中标自然科学基金项目申请书生物质与高硫煤矸石混烧特性实验研究.docx
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中标自然科学基金项目申请书生物质与高硫煤矸石混烧特性实验研究
重庆市自然科学基金计划项目
立项申请书
项目名称
生物质与高硫煤矸石混烧特性实验研究
所属专项
其它
申报单位
重庆大学（签章）
申请者
蒲舸
联系电话
组织部门
重庆大学
起止年限
2007年7月至2009年6月
填报日期
2007年2月28日
重庆市科学技术委员会
二ΟΟ七年元月制
填写说明
请不要修改本申请书模板中表格的结构，结构的改变可能导致申报系统拒绝受理。
1、凡申报重庆市自然科学基金计划的项目须填写此立项申请书。
2、立项申请书由项目的主承担者填写，经项目主承担者工作单位审查同意后，一般项目一式三份、重点项目一式七份（含查新报告）并附申报软盘一张报送重庆市科委。
3、填写申请书前，请先查阅《重庆市自然科学基金计划项目管理办法》及有关规定，其中重点项目应围绕当年“项目指南”内容撰写。
4、立项申请书所列内容都要据实填写，表达应明确、完整、严谨、扼要（外文名词要同时用中文表达）。
5、项目组主要成员本人应在申请书上亲自签名以示同意合作。
6、立项申请书一律要求用A4纸张打印，否则不予受理。
7、所有申报材料恕不退还，请注意留底。
8．自然科学基金项目分两个个层次给予资助：
重点项目（20-40万元）、一般项目（2-4万元）。
9．项目负责人具有良好的信誉和完成项目的能力，无逾期未结题的科技项目，在研科技项目不超过1项，且同一年度内只能申请1项市级科技项目。
10．项目负责人应当具备《重庆市科技计划项目管理办法》规定的基本条件。
一、基本信息
项目名称
生物质与高硫煤矸石混烧特性实验研究
所属专项
其它
承担单位
重庆大学
组织部门
重庆大学
单位地址
沙坪坝区（县、市）
邮编
400044
单位性质
1
1.高等院校2.科研院所3.企业4.其它
工商注册登记类型
1
1.国有2.集体3.股份合作4.联营企业5.有限责任公司6.股份有限公司7.私营企业8.港澳台商投资企业9.外资企业10.其它企业
单位法定代表
姓名
李晓红
联系
电话
手机
单位
传真
项目负责人
姓名
蒲舸
联系
电话
手机
项目主要合作单位
计划类别
1
1.自然科学基金2.院士专项
项目主要服务行业
5
1.农业2.制造业3.电子信息4.医药化工5.交通、能源6.建筑建材7.冶金8.轻工纺织9.社会事业10.其它
项目所属技术领域
8
1.电子信息2.生物医药3.现代农业4.环境保护5.新材料6.光机电7.交通8.能源资源9.社会事业10.其它
项目研究所属主要学科
一级学科代码及名称
二级学科代码及名称
三级学科代码及名称
代码：
470
名称：
动力与电气工程
代码：
47010
名称：
工程热物理
代码：
4701030
名称：
燃烧学
起止时间
总投资
4万元
申请资助
4万元
主要研究内容
（限100字）
对生物质、高硫煤矸石样品进行热解特性和燃烧特性研究；对生物质与高硫煤矸石混合燃烧特性进行试验研究；对生物质与高硫煤矸石混烧的固硫特性进行实验研究；对生物质与高硫煤矸混烧后的灰渣特性进行研究。
预期成果形式或达到的目标
（限100字）
获得不同生物质与高硫煤矸石的混烧特性参数，找到最适宜混烧的生物质及最佳混烧比；获得不同生物质与高硫煤矸石混烧的固硫特性；弄清混烧后的灰渣特性，为灰渣利用提供指导。
在中文核心刊物上发表论文2～3篇。
注：
此简表的选择项均为单选项。
学科代码及名称按国家标准（可在市科委网站上查询）至少填至二级学科。
