生物質(zhì)著桿燒特性的試驗(yàn)研究Test Investigation on Combustion Property of Biologic Straw國口劉瑞芝摘要:通過對(duì)秸稈進(jìn)行熱分析與傅立葉紅外光譜方面的研究,分析了粘稈的燃燒放熱機(jī)理以及燃燒過程中釋放的氣體種類,并在燃燒特性方面與煤進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明:秸稈在燃澆中共有兩段明顯的放熱,第一階段從255℃放熱開始至307℃結(jié)來,釋放的氣體有CO2、CO、烷烴、烯烴等;第二階段從403℃開始至443℃鈷來,有CO2和少量的CO放出,放熱大部分集中在第一階段。通過與某煙煤對(duì)比分析可知,秸稈的燃盡度較高,活性較妤,熱值為一般煙煤的一半之多,并且高溫燃燒時(shí)釋放出的氣體對(duì)環(huán)境污染較小,在水泥窯中是一種較好的可替代燃料關(guān)鍵詞:秸稈;燃燒;熱紅聯(lián)用;氣體中圖分類號(hào):TQ172625.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-6171(2010)04-0030-031引言不多,而揮發(fā)分含量比煙煤A高得多,達(dá)到688%,而灰據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界每年農(nóng)村生物質(zhì)的產(chǎn)量為300億分則比煙煤A低,只有10.7%,這說明秸稈很容易燃燒噸,生物質(zhì)能在世界能源消耗中僅次于石油、煤炭及天而秸稈的硫含量不高,為0.15%,可以推斷燃燒時(shí)放出的然氣等化石能源,居第四,約占14%。我國生物質(zhì)資源十硫化物較少,對(duì)空氣的污染也較小。為進(jìn)一步探討秸稈分豐富,僅農(nóng)作物秸稈的年產(chǎn)量便有7億噸以上,折合的燃燒特性,先對(duì)其進(jìn)行熱分析試驗(yàn),以下為試驗(yàn)條件:標(biāo)準(zhǔn)煤約3.5億噸。秸稈是一種低碳燃料,其含硫量、含熱分析儀器: NETZSCH STA409PC灰量均低于目前大量使用的煤炭,對(duì)大氣、環(huán)境質(zhì)量的氣體種類及流速:O213ml/min;吹掃N2:40ml/min;影響較低,是一種較為“清潔”的可再生能源。許多國家保護(hù)N2:10ml/min已經(jīng)利用生物質(zhì)秸稈發(fā)電,而水泥窯的燃燒溫度較高樣品稱重:20mg左右;試驗(yàn)溫度:室溫-700℃對(duì)秸稈的充分燃燒提供了較好的條件。因此,充分利用升溫速率:5.1K/min秸稈燃料,對(duì)于減少溫室氣體排放,改善環(huán)境質(zhì)量具有熱分析儀器可以在高溫條件下對(duì)樣品進(jìn)行TG重要意義(Thermal Gravity ) DTG( Differential Thermal Gravity)如何有效利用生物質(zhì)秸稈資源,已經(jīng)成為國內(nèi)外眾DsC( Differential Scanning Calorimeter)等的檢測(cè),將多學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題之一“,本文通過熱紅聯(lián)用試驗(yàn)驗(yàn)樣品置于坩堝中,通入氮?dú)夂脱鯕?加熱到700℃(多次對(duì)秸稈進(jìn)行了熱分析與傅立葉紅外光譜方面的研究,通試驗(yàn)證明700℃時(shí)秸桿已經(jīng)燃燒完全)。圖1為桔稈在空過與某煙煤對(duì)比分析可知,秸稈的燃盡度較高,活性較氣中加熱到700℃時(shí)的熱分析曲線。好,熱值為一般煙煤的一半之多,并且高溫燃燒時(shí)釋放從圖1的失重曲線可以看出,秸稈共有三段明顯的出的氣體對(duì)環(huán)境污染較小,在水泥窯中是一種較好的可替代燃料。