新型菊芋秸稈-煙煤混合固體燃料添加劑的選擇與燃燒性能分析

常子磐，郭加汛，趙耕毛，王長海（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095）

新型菊芋秸稈-煙煤混合固體燃料添加劑的選擇與燃燒性能分析

常子磐，郭加汛，趙耕毛*，王長海
（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095）

在研制新型菊芋秸稈-煙煤混合固體燃料的基礎(chǔ)上，篩選不同添加劑［MgCO3、CaCO3、Al2O3、Al2Si2O5（OH）5］優(yōu)化燃料，以提高生物質(zhì)混合固體燃料的燃燒性能。將四種添加劑以3%比例（質(zhì)量比）與菊芋秸稈-煙煤混合固體燃料混合，比較了不同添加劑對混合固體燃料的灰分、結(jié)渣率、放熱量、煙黑、灰熔點、煙氣成分等的影響。結(jié)果表明：四種添加劑對酸性氣體有明顯的吸附作用，且能有效降低混合固體燃料的結(jié)渣率，其中CaCO3添加劑使混合固體燃料的灰分含量、煙黑的林格曼指數(shù)下降最為明顯。這表明，CaCO3添加劑能有效緩解混合固體燃料中的灰分、煙黑、酸性氣體的生成，提高其燃燒性能，是一種較為理想的新型菊芋秸稈-煙煤混合固體燃料添加劑。

菊芋；煙煤；混合固體燃料；添加劑；燃燒性能

常子磐，郭加汛，趙耕毛，等.新型菊芋秸稈-煙煤混合固體燃料添加劑的選擇與燃燒性能分析［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，35（8）：1610-1615.

CHANG Zi-pan，GUO Jia-xun，ZHAO Geng-mao，et al.Selecting additives for optimum combustion performance of a new-type Jerusalem artichoke-bituminous coal solid biofuel pellets［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（8）：1610-1615.

我國經(jīng)濟處于迅速發(fā)展的時期，對煤炭的消耗也日益增加，化石能源過度消耗不僅帶來能源的危機，而且?guī)砣找鎳?yán)峻的環(huán)境污染問題［1］。生物質(zhì)能是一種對環(huán)境友好的可再生能源［2-3］，在現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)中，可以直接、有效地緩解能源緊張的狀況［4］。

菊芋（Helianthus tuberosus）是一種菊科（Asteraceae）向日葵屬多年生草本植物，具有高產(chǎn)、耐鹽、抗旱、耐貧瘠的特點，目前廣泛種植于我國山西、黑龍江、山東、江蘇以及其他土壤貧瘠地區(qū)［5］。菊芋作為能源植物具有獨特的優(yōu)勢，其優(yōu)異的經(jīng)濟、環(huán)保和能源開發(fā)價值越來越受到國內(nèi)外的重視［6-8］。菊芋地上部分的秸稈高達1～3 m，生物量極大，可作為生物質(zhì)燃料加以利用［9］。煤與菊芋秸稈混合燃燒，能夠改善煤的燃燒性能［10］，但是菊芋秸稈生物質(zhì)和煙煤在高溫燃燒的情況下依然會產(chǎn)生揮發(fā)性氣相碳物質(zhì)，使煙氣中帶有大量的飛灰和酸性氣體。由于生物質(zhì)混合燃料中的堿金屬含量偏高，灰熔點較低易產(chǎn)生結(jié)渣［11］?；以谌剂先紵^程中影響放熱量［12-13］。灰渣的形成是對鍋爐腐蝕的一個主要原因，也是影響放熱量的一個主要原因。

目前國內(nèi)外對生物質(zhì)混合固體燃料的研究非常重視，對于其燃燒容易結(jié)渣問題，多選擇從原料的源頭進行處理［14］，即在原料內(nèi)添加一些粉煤灰［15］、高嶺土［16］、硅藻土［17-18］和石英砂［19］等，實驗表明這些添加劑對緩解生物質(zhì)燃料容易結(jié)渣有一定的效果［20］。

本研究將菊芋秸稈與劣質(zhì)煙煤按照一定質(zhì)量比（菊芋∶煙煤=2∶3）混合，并在此基礎(chǔ)上分別添加不同的添加劑制成菊芋-煙煤混合固體成型燃料，研究不同添加劑對混合固體燃料中灰分、結(jié)渣率、煙氣成分、煙黑、放熱量、灰熔點等的影響，為研制開發(fā)燃燒性能好、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)高、對燃具腐蝕性低的新型生物質(zhì)燃料提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