二、项目组主要成员（含项目负责人）
编号
姓名
出生年月
学历
专业技术职称
工作单位
联系电话
从事专业
项目中
的分工
每年工作
时间（月）
签字
1
蒲舸
博士
副教授
重庆大学
热能动力工程
研究方案、技术路线、组织实验
6
2
陈移峰
硕士
高级工程师
重庆大学
热能动力工程
实验分析测试
6
3
刘洪涛
博士生
重庆大学
热能动力工程
实验分析测试
6
4
李淑强
硕士生
重庆大学
热能动力工程
实验分析测试
6
5
李钦朋
硕士生
重庆大学
热能动力工程
实验分析测试
6
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
三、经费预算（单位:
万元）
经费来源预算
经费支出预算
科目
预算数
科目
预算数
其中市科技
计划拨款部分
1、市科技计划拨款
1、设备费
2、国家部委拨款
2、材料费
3、行业主管部门拨款
3、测试化验加工费
4、区县科委拨款
4、燃料动力费
5、单位自筹
5、差旅费
6、其他资金
6、会议费
7、国际合作与交流费
8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费
9、劳务费
10、专家咨询费
11、管理费
来源预算合计
支出预算合计
市科技计划预算拨款
年度
2007年
20年
20年
合计
经费
注：
1、市科技计划资助强度为：
一般项目2-4万元，重点项目20-40万元。
2、一般项目不得提取管理费。
四、申请书正文
参照以下提纲撰写，要求内容翔实、清晰，层次分明，主题突出。
（一）立项依据与研究内容
1、项目的立项依据（重点项目须附主要参考文献详细目录）
（1）题目的、意义
众所周知，人类的生存和发展离不开能源。
随着世界能源需求量的迅猛增长，以煤、石油、天然气为代表的常规能源将最终被开采殆尽，同时大量使用这些化石燃料会导致一系列严重的环境污染问题。
因此，大力提高能源的利用效率，以高新技术开发低污染、可再生的新能源，逐步取代石油、煤、天然气等不可再生能源，是解决能源危机和环境问题的重要途径。
在众多的可再生能源中，生物质能以其资源储量丰富、清洁方便和可再生的特点，具有极大的开发潜力。
生物质能是指绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量，其主要来源是：
农林废弃物、工业废水和废渣、城市生活垃圾以及人畜粪便等。
17世纪末大规模使用煤以前，人类的主要能源是生物质能。
目前，生物质能的利用仍然占世界总能耗的14%，是仅次于石油、煤炭和天然气，位居第4位的能源。
在发展中国家则更加突出，生物质能的利用达到总能耗的35%。
但生物质能利用总量还不到生物质所能产生的总能量的1%，由此可见，生物质能的开发利用前景十分广阔。
利用煤炭等化石燃料发电，排放出大量的SO2、NOx、CO2以及粉尘等污染物，它们是造成酸雨、温室效应的罪魁祸首。
20世纪60年代以来，许多发达国家为改善环境纷纷加强了对电厂污染物排放的限制，甚至对CO2排放征税，如丹麦、芬兰、荷兰、挪威和瑞典等国。
中国是当今世界最大的煤炭生产和消费国。
2001年中国年煤产量达到了亿t，其中80%直接用于燃烧。
近年来在我国一次能源的利用中，煤炭发电份额一般都在75%左右，据预测以煤炭为主的能源结构在相当长时间里不会有大的改变。
我国作为燃煤大国，1992年排放CO2约达亿t，仅次于美国，列第二位。
因此，中国作为一个温室气体排放大国，对全球气候变暖也负有重大责任，积极减排CO2保护环境是当务之急，且有利于提高中国在国际上的声望。
在煤炭开采过程中会采出大量的高硫煤矸石，其灰分含量高、热值低、不易燃烧，普通燃烧方式难以利用，在矿区形成大量矸石山，占用了大量土地，也严重污染了环境。
