生物质热解半焦燃烧特性的实验研究.pdf

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1、第42卷第4期化工机械487生物质热解半焦燃烧特性的实验研究+车德勇”李洪杨亚龙蒋文强孙艳雪(东北电力大学能源与动力工程学院)摘要鉴于目前针对生物质热解半焦燃烧特性的研究较少，以稻壳、松木屑和玉米秸秆为原料。利用自行搭建的固定床热解实验台，在300、400、500、600℃的热解温度下制备了以上3种生物质的半焦，同时采用TG—DTG热分析联用技术，研究热解终温、粒径、升温速率和生物质种类对生物质热解半焦燃烧特性的影响。结果表明：热解终温越高，半焦的燃烧性能越差；同一种半焦，粒径越小越有利于其着火与燃尽；升温

2、速率为50℃／min时，燃烧性能达到最佳；不同生物质种类制得的半焦燃烧性能差异很大。关键词生物质能热解半焦燃烧特性热重中图分类号TQ033文献标识码A文章编号0254-6094(2015)04-0487-06生物质能是一种低污染的可再生能源。随着煤、石油及天然气等化石能源的日益短缺及其利用过程中对环境污染的日益加剧，生物质能有望成为煤、石油及天然气等化石能源的替代能源，在能源系统中占有重要地位⋯。我国有着极为丰富的生物质能资源，每年仅农作物秸秆量就达到6．5亿t，折合标准煤4．6亿t。生物质能的利用约占全世

3、界能源利用率的12％。。，然而，在生物质能的利用过程中也出现了一些问题：大量农作物秸秆被废弃或者焚烧，既浪费资源又对环境造成了严重的污染；农作物秸秆被直接燃烧，燃烧效率低，仅为8％～12％¨。。而生物质资源本身所具有的能量密度低、含水量高及体积密度小等特点，为其在工业上的直接使用带来了困难，因而需要对生物质资源进行必要的预处理，生物质资源经过热化学处理后可获得可燃气体、生物质油及生物质半焦等。生物质能热解是一种高效转化生物质能的途径之一，作为主热解的产物，与生物质相比，生物质半焦具有较低的挥发物含量和较高的

4、灰分，这对半焦的燃烧利用带来了一定难度，但其有着一定的热值，并包含多种有机官能团。。，因而可以作为一种固体燃料-’6。。此外，半焦的燃烧发电不仅可以减少污染，还使能源的利用效率得到提高。但目前国内外对生物质半焦燃烧特性的研究较少，半焦还难以被广泛利用，通常作为废弃物堆存，既污染了环境，又产生了高昂的储存费用，直接影响了生物质能利用的经济性。7j。因而，开展生物质热解半焦燃烧特性的研究具有重要的现实意义。潘伟林等从O：浓度和升温速率两方面研究了生物质半焦的燃烧特性，发现O：浓度和升温速率均能提高半焦的燃烧性能

5、∽1。王健等研究了制备条件对生物质半焦燃烧特性的影响，发现制焦升温速率的提高和水蒸气气氛均能改善生物质的燃烧性能，而制焦温度升高，猪粪半焦的燃烧性能先升高后降低一。。阿赛拉研究了加压富氧条件下两种不同生物质半焦的燃烧过程，结果表明。随着温度和O：分压的升高，生物质半焦的燃烧速率逐渐增加¨⋯。笔者利用自行搭建的固定床实验台，选取稻壳、玉米秸秆和松木屑3种不同的生物质原料，制取了不同热解终温的生物质半焦，利用TG．DTG热分析联用技术研究了热解终温、粒径、升温速率和生物质种类对生物质热解半焦燃烧特性的影$东北电

6、力大学2013博士科研启动基金资助项目(BSJXM一201309)。¨车德勇，女，1975年4月生，教授。吉林省吉林市，132012。488化工机械2015正响，为生物质热解半焦的燃烧利用提供参考。1实验部分1．1实验原料实验选用的生物质原料是来自吉林市郊区的稻壳(DK)、玉米秸秆(YM)和来自吉林市某木材厂的松木屑(SM)，其工业分析、元素分析和发热量见表1；还测定了3种生物质原料的灰熔融特性，详见表2。表1工业分析、元素分析和发热量注：M、A、V、FC分别表示水分、灰分、挥发分、固定碳。表2灰熔融特性分

7、析qC1．2半焦的制备将8009左右烘干的生物质原料(稻壳、松木屑、玉米秸杆)从固定床顶部装入，以N，为载气，热解终温分别设定为300、400、500、600。C，达到设定温度后，恒温30min，以确保样品反应充分，在N，气氛下冷却至室温，从固定床下部收集半焦。样品DK300、DK400、DK500、DK600、YM500和SM500分别表示固定床热解终温为300、400、500、600。C时制取的稻壳半焦和热解终温500℃时制取的玉米秸秆半焦、松木屑半焦，制取半焦样品时确保除热解终温外其余热解条件一致。鉴

8、于稻壳的灰熔点较玉米秸秆、松木屑高，制取半焦的过程中结渣较少，为减少实验误差，本实验选用稻壳半焦作为主要研究对象。1．3实验仪器与方法热重实验在METrLERTGA／STD1型热重分析仪上进行，气氛为空气，流量50mL／min，升温区间50～900℃，样品量10mg左右，实验工况见表3。为减少虚拟增重给实验造成的影响，每次实验前均使用空坩埚。表3热重实验工况采用TG．DTG法确定半焦燃烧的着火点温度，如图1所示，