實驗所用的生物質(zhì)原料南菊芋1號菊芋秸稈，收集于江蘇大豐鹽土大地工業(yè)園區(qū)周圍的農(nóng)田；大同煙煤采購于江蘇大豐港。MgCO3、CaCO3、Al2O3、Al2Si2O5（OH）5（高嶺土）均為分析純，采購于國藥集團化學(xué)試劑公司。

1.2試驗方法

1.2.1混合型生物質(zhì)固體燃料生產(chǎn)工藝流程

經(jīng)生物質(zhì)固體燃料生產(chǎn)流程制備混合型固體燃料（圖1）。SG50型秸稈粉碎機、沙克龍將菊芋秸稈粉碎至粒徑為0.3～0.4 mm（80～100目）的生物質(zhì)粉末，置于向陽通風(fēng)干燥處自然干燥5～8 h，將煙煤、MgCO3、CaCO3、Al2O3、高嶺土等吸附原料粉碎至0.3～0.4 mm的粉末備用；將40%的菊芋秸稈粉末（JAS）和60%的大同煙煤粉末（BC）混合后再加入添加劑混合均勻（添加劑占總質(zhì)量的3%）。經(jīng)螺旋提升機進料倉送至SKJ300秸稈顆粒機，生產(chǎn)出不同比例菊芋秸稈的混合型固體成型燃料。試驗在鹽城市海洋生物產(chǎn)業(yè)園固體成型燃料中試生產(chǎn)車間進行。

1.2.2分析檢測方法

（1）放熱量測定：采用ZDHW-2010B型微機壓縮制冷全自動量熱儀測定添加不同添加劑的固體成型燃料放熱量。

（2）煙氣成分測定：用德國Rbr煙氣分析儀分析測定添加不同添加劑的固體成型燃料的煙氣成分。

圖1　生物質(zhì)固體燃料生產(chǎn)流程圖Figure 1 Scheme of manufacturing process for solid biofuel pellets

（3）煙黑測定：采用林格曼黑度測定比對的方法進行測定。將煙黑比色卡置于加熱手柄控制的采樣碳管的煙黑測定卡孔，開啟煙黑測量泵，抽取1.63 L的樣氣，從加熱槽中取出煙黑過濾片，對照煙黑對比卡，讀出不透明的級別，重復(fù)該過程3次，取其平均值。

（4）灰分測定：溫度設(shè)置為（550±10）℃，通過計算添加不同添加劑的固體成型燃料在空氣中加熱后剩余物的質(zhì)量占樣品總質(zhì)量的百分比來測定灰分。

（5）燃燒結(jié)渣情況測定：取3～6 mm粒度的添加不同添加劑的固體成型燃料和木炭，分別放入結(jié)渣性測定儀氣化裝置中，在恒定鼓風(fēng)0.1 m·s-1情況下進行燃燒，待燃盡后冷卻并篩選6 mm以上的渣塊，稱量計算結(jié)渣率。

（6）灰熔點測定：依據(jù)《煤灰熔融性的測定方法》（GB/T 219—2008）進行操作。

1.2.3添加劑的選擇

菊芋生物質(zhì)秸稈和煙煤化學(xué)組成比較復(fù)雜，在其混合燃燒的過程中，添加氧化鈣對二氧化硫有一定程度的吸收作用［21］，本實驗選擇具有常規(guī)吸附作用的MgCO3、CaCO3、Al2O3、高嶺土為吸附原料。研究表明當(dāng)添加劑用量在燃料中所占的比例為1%、2%、3%時，隨著添加劑用量的增加，吸附效果越好，因此本實驗選取3%的添加劑用量。空白組（CK）為不添加任何添加劑的40%的菊芋秸稈和60%大同煙煤的混合型生物質(zhì)燃料。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用Microsoft Excel軟件、SPSS18.0軟件進行單因素方差分析，采用Origin8.5軟件作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1添加劑對灰分的影響

空白組的灰分含量為9.09%，添加不同添加劑對燃料的灰分含量有一定的影響，CaCO3、MgCO3使燃料的灰分含量降低，Al2O3和高嶺土使混合燃料中的灰分含量增加（圖2）。MgCO3對菊芋秸稈-劣質(zhì)煙煤混合固體成型燃料的灰分含量降低最為明顯，使其降低為7.03%，比混合燃料的灰分降低了2.02%。添加CaCO3對混合固體灰分含量較對照下降了0.98%（P＜0.05）。Al2O3和高嶺土使混合燃料中的灰分含量分別增加了0.6%和1.01%。