对其进行高效、低污染的利用是我们面临的一项重要课题。
生物质被喻为即时利用的绿色煤炭，具有挥发分和炭活性高，N含量低（含N量%～3%，含S量%～%）S灰分低（%～3%），所以与煤共燃可以降低其硫氧化物、氮氧化物及烟尘的含量。
同时生物质燃烧过程具有CO2零排放的特点，这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义[7]。
我国生物质资源丰富，据统计，全国近年秸杆年产量约6亿t，薪柴年产量（包括木材砍伐的废弃物）为2亿t左右，还有大量的人畜粪便及工业排放的有机废料、废渣，每年生物质资源总量折合成标准煤2～4亿t。
因此加强对生物质与煤共燃的研究具有重要的意义。
目前，许多国家纷纷开展了生物质与煤共燃发电的研究。
其中美国和欧洲在这方面的研究较深入，而我国在这方面的研究则相对较少。
对于生物质与高硫煤矸石混烧的研究，国内外才刚刚起步，在这个方向进行生入研究，具有重要学术意义。
重庆市有大量燃烧高硫煤矸石的资源综合利用电厂，燃烧产生大量的SO2，重庆在农林产业每年产生大量生物质能未能得到有效利用，造成大量能源浪费。
对高硫煤矸石与生物质的混烧特性进行研究，广阔的工程应用前景。
（2）题研究现状
1）生物质能利用研究现状
目前，世界上的生物质能源转换途径包括物理转换、化学转换和生物转换三种。
生物质能源转换的技术主要有：
生物质固化、生物质气化、生物质液化、生物质热解、生物质发酵和生物质直接燃烧等技术。
①生物质固化
将稻壳、木屑、花生壳、甘蔗渣等生物质原料粉碎到一定粒度或者不加粉碎，不加粘接剂，在高压条件下，利用机械挤压成一定的形状，这就是生物质固化。
现有的生物质成型技术按成型物的形状主要可分为三大类:
圆柱块状成型、棒状成型和颗粒状成型技术。
如果把一定粒度和干燥到一定程度的煤按一定的比例与生物质混合，加入少量的固硫剂，压制成型就成为生物质型煤，这是当前生物质固化最有市场价值的技术之一。
生物质固体燃料具有型煤和木柴的许多特点，可以在许多场合替代煤和木柴作为燃料。
②生物质气化
生物质气化是指柴草、枝条、秸杆、废木料等农林废弃物在高温条件下与气化剂（空气、氧气及水蒸气）反应得到可燃气体的过程。
③生物质热解技术
热解是指生物质在隔绝空气或供给少量空气的情况下，加热分解成气体、液体、固体产品的过程。
热解产物中各成分的比例可通过控制反应参数，如温度、加热速率、过程中活性气体、固体停留时间等来加以控制。
根据温度、加热速率、固体停留时间及固体粉碎程度等条件可把热解分成慢速热解、快速热解和瞬时热解。
④生物质液化
生物质液化是指通过化学方法将生物质转换成液体产品的过程。
液化可分为催化液化和超临界液化。
催化液化过程中，溶剂和催化剂的选择是影响产物产率和质量的重要因素。
⑤生物质的生物转化技术
生物质的生物转化技术是指农林废弃物通过微生物的生物化学作用生成高品位气体燃料或液体燃料的过程。
目前主要的生物质转化方式为厌氧发酵和乙醇发酵。
⑥生物质直接燃烧技术
生物质直接燃烧是生物质能最早被利用的传统方法，就是在不进行化学转化的情况下，将生物质直接作为燃料燃烧转换成能量的过程。
燃烧过程所产生的能量主要用于发电或者供热。
生物质直接作为燃料燃烧具有许多优点：
1）资源化，使生物质真正成为能源，而不是产生能源产品替代物的原料；2）减量化，减少了生物质利用后剩余物的量；3）无害化，直接燃烧生物质不会造成环境问题，真正达到了能源利用的无害化。
据FAO（联合国粮食农业组织）统计，全世界有34个发展中国家的木质燃料和木炭消耗量达到全国总能耗的70%以上，而且1999年全世界63%的木材收获量用作木质燃料，其中发达国家为30%，发展中国家是81%。
