO、H2、CO2、CH4and焦油;然而，随着挥发温度的增加，CO2、H2O、H2和CO的减少。粒子破碎现象与生物质颗粒热分解现象平行，是由于热冲击和挥发性物质的干燥和释放 而产生的。颗粒的破碎是很重要的，因为它与粒子的氧化有关。然后，从燃烧系统中产生的 粒子的夹带降低了热效率和碳和能量损失的转换，并将粒子排放到环境中。另一方面，磨损 的原因是粒子与燃烧设备的壁之间的碰撞。燃烧过程中，挥发性物质在同质阶段的挥发过程 中释放出的挥发性物质被氧化。它还包括由于碳化材料气化而形成的CO气种的氧化41。氧 化过程发生在异质阶段，可能通过三种不同的基本机制发生。由于其纤维结构，很难对其进行生物量测定。工业火电厂炉窑中生物质颗粒的燃烧规模 一般大于煤粉颗粒，其形状为非球形。此外，在燃烧室周围的温度也会变化，这意味着颗粒 在燃烧过程中会经历不同的加热条件。生物质燃烧技术在燃烧过程中使用的最新技术包括在流化床(FB)和grates中燃烧。在这两种情况下，生 物质都可以直接或与煤一起使用。燃烧炉篦Grates是用于固体燃料的第一个燃烧系统。目前，该工艺主要用于生物质、城市垃圾和 一些小型煤炉的燃烧，并可使用广泛的固体燃料。平均而言，燃烧设备的格栅可以释放每一 个篦面面积约4 MWth - m2，导致高挥发性的内容，通常是低量的生物质燃料的灰分。该系统有四个组成部分:燃料供应、炉篦、主、二次送风器和灰卸料机。生物质的饲养是由机械的自动喂料机进行的。grates位于燃烧室的底部，有两个功能:燃料的纵向分布和初级空气(在栅极底部的空气进口)。grates被分为固定的或机械的，后者是相互的(通过杆的向下或向上运动)，平衡，振动或振荡，移动或鼓。炉篦式系统的燃烧空气包括两部分:- 27 -空气通过炉栅或初级空气，空气在栅格或二次空气上方。主空气作为其主要功能，保证 了空气在燃烧床上的适当分布。二次空气促进与燃烧床排出的废气混合。在流化床燃烧流化床燃烧设备由两个不同的区域组成，一个是固体的浓度很高，称为床，另一个是固 体浓度低得多的区域，称为床上方的自由空间(干舷)。然后，FB是一种不同性质(主要是生物质灰和沙子)的颗粒(床)，由气体分布板支撑。这些粒子通过空气向上流动到床上，进行剧烈运动。对于低流态化的空气速度，这种渗透在床上不干扰颗粒床，从而保持固定。当气 体的速度增加时，当空气的向上的力等于床的重量时，床就会微微膨胀，达到一个称为最小 流化速度的状态。如果空气流速进一步增加(高于最小流化速度)，床就会膨胀，并会被气泡(沸腾的流化床或LFB)穿过。称为LFB的流态化机制，其表面的气体流速是最小值的几倍(通常为3倍)。或者，当气体速度超过粒子的末速度时，这些粒子被带出燃烧室。这些气体被旋风分离器从烟气中分离出来，再循环到反应堆的床上。该方案被称为循环流化床(CFB)流化。在流化床燃烧过程中，必须先预热燃烧室，在启动过程之前，通常使用气体达到400-500 摄氏度，这取决于特定的生物质类型。在加热了床后，这种温度随着固体燃料的引入而增加， 达到了850摄氏度的工作温度，尽管这可能在800-900摄氏度范围内有所变化。过程分析模型生物质燃烧是在不同粒度的设备中进行的，以及氧化剂的停留时间，以及其他变量。燃 烧设备的主要类型是固定床(格栅)固体材料仍然是公司和氧化剂流经空间生成的固体颗粒 的反应,和流化床设备的床内自由移动氧化剂由于后者的压力。固定床型号固定床设备广泛应用于不愿进行大投资或高运营成本的系统中。在固定床燃烧设备中， 可以通过改变生物质特性、颗粒大小和空气和燃料的消耗比来评价燃烧过程的行为。粒子的大小对消耗的影响大于成分本身，因为它在过程的每一步都需要更长的停留时间。多数关于固定床燃烧的研究假设其稳态，忽视了温度和燃料成分的变化，使模型可以在数学上得到处理51。一般来说，在研究中，煤和木球被用作模型的基础，因为没有与颗粒大小、低体积密度、低熔点、或不均匀的温度分布有关的问题，如由农业或林业废物产生的球团52。许多研究先前对不同形式的生物量，特别是农业和林业废料的燃烧进行了数学模拟。 流化床型号一些作者开发了流化床设备的数学模型分析,分离固体和气体阶段,当他们继续混合,并因此能够开发模型方程,考虑关键参数如蒸发步骤和凝析油的生产和水手。这些模型现在使用计算工具进行评估，基于阶段的流体动力学，并结合化学动力学和传 质现象的表达式。流化床设备由于各种参数的调整，已成为生物质燃烧过程发展的优秀解决 方案。然而，尽管允许数学模型的成功发展，还需要进一步的研究，考虑到可以使用的生物 量的种类以及在流态化过程中每个过程的特定行为。- 28 -总结生物质的使用对可再生能源的清洁能源发电越来越重要。一个重要的方面是需要增加数种木材废料的密度，主要来自于农业和林业，这已经在欧洲、加拿大和美国产生了越来越多的工业，每年生产大约1000万吨的生物质颗粒。pellets行业面临的主要问题之一是，其中绝大部分都是由伐木公司生产的;这将产生短缺，因为该行业没有能力产生足够的废物，以满足全球对生物质颗粒的需求，因此，从农业和林业废料中发展的球，以及其他不同类型的。生物质在不久的将来会特别有兴趣。目前，生物质球团的使用是通过直接燃烧过程进行的。然而，在开发整个过程模型的过程中，由于涉及到大量