2.2添加劑對結(jié)渣率的影響

加入添加劑后對結(jié)渣效率有很大的影響，空白組的混合燃料結(jié)渣率為35%，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的Al2O3、CaCO3、高嶺土、MgCO3的混合燃料結(jié)渣率分別為16%、8%、28%、2%（圖3）。MgCO3對結(jié)渣率降低的影響最大，降低了33%，表明其具有非常強的抗結(jié)渣能力；其次，CaCO3對熔渣結(jié)渣率（8%）的降低量較明顯，比CK降低了27%（P＜0.01），Al2O3相對于空白組來說使結(jié)渣率下降了19%；添加高嶺土較空白組來說結(jié)渣率僅下降了7%。

2.3添加劑對放熱量的影響

添加劑對混合固體燃料的放熱量的影響見圖4?？瞻捉M的放熱量為20 883.5 J·g-1，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的Al2O3、MgCO3、高嶺土后放熱量分別為20 875.7、20 787.4、20 905.9 J·g-1。添加CaCO3的混合固體燃料放熱量（21 043.2 J·g-1）明顯高于空白組，但是多數(shù)添加劑對燃料燃燒放熱量有降低的作用。

2.4添加劑對煙氣成分的影響

將添加不同添加劑的40%菊芋秸稈-煙煤混合固體成型燃料分別放入馬弗爐內(nèi)900℃充分燃燒，并在排氣口收集煙氣進行檢測，結(jié)果見表1。混合固體燃料充分燃燒后，添加劑對燃料CO2的排放量有所降低，其中高嶺土導(dǎo)致CO2的排放量相對于空白組降低較為明顯。MgCO3、CaCO3、高嶺土添加劑均使煙溫略有下降。

圖2　不同添加劑固體燃料的灰分Figure 2 Ash content of solid biofuel pellets with different additives

圖3　不同添加劑固體燃料的結(jié)渣率Figure 3 Slagging rates of solid biofuel pellets with different additives

圖4　不同添加劑固體燃料的放熱量Figure 4 Heating values of solid biofuel pellets with different additives

三類主要有毒酸性氣體排放量方面，空白組燃燒后NO2、SO2、H2S的排放量分別為56.4、351.5、228.4 mg·m-3，添加Al2O3對三類酸性氣體的排放基本無影響。添加MgCO3較空白組分別下降了32.44%（NO2）、30.71%（SO2）、21.89%（H2S），添加CaCO3較空白組分別下降了35.46%（NO2）、24.24%（SO2）、27.01%（H2S）。MgCO3和CaCO3對這三類酸性氣體均具有顯著的吸附效果。高嶺土對這三類有毒氣體的吸收也具有一定的作用，分別下降了22.87%（NO2）、20.45%（SO2）、16.9%（H2S），但低于添加MgCO3、CaCO3對有毒酸性氣體的吸附能力。

2.5添加劑對煙黑的影響

添加劑對混合燃料燃燒的煙黑有一定的影響，從標(biāo)準(zhǔn)煙黑比色卡可以看出（圖5），空白組的煙黑指數(shù)為6，添加高嶺土后煙黑指數(shù)為5，添加劑為Al2O3、CaCO3的煙黑指數(shù)均為4，添加MgCO3后的煙黑指數(shù)為3。添加劑對煙黑有吸附作用，能降低煙黑指數(shù)，尤其是碳酸鹽類的添加劑的吸附效果較好。不同添加劑對煙黑的吸附能力依次為MgCO3＞Al2O3=CaCO3＞高嶺土。

表1　不同添加劑的混合固體燃料煙氣成分（X±SD）Table 1 Composition of smoke produced from solid biofuel pellets with different additives（X±SD）