我国农村能源消耗的50%来源于生物质能源，而其中主要是生物质的直接燃烧，每年总量高达两亿多吨。
由此可见，燃用生物质燃料仍将是发展中国家的主要选择。
生物质直接燃烧主要分为生物质作为农用炉灶燃料直接燃烧和生物质作为锅炉燃料直接燃烧。
生物质在农用炉灶中燃烧的热效率一般为10%~15%，在省柴炉灶中燃烧的热效率为30%左右。
生物质作为锅炉的燃料直接燃烧，其热效率远远高于作为农用炉灶燃料，甚至能接近化石燃料的水平。
所以利用生物质作为锅炉直接燃料能大大地提高生物质能的利用效率。
生物质燃料锅炉的种类很多，按燃用生物质的品种不同可分为：
木材炉、颗粒燃料炉、薪柴炉、秸秆炉；按燃烧方式又可分为流化床锅炉、层燃炉等。
瑞典、丹麦、德国等发达国家在流化床燃用生物质燃料技术方面具有较高的水平。
国内以生物质为燃料的流化床锅炉的应用也正在起步。
哈尔滨工业大学、清华大学、华中理工大学、浙江大学等机构也对流化床燃用生物质燃料技术进行了一系列的研究。
当然流化床锅炉燃用生物质燃料也存在一些缺点：
a.锅炉体形大，成本高；b.生物质燃料的燃用需要经过一系列的预处理（例如生物质原料的烘干、粉碎等）；c.飞灰含碳量高于炉灰的含碳量，并且随着生物质挥发分的大量析出，焦炭的燃尽较为困难；d.生物质燃料蓄热能力小，必须采用床料来保证炉内温度水平，造成炉膛磨损严重，也影响了灰渣的综合利用"链条炉属层状燃烧，生物质燃料通过给料斗送到炉排上形成的料层疏密不均，从而形成布风不均匀，影响了生物质的燃尽。
所以国内外对生物质层燃炉的报道比较少。
丹麦改造Benson型锅炉来燃用生物质燃料，取得了一定的效果。
国内也有一些锅炉厂设计生产了燃用生物质燃料的层燃炉，但热效率偏低，出力不足，锅炉本体大，所以很难推广。
最近国内研制出采用室燃与层燃相结合，燃用酒糟的锅炉。
该锅炉物料从炉膛前上方喷入炉内，下落过程中酒糟逐渐被加热，大量挥发分开始析出，并在炉膛空间燃烧，，同时物料颗粒在下落过程中也开始燃烧，较难燃尽的固定碳落在炉排上继续燃烧"燃烧速度快，燃烧效率高，负荷调节灵活方便。
目前这项技术已经推广应用，五粮液酒厂已安装了32台蒸发量为4t/h的燃酒糟锅炉，日处理酒糟2000t，每年节省燃料费用达3000万元，节能效果明显，并且极大地减轻了环境污染。
由于酒糟与棕榈渣、椰子壳、稻壳等生物质燃料具有相近的燃烧特性，这种技术有望得到大面积的推广。
2）生物质与煤混烧特性研究现状
我国生物质能占一次能源总量的33%，是仅次于煤的第二大能源。
同时，我国又是一个燃煤污染排放很严重的发展中国家，因此发展生物质与煤混烧这种既能减轻污染又能利用再生能源的廉价技术是非常适合我国国情的。
将生物质与矿物燃料混合燃烧，不仅为生物质与矿物燃料的优化提供了机会，同时许多现存设备不需要太大的改动，使整个投资费用降低。
因此，首先对此进行深入的基础与理论研究是很有必要的。
刘豪等在STA409C型热综合分析仪上对一种煤和两种生物质以及它们以不同的比例所得的混合试样进行燃烧特性分析。
结果表明，在煤中加入生物质后，燃烧明显分成两个阶段，着火提前，同时可以获得更好的燃尽特性；生物质和煤混合后，发热量增加，提高了生物质的利用价值。
此外，通过热重（TG）、差式扫描量热（DSC）曲线的深入分析，对上述几种试样的有关燃烧动力学参数进行了研究。
肖军等对低温热解生物质和煤共燃的燃烧性质进行了研究。
在热解温度300℃，热解时间30min下对三种生物质（锯屑、谷壳和花生壳）的热解产品、长焰煤、无烟煤、热解锯屑和长焰煤混样（1∶10）、热解锯屑和无烟煤混样（1∶10）七个样品的燃烧热重分析发现：
