当前位置: 主页 > 能源技术 > 不同配方生物质燃料物理特性与燃烧特性研究

不同配方生物质燃料物理特性与燃烧特性研究

发布时间:2020-04-28 10:05内容来源:网络整理 点击:

苟文涛1,王晓剑2,钟俊周3,郭鸿雁2,李茂军2,文国宇3,陈建军1,邓世媛1

(1.华南农业大学烟草研究室,广东广州510642;2.广东烟草韶关市有限公司,广东韶关512000;3.广东烟草韶关市有限公司始兴县公司,广东韶关512500)

  摘要:[目的]研究生物质燃料的物理特性和燃烧特性,探讨生物质燃料在烟叶烘烤应用上的可行性。[方法]采用HCK045A型高效生物质颗粒机压制9种不同配方的颗粒燃料,同时以100%煤粉为对照(CK),对不同配方生物质燃料的结构组成、工业分析、发热量、灰分元素、结渣率、灰熔点、物理性状等物理特性及燃烧特性相关指标进行比较研究。[结果]不同配方生物质颗粒燃料在物理特性和燃料特性方面有一定差异,其中含有木屑或烟秆配方的颗粒燃料纤维素和木质素含量高于含有烟梗的配方处理,因而挥发分和固定碳含量也较高,但灰分和含水量则低于含有烟梗的配方。燃烧过程中,含有木屑或烟秆配方的燃料由于软化温度高,因而底灰结渣率低于CK,而含有烟梗配方的处理则高于CK;同时,含有木屑或烟秆配方的颗粒燃料点火时间比CK快543.55s,燃烧持续时间比CK长1.8倍。但在抗碎强度与抗渗水性等物理性状方面,则是含有烟梗配方的处理较好。[结论]与100%煤粉烘烤相比,虽然生物质燃料发热量略低,但其他燃烧性能指标均能达到烟叶烘烤的工艺要求,可以作为烟叶烘烤的替代能源,其中50%木屑+50%烟秆的配方尤佳。

  21世纪以来,随着煤、石油、天然气等石化燃料的日益枯竭,生物质能日益凸显出其潜在的价值[1]。烟叶生产中的烘烤环节是一个大量耗能的过程[2],虽然我国的烟叶烤房已经从普通烤房改进成了密集型烤房,在一定程度上达到了节能的目的,但在全国各烟区,烟叶烘烤的热量来源仍然以煤炭为主,随着能源的日趋紧张,寻找烟叶烘烤能源替代途径已成为当前烤烟生产中亟待解决的问题[3]。农作物秸秆是地球上最丰富的固体可再生资源之一,也是唯一可运输与储存的清洁能源[4],作为农业大国,我国的生物质产量高居世界首位[5],但目前的利用途径多为就地焚烧,不仅造成大量资源浪费,而且带来诸多环境问题。

  当前,生物质颗粒燃料的成型技术已经趋于成熟,近年来研究者们也开展了一定的研究,但主要集中在生物质燃料的成型和制备技术等方面[6-9]。前人研究表明,生物质压块燃料具有清洁环保、着火点低、升温快、可控性强、热效高、燃烧性好的特点,在烟叶烘烤的各阶段,都可以充分调控烘烤工艺条件,从而提高烤后烟叶质量[10-11]。我国烟草行业提出:要发展可持续、社会友好型烟草农业,因此,利用生物质能源逐步替代煤炭成为解决烟叶烘烤环节能耗问题的有效途径。笔者采用高效生物质颗粒成型设备压制不同配方的生物质颗粒燃料,通过比较分析不同配方生物质燃料物理特性和燃烧特性的相关指标,以期筛选出符合烟叶烘烤工艺要求的生物质燃料配方,为生物质燃料作为烟叶烘烤替代能源及其进一步的应用提供理论和技术参考。

  1材料与方法

  1.1材料试验于2015—2016年进行,选用广东省韶关市始兴县木材加工厂提供的木屑、广东烟草韶关市有限公司始兴县公司马市烟站提供的烟秆和广东省韶关市烟叶复烤厂提供的烟梗作为生物质成型颗粒的原材料,利用广东省韶关市海粤生物科技有限公生产的HCK045A型高效生物质颗粒成型机压制成不同配方的生物质颗粒燃料,各取2kg样品带回华南农业大学进行燃烧特性相关指标的测定。

  1.2处理该试验设置9个生物质颗粒燃料配方,同时以广东烟草韶关市有限公司始兴县公司马市烟站提供的优质无烟煤粉为对照(CK),共10个处理(表1)。

  1.3测定项目与方法

  1.3.1生物组分的测定。参照GB/T2677.10—1995[12]的方法对生物质燃料中的木质素、纤维素和半纤维素等生物组分进行测定。

  1.3.2工业分析及热值测定。该项目在华南农业大学工程学院农业机械化与产品加工机械实验室(热能工程分析室)进行。测定方法:参照国标GB/T212—2008煤样的工业分析方法[13],使用长沙有欣仪器制造有限公司生产的YX-GY-FX7701全自动工业分析仪进行工业分析;参照国标GB/T213—2003[14]的要求,使用长沙有欣仪器制造有限公司生产的YX-ZR天鹰自动热量仪进行热值测定。

  1.3.3煤灰成分及灰熔点测定。灰分的测定在华南农业大学测试中心进行。测定方法:根据国标GB/T21923—2008《固体生物质燃料检验通则》[15],并参照欧盟标准“DDCEN/TS15290: 2006 Solid Biofuels-Determination of major elements”[16],采用HF-HClO4分解不同处理燃烧后的灰样,并用原子吸收法测定Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O55项测定指标。SiO2、Al2O32项指标采用GB/T1574《煤灰成分分析》[17]中的半微量分析法进行测定。

  灰熔点的测定在中国科学院广州能源研究所进行。测定方法参照GB/T219—2008灰熔点测定的方法[18],使用ZRC2000智能灰熔点测定仪测定不同处理的灰熔点。

  1.3.4物理特性的测定。参照GB/T217—2008煤的真相对密度测定方法[19]进行。

  1.3.4.1真相对密度。计算公式如下:

  D=m/(V-V0)

  式中,D为生物质成型燃料的密度(g/cm3);m为试样的质量(g);V为加入试样后量筒水面读数(cm3);V0为加入试样前量筒水面读数(cm3)。

  1.3.4.2抗碎强度。成型燃料跌落后残存的质量百分数(总质量与损失量的差值除以总质量)反映了其抗跌碎能力的大小。参考煤的抗碎强度测定方法(GB/T15459—1995)[20]进行测定。

顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------