2.6添加劑對灰熔點的影響

添加劑對燃料燃燒的灰熔點影響效果如圖6。添加MgCO3使燃料的變形溫度明顯降低，較空白組降低了40℃；添加CaCO3的燃料變形溫度也有一定程度的下降，較空白組下降了32℃；添加Al2O3的燃料較空白組略微下降了17℃；添加高嶺土的燃料在變形溫度上有所上升，大約高出空白組5℃。對于軟化溫度，添加MgCO3的燃料軟化溫度為1343℃，高于空白組19℃；添加CaCO3的燃料軟化溫度為1321℃，略低于空白組；添加Al2O3和高嶺土的燃料較空白組的軟化溫度均有所提高，分別提高了2℃和7℃。軟化溫度到半球溫度各組基本呈現(xiàn)平穩(wěn)的升溫趨勢。對于流動溫度，較高的依然是添加MgCO3的燃料，為1375℃；其次是添加Al2O3添加劑的燃料為1363℃；添加高嶺土的燃料和空白組流動溫度相同；添加CaCO3的燃料流動溫度為1344℃，相對最低。

圖5　不同添加劑固體燃料的煙黑Figure 5 Soot of solid biofuel pellets with different additives

圖6　不同添加劑固體燃料的灰熔點Figure 6 Ash fusion points of solid biofuel pellets with different additives

3　討論

為探討優(yōu)化菊芋秸稈煙煤生物質(zhì)混合固體燃料燃燒條件，選取不同添加劑均以3%的比例添加至40%菊芋秸稈和60%煙煤混合的燃料中，分別從結(jié)渣率、灰分、放熱量、煙氣成分、煙黑、灰熔點等方面進行比較研究，探討添加不同添加劑對燃料燃燒性能的影響，以尋求放熱量高、煙氣排放環(huán)保、抗結(jié)渣性能好的燃料，滿足實際市場和環(huán)境保護對燃料的需求。

研究表明，以活潑的金屬氧化物作為添加劑可以有效地降低灰分的比例，Ca和Mg等元素對于灰分的分解和降低結(jié)渣率有顯著的效果［22］，菊芋生物質(zhì)秸稈中堿金屬含量相對較高，若單獨進行菊芋秸稈生物質(zhì)的燃燒，其灰熔點會相對較低，易產(chǎn)生結(jié)渣并腐蝕受熱面對燃爐的爐壁破壞較重，生物質(zhì)、煤添加劑進行混合燃燒會降低灰渣的生成［23］。這與國內(nèi)外一些研究添加添加劑降低煤炭、玉米秸稈生物質(zhì)固體燃料結(jié)渣結(jié)果一致。Ca和Mg等元素的添加劑抗結(jié)渣性比袁艷文等［24］在玉米秸稈中添加高嶺土和方解石效果好，添加適量的添加劑可以在一定程度上降低結(jié)渣問題［24］。尤其添加MgCO3的燃料結(jié)渣率幾乎控制在3%以內(nèi)，其次添加CaCO3的燃料結(jié)渣率也能控制在10%以內(nèi)；添加高嶺土的燃料在抗結(jié)渣率上僅略低于空白組，抗結(jié)渣能力不及添加MgCO3和CaCO3的燃料。可能是因為高嶺土含有較多的Si元素，形成的灰分含量也較高，Si元素和菊芋秸稈固有的堿金屬或其他金屬元素結(jié)合形成較低熔點的金屬混合體，進而抵消了結(jié)渣能力。添加Al2O3對燃料的結(jié)渣性有一定的阻抗作用，但是效果不如添加MgCO3和CaCO3的燃料。

加入添加劑后對放熱量略有影響，無任何添加劑的混合燃料的放熱量為20 883.5 J·g-1，添加Al2O3、MgCO3、高嶺土的放熱量與空白組相比均出現(xiàn)放熱量降低的現(xiàn)象，但添加CaCO3的燃料其放熱量比空白對照組上升了159.7 J·g-1。這很可能是CaCO3首先受熱分解生成的CaO增加了煤炭表面的活性位數(shù)，并能改變?nèi)剂系幕钚?，CaO還有防止碳粒子生長和烴分子的聚向作用，從而提高了燃燒效率［25］使放熱量有所升高。