热解生物质的燃烧性能相近，组成结构相似，主要分为挥发分释放燃烧阶段和焦炭燃烧阶段，分别位于300℃~400℃和400℃~500℃之间，其出现分别较煤的温度低；长焰煤与热解锯屑混燃可以有效地降低着火温度，而热解锯屑与无烟煤混燃时，由于燃烧性质差异较大，是分别燃烧，不产生协同效果；热解锯屑与长焰煤、无烟煤共燃能够有效地提高煤的着火性能，在总体燃烧性能上，虽然热解锯屑明显好于长焰煤和无烟煤，但混合后对其改变不大。
张鸿波[33]等对生物质型煤的燃烧速度进行了一系列的试验，得出了一些试验规律，为生物质型煤工业锅炉和民用炉具的设计和燃烧控制技术提供了有价值的依据：
a.生物质型煤的层燃方式属于静态渗透式扩散燃烧机理，燃烧围绕型煤球表面及不断深入球内进行，少量CO在空间燃烧。
b.在800~950℃温度范围内，生物质型煤的燃烧速度受燃烧温度的影响远不如通风情况的影响；而燃料种类、固硫剂、生物质含量、煤球质量等对燃烧速度都有不同程度的影响，但是构不成主流。
因此，生物质型煤要燃烧良好，最根本的就是实现有效合理的配风下的控温燃烧。
c.生物质型煤在燃烧全过程中燃烧速度缓慢，燃烬时间长。
实践证明:
在燃烧相同量燃料达到较高燃烬率情况下，生物质型煤燃烧时间为正常燃烧时间的2~3倍。
刘伟军]等对生物质型煤固硫规律进行研究，提出生物质型煤的固硫机理，分析了其高效固硫的原因。
通过燃烧固硫试验，得出实验燃烧过程中CaS、过量空气、生物质种类及温度等对固硫效果的影响规律，并给出对生物质型煤实际燃烧中固硫控制有实用价值的结论。
通过大量模拟燃烧试验证明：
生物质型煤具有高效固硫的特性，可以实现SO2排放浓度不超过400mgm3环保高标准要求；加入固硫剂（CaS=2）的生物质型煤，在850~950℃范围内控温燃烧时，相对固硫率可以达到90%；生物质型煤通过有效配风的低氧燃烧，以达到更好降低SO2生成。
K.Annamalai]等对牲畜饲养场的剩余生物质与煤的混烧特性进行了实验研究，实验使用热分析天平分别测得了饲养场的剩余生物质、煤及其混合物的高温分解特性，并在30-kW的实验室燃烧装置上进行了混烧实验。
煤与饲养场的剩余生物质按9：
1混合的样品挥发分逸出温度比煤样品低了100℃，在30-kW的实验室燃烧装置上，混合样品的燃烧更完全，其NOx的排放也较低。
H.Spliethoff等在实验室对稻草、废弃木材、锯末等生物质与煤进行了混烧实验研究，实验装置为MW的半工业化粉末燃烧装置。
实验重点研究了混烧对燃烧排放特性的影响，结果表明，生物质对排放有正面影响。
由于生物质的含硫量普遍比煤低，增加生物质的分额将有助于降低硫氧化物的排放，另外，生物质中含有的碱金属在燃烧过程中也能起到固硫的效果。
由于生物质挥发分含量高，通过采用分级供风及再燃技术，将有效地减少NOX的排放。
国内外学者对生物质与优质煤的混烧特性作了较多研究，而对高硫煤矸石与生物质混烧特性的研究较少。
我国目前有大量燃烧高硫煤矸石的锅炉，其燃烧效率较低，污染物排放较高，采取措施提高燃烧效率，降低污染物排放是目前面临的重要课题。
我国有丰富的生物质资源，对其进行能源化利用能减少化石能源的用量，减排温室气体。
将高硫煤矸石与生物质进行混烧是一种高效、低污染的利用途径，在研究其混烧特性具有重要的学术意义和广阔的工业应用前景。
2、项目的研究内容、研究目标、以及拟解决的关键问题
（1）研究内容：
1）收集可以进行能源化利用的生物质，对其进行工业分析和元素分析；
2）收集高硫煤矸石对其进行工业分析和元素分析；
3）对生物质、高硫煤矸石样品进行热解特性和燃烧特性研究；
4）对生物质与高硫煤矸石混合燃烧特性进行试验研究；