添加不同添加劑的菊芋秸稈-煙煤混合固體成型燃料充分燃燒后，在煙氣排放方面Al2O3、MgCO3、CaCO3對CO2的排放量有所降低，主要是加入混合燃料中的添加劑碳百分含量低于混合燃料含碳量所致。高嶺土對CO2的排放有較為明顯的吸收現(xiàn)象，主要是高嶺土顯堿性在高溫燃燒情況下可以和CO2氣體充分接觸并發(fā)生反應(yīng)吸收CO2。添加MgCO3、CaCO3、高嶺土的燃料燃燒過程均使煙溫略有下降，由排煙帶出的熱量減少可以提升燃料的能源利用率。對于NO2、SO2、H2S這三類有毒的酸性氣體，除了添加Al2O3添加劑對其影響不大外，其他添加了MgCO3、CaCO3、高嶺土的燃料對該三類有毒氣體吸收較為顯著。Sasaoka等［26］對鈣基吸收劑研究發(fā)現(xiàn)脫除SOX和NOX有明顯的吸附作用，本研究發(fā)現(xiàn)鈣基添加劑對H2S也有較好的吸附性。主要是添加劑分別與這三類酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生硫酸鹽或硝酸鹽，因而對于大氣環(huán)保有顯著的效果。

煙黑和放熱量以及燃燒煙氣排放正相關(guān)，若燃燒不充分會生成部分沒有充分燃燒的碳的小顆粒，不僅導(dǎo)致燃料燃燒放熱量降低，還會伴隨燃料燃燒產(chǎn)生粉塵或PM2.5過量排放的環(huán)境問題［27-28］。添加劑能較為有效地緩解燃燒速度，吸收部分氣體，使燃料燃燒更加充分平順，減少未燃燒的顆粒碳進入煙氣，尤其碳酸鹽類的添加劑有較好的降低煙黑排放的作用。

燃料在充分燃燒的情況下，爐具的局部高溫使燃料含有的部分金屬高溫熔融，再與燃料中的非金屬類的硅硫等元素反應(yīng)形成黏性表面，隨著溫度升高進而熔融冷卻形成結(jié)渣的渣塊。灰熔點的四個特征溫度是判別結(jié)渣傾向的重要指標(biāo)。在還原性氛圍中若變形溫度大于1289℃則不易于結(jié)渣，在1180～1288℃易于中度結(jié)渣，當(dāng)變形溫度小于1107℃時為嚴(yán)重結(jié)渣。對比來看添加MgCO3的燃料變形溫度相對偏低，與空白組或其他幾類添加劑相比較容易結(jié)渣。對于軟化溫度來說，在1260℃以上時均不容易結(jié)渣，抗結(jié)渣能力較好的添加劑是MgCO3、CaCO3和高嶺土，能夠有效防止和減緩結(jié)渣。研究表明，與加入添加劑的燃料塊中添加劑結(jié)合原燃料尤其是菊芋秸稈中的鉀、硅元素形成高熔點不易結(jié)渣的MgSiO4、Ca3Mg（SiO4）8、KAlSiO6等硅酸鹽有關(guān)。添加劑選取對灰渣的影響與上述結(jié)渣試驗結(jié)果一致。

4　結(jié)論

（1）添加MgCO3、CaCO3使混合燃料燃燒灰分減少、結(jié)渣率降低，抗結(jié)渣效果好于其他兩種添加劑。

（2）添加MgCO3、CaCO3對燃燒酸性煙氣吸附和煙黑度降低效果明顯，添加Al2O3為添加劑的燃料雖然對煙黑度有降低但是對煙氣吸附作用不明顯。

（3）添加CaCO3的燃料對放熱量有提高的作用，其他三種添加劑對混合燃料放熱量影響不大。

（4）添加Al2Si2O5（OH）5（高嶺土）對灰熔點變形溫度有所提升，其他三種添加劑對變形溫度雖有降低但依然控制在中等結(jié)渣程度范圍內(nèi)。

綜合考慮，以3%的CaCO3為添加劑加入混合燃料具有抗渣性好、煙氣排放環(huán)保、放熱高的效果，對化石能源合理使用和生態(tài)環(huán)境保護有重要意義。

［1］閻立峰，朱清時.以生物質(zhì)為原材料的化學(xué)化工［J］.化工學(xué)報，2004，55（12）：1938-1943. YAN Li-feng，ZHU Qing-shi.New chemical industry based on biomass［J］. Journal of Chemical Industry and Engineering，2004，55（12）：1938-1943.

［2］王久臣，戴林，田宜水，等.中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分布［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23（9）：276-282. WANG Jiu-chen，DAI Lin，TIAN Yi-shui，et al.Analysis of the development status and trends of biomass energy industry in China［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2007，23 （9）：276-282.

［3］肖亮，宋國華.生物質(zhì)能發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析［J］.中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報，2008，18（4）：35-39. XIAO Liang，SONG Guo-hua.The status and prospects analysis on biomass energy［J］.Journal of Environmental Management College of China，2008，18（4）：35-39.

［4］黨鉀濤，溫振華，楊芊，等.用于中低溫?zé)峤獾牡碗A煙煤型煤的制備［J］.黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2012，22（6）：553-557. DANG Jia-tao，WEN Zhen-hua，YANG Qian，et al.Preparation of briquette from low rank bituminous coal used for medium-low temperature pyrolysis［J］.Journal of Heilongjiang Institute of Science&Technology，2012，22（6）：553-557.

［5］丁紅梅，董全，譚曉瓊.菊芋的綜合利用及發(fā)展前景［J］.四川食品與發(fā)酵，2006，42（5）：5-8. DING Hong-mei，DONG Quan，TAN Xiao-qiong.Review on the application and prospect of Jerusalem artichoke［J］.Sichuan Food&Fermentation，2006，42（5）：5-8.

［6］Liu Z X，Han L P，Steinberger Y，et al.Genetic variation and yield performance of Jerusalem artichoke germplasm collected in China［J］.Agricultural Sciences in China，2011，10（5）：668-678.

［7］Nakamura T，Ogata Y，Hamada S，et al.Ethanol production from Jerusalem artichoke tubers by Aspergillus niger and Saccharomyces cerevisiae［J］. Journal of Fermentation&Bioengineering，1996，81（6）：564-566.

［8］Long X H，Chi J，Liu L，et al.Effect of seawater stress on physiological and biochemical responses of five Jerusalem artichoke ecotypes［J］.Pedosphere，2009，19（2）：208-216.

［9］Xue X Y，Liu Z P.Antioxidant enzymes and physiological characteristics in two Jerusalem artichoke cultivars under salt stress［J］.Russian Journal of Plant Physiology，2008，55（6）：776-781.

［10］黃海珍，陳海波，蘇俊林，等.煤與生物質(zhì)混合燃燒特性及動力學(xué)分析［J］.節(jié)能技術(shù)，2007，25（1）：26-29. HUANG Hai-zhen，CHEN Hai-bo，SU Jun-lin，et al.Combustion characteristics and kinetic analysis of coal-biomass blends［J］.Energy Conservation Technology，2007，25（1）：26-29.

［11］Lindstr?m E，Sandstr?m M，Bostr?m D，et al.Slagging characteristics during combustion of cereal grains rich in phosphorus［J］.Energy&Fuels，2007，21（2）：710-717.

［12］宋新南，徐惠斌，房仁軍，等.基于Aspen Plus的生物質(zhì)燃燒NOx生成模擬［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，29（8）：1696-1700. SONG Xin-nan，XU Hui-bin，F(xiàn)ANG Ren-jun，et al.Simulation of the NOx emissions during biomass combustion based on Aspen Plus［J］. Acta Scientiae Circumstantiae，2009，29（8）：1696-1700.

［13］閻維平，陳吟穎.TK6生物質(zhì)燃料結(jié)渣特性分析與判別［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報，自然科學(xué)版，2007，34（1）：49-54. YAN Wei-ping，CHEN Yin-ying.Study on slagging characteristics of biomass fuels［J］.Journal of North China Electric Power University，2007，34（1）：49-54.

［14］袁艷文，林聰，趙立欣，等.生物質(zhì)固體成型燃料抗結(jié)渣研究進展［J］.可再生能源，2009，27（5）：48-51. YUAN Yan-wen，LIN Cong，ZHAO Li-xin，et al.The research process of anti-slagging for biomass pellet fuel［J］.Renewable Energy Resources，2009，27（5）：48-51.

［15］陳彥廣，陸佳，韓洪晶，等.粉煤灰作為廉價吸附劑控制污染物排放的研究進展［J］.化工進展，2013，32（8）：1905-1913. CHEN Yan-guang，LU Jia，HAN Hong-jing，et al.Research development of controlling air pollutions using fly ash as a low cost adsorbent［J］. Chemical Industrys&Sengineering Progress，2013，32（8）：1905-1913.

［16］袁艷文，趙立欣，孟海波，等.玉米秸稈顆粒燃料抗結(jié)渣劑效果的比較［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26（11）：251-255. YUAN Yan-wen，ZHAO Li-xin，MENG Hai-bo，et al.Effects comparison on anti-slagging additives of corn straw biomass pellet fuel［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2010，26（11）：251-255.