5）对生物质与高硫煤矸石混烧的固硫特性进行实验研究；
6）对生物质与高硫煤矸混烧后的灰渣特性进行研究。
（2）研究目标：
1）通过实验获得生物质、高硫煤矸石的工业分析、元素分析、热解及燃烧特性的基础数据，为生物质、高硫煤矸石的工业化利用提供数据支持；
2）通过实验获得不同生物质与高硫煤矸石煤混烧的着火温度，活化能，综合燃烧特性等数据，找到最适宜混烧的生物质及最佳混烧比；
3）通过实验获得不同生物质与高硫煤矸石混烧的固硫特性，找到最佳的固硫混烧比；
4）通过对生物质与高硫煤矸石混烧后的灰渣特性进行研究，为锅炉设计及灰渣利用提供指导。
（3）拟解决的关键问题：
使用热分析天平对生物质、高硫煤矸石的热解与燃烧特性进行实验研究，获得不同生物质与高硫煤矸石混烧的着火温度，活化能，综合燃烧特性等数据，找到最适宜混烧的生物质及最佳混烧比。
3、拟采取的研究方案及可行性分析
（1）研究方案：
1）收集生物质及高硫煤矸石的样品；
2）使用热风干燥箱、马弗炉、分析天平、自动量热仪、元素分析仪等设备对生物质、高硫煤矸石进行工业分析与元素分析；
3）使用热分析天平对生物质、高硫煤矸石、的热解与燃烧特性进行实验研究；
4）使用热分析天平对生物质与高硫煤矸石混烧特性进行实验研究；
5）使用定硫仪对生物质与高硫煤矸石混烧的固硫特性进行实验研究。
6）用灰熔点测定仪等设备研究混烧灰渣的灰熔点等特性。
（2）可行性分析：
本课题将依托重庆大学“211”建设项目“先进能源动力技术及系统”、重庆大学“985”建设项目、热工重庆市重点实验室、重庆大学能源与环境研究所等进行。
这些重点实验室，拥有一批先进的测试、分析仪器设备，能够完成课题研究所必须的各种实验：
热风干燥箱、马弗炉、分析天平、自动量热仪、元素分析仪、热重分析仪、灰熔点测定仪，使得完成本课题具备足够的条件。
4、本项目的特色与创新之处
本课题针对可再生能源的工业化应用的基础问题展开研究，具有以下特色与创新之处：
（1）通过研究获得不同生物质与高硫煤矸石混烧的着火温度，活化能，综合燃烧特性等数据，找到最适宜混烧的生物质及最佳混烧比；
（2）通过研究获得不同生物质与高硫煤矸石混烧的固硫特性，找到最佳的固硫混烧比；
（3）通过实验研究为生物质能的工业化应用提供数据支持。
5、预期研究成果及项目的考核内容与指标
1、主要技术指标：
包括形成的新技术、新工艺、新装置、新产品、专利、标准（技术标准、企业标准）、论文专著数量及其水平等
通过实验获得不同生物质与高硫煤矸石混烧的着火温度，活化能，综合燃烧特性等数据，找到最适宜混烧的生物质及最佳混烧比；通过实验获得不同生物质与高硫煤矸石混烧的固硫特性，找到最佳的固硫混烧比；通过对生物质与煤矸石及高硫煤混烧后的灰渣特性进行研究，为灰渣利用提供指导。
承诺标明“重庆市科委自然科学基金”资助，在中文核心刊物上发表论文2～3篇。
2、经济考核指标
3、项目实施中形成的实验室、研究室等
通过项目实施，在重庆大学动力工程学院形成生物质能应用研究室。
4、人才培养指标
建立一支生物质能应用的研究队伍，并培养硕士研究生1～2名。
6、年度研究计划及年度考核指标
～设计实验方案和实验系统，收集实验样品，对生物质、高硫煤矸石样品进行工业分析和元素分析；
～对生物质、高硫煤矸石样品进行热解及燃烧特性实验研究；
～对生物质与高硫煤矸石进行混烧特性及灰渣实验研究；
～对生物质与高硫煤矸石混烧的固硫特性进行实验研究；
～分析实验数据，撰写研究报告。
（二）研究基础与工作条件
1、工作基础
项目负责人从事教学与科研十余年，近几年，负责或参与完成科研项目十余项，完成
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