［17］Vamvuka D，Kakaras E，Kastanaki E，et al.Pyrolysis characteristics and kinetics of biomass residuals mixtures with lignite［J］.Fuel，2003，82 （15）：1949-1960.

［18］Demirbas A.Combustion characteristics of different biomass fuels［J］. Progress in Energy and Combustion Science，2004，30（2）：219-230.

［19］Bhattacharya S P，Harttig M.Control of agglomeration and defluidization burning high-alkali，high-sulfur lignites in a small fluidized bed combustor effect of additive size and type，and the role of calcium［J］. Energy&Fuels，2003，17（4）：1014-1021.

［20］馬孝琴.添加劑對秸稈燃燒過程中堿金屬行為的影響［J］.浙江大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2006，40（4）：599-604. MA Xiao-qin.Effect of additives on behavior of alkali metals during straw combustion［J］.Journal of Zhejiang University（Engineering Science），2006，40（4）：599-604.

［21］韓奎華，趙建立，路春美，等.添加劑影響CaO固硫反應(yīng)活性的動力學(xué)分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2006，27（2）：219-223. HAN Kui-hua，ZHAO Jian-li，LU Chun-mei，et al.Kinetic analysis of additive effect on desulfurization activity of CaO［J］.Environmental Science，2006，27（2）：219-223.

［22］Xiong S，Burvall J，?rberg H，et al.Slagging characteristics during combustion of corn stovers with and without kaolin and calcite［J］.Energy&Fuels，2008，22（5）：3465-3470.

［23］Shen G，Tao S，Wei S，et al.Reductions in emissions of carbonaceous particulate matter and polycyclic aromatic hydrocarbons from combustion of biomass pellets in comparison with raw fuel burning［J］.Environmental Science Technology，2012，46（11）：6409-6416.

［24］Wang M，Xia X，Chai Y，et al.Life cycle energy conservation and emissions reduction benefits of rural household biogas project［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2010，26 （11）：245-250.

［25］于豐閣.燃煤固硫——助燃添加劑的實驗研究［D］.沈陽：東北大學(xué)，2009：54-56. YU Feng-ge.Experimental study on effect of sulfur-retention and combustion-supporting additives during coal combustion［D］.Shenyang：Northeastern University，2009：54-56.

［26］Sasaoka E，Azhar Uddin M，Nojima S.Novel preparation method of macro-porous lime from limestone for high-temperature desulfurization［J］. Ind Eng Chem Res，1997，36（9）：3639-3646.

［27］郎芳，馬曉茜，王晶晶.秸稈灰特性的研究［J］.可再生能源，2007，25（4）：25-28. LANG Fang，MA Xiao-qian，WANG Jing-jing.Study on the ash characteristics of stalks［J］.Renewable Energy Resources，2007，25（4）：25-28.

［28］Vamvuka D，Zografos D.Predicting the behaviour of ash from agricultural wastes during combustion［J］.Fuel，2004，83（14）：2051-2057.

Selecting additives for optimum combustion performance of a new-type Jerusalem artichoke-bituminous coal solid biofuel pellets

CHANG Zi-pan，GUO Jia-xun，ZHAO Geng-mao*，WANG Chang-hai
（College of Resources and Environmental Sciences，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

Jerusalem artichoke biomass has been used to produce biofuel and can also improve the combustion performance of bituminous coal after adding to the coal.However，Jerusalem artichoke-bituminous coal solid biofuel pellets（JAC pellets）still produce large amount of slag during combustion.Here we examined the combustion characteristics of JAC pellets after mixing with MgCO3，CaCO3，Al2O3and Al2Si2O5（OH）5at 3%（m∶m）to select additives for optimum combustion performance of JAC pellets.Results showed that adding additives decreased slagging rates to a great extent，while absorbed acid gases effectively.Addition of CaCO3resulted in a significant reduction in ash content and Ringelman emittance.In summary，CaCO3improved the combustion performance of the JAC pellets and could be a promising additive for JAC pellets.

Jerusalem artichoke；bituminous coal；solid biofuel pellet；additive；combustion characteristics

X712

A

1672-2043（2015）08-1610-06

10.11654/jaes.2015-0456

2015-04-07

江蘇省自主創(chuàng)新項目（CX（12）1005）

常子磐（1988—），男，內(nèi)蒙古興安盟人，碩士，從事農(nóng)作物秸稈高能利用研究。E-mail：czpcp01@163.com

趙耕毛E-mail：seawater@njau.edu.cn