表1秸稈與煙煤A空氣干燥基的工業(yè)分析,%2秸稈的燃燒特性試驗(yàn)FCad2.1秸稈的熱分析試驗(yàn)本文采用的試驗(yàn)樣品為天津附近郊區(qū)的廢棄物農(nóng)煙煤A06作物秸稈。桔稈經(jīng)自然風(fēng)干后粉碎至粒徑為200um作為試驗(yàn)樣品。表1為秸稈與某煙煤A的空氣干燥基的工業(yè)秸稈空氣干燥基的元素分析,%分析,表2為秸稈空氣干燥基的元素分析中國煤化工No從表1與表2可以看出,秸稈的水分和煙煤A的差CNMHG 0.84 38.5通訊地址:天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,天津300400:收稿日期:2010-02-13;編輯:沈穎CEMENT TECHNOLOGY 4/2010顯的放熱:第一階段從255℃1000y重:421放熱開始至307℃結(jié)束,第二熱/70階段從403℃開始至443℃結(jié)束,兩段放熱量總計(jì)為7886/g這說明秸稈開始放熱的溫度失重:-68.79%2600不是很高,比較容易點(diǎn)燃,這也止溫度;和734.0是由于秸稈的有機(jī)物含量較高戰(zhàn)熱起輸溫度:40320305的原因。而它的發(fā)熱量同比般煙煤的發(fā)熱量要少,第一段度:428℃失重:165710放熱占總放熱量的絕大部分∠放熱量了77并且此段燃燒起來要猛烈、迅10.0速。為了與煤的熱分析進(jìn)行詳50溫度,℃細(xì)對(duì)比,圖2是某煙煤A的熱分析曲線圖,表3是秸稈與煙煤A的熱分析參數(shù)對(duì)比。圖1稈在空氣中加熱700C的熱分析曲線從圖2與表3中可以看出:秸稈的總失重為83.73%比煙煤A的失重量69.52%要100失重起始溫度:395390多,這說明秸稈的燃盡度比煙放16煤A的高,這是因?yàn)榻鄱挼闹饕煞譃槔w維素、半纖維素、木質(zhì)素等,比較容易燃盡;煙煤A失重:+6516%的放熱主要由揮發(fā)分與固定碳兩部分組成,而秸稈的放熱也是由兩部分組成。它們的放熱熱量:14065終止溫度:5212℃起始溫度差不多,而放熱結(jié)束溫度秸稈要比煙煤A提前平起始度:212殘余量:3048%(996078℃,這說明秸稈的活性和煙1002003004005006007008009001000溫度,℃煤A差不多;從放熱量來看秸稈的放熱量要少于煙煤A的不到一半,這里所說的放熱圖2煙煤A在空氣中加熱1000C的熱分析曲線量指熱分析儀器直接測(cè)定的放熱量,由于試驗(yàn)過程中坩堝是失重曲線,第一段為在空氣中失水,失重率為4.21%這開口的,邊燃燒邊放熱至出口和空氣干燥基測(cè)得的水分相似:第二段為一種有機(jī)物在所以要想求得相應(yīng)的低位熱值必須用經(jīng)驗(yàn)公式求得。折燃燒,這部分有機(jī)物占了絕大部分,失重率為68.79%;第合后的秸稈的低位熱值為15081kJ/kg,同比煤的低位熱三段為固定碳在燃燒,這部分占16.27%,可見秸稈與煤值為一半之多相比為低碳燃料。秸稈燃燒后留下的灰分大約為10%所以,從秸稈的燃盡度、放熱起始溫度與終止溫度這部分灰分主要成分為碳酸鉀,是植物根系從土壤中吸以及放熱量來看,秸稈在水泥窯中是一種較好的可替代收的礦物質(zhì)。燃料。從圖1的熱分析曲線還可以看出,秸稈共有兩段明22秸稈的紅外試驗(yàn)表3秸稈與煙煤A的熱分析中國煤化工總失重,%放熱起始溫度,℃TH放熱折合低位熱值,k/kCNMHG IS081婀煤A212227392010/4水泥技術(shù)強(qiáng)振動(dòng)峰等。而第二階段燃燒時(shí),即從403℃至443℃,由燃燒第一階段于溫度達(dá)到一定程度基本上只有CO2和極少量的CO放出。這是因?yàn)榻斩捇旧鲜怯商細(xì)?、氧、氮、硫等元素組成,其中含有一定量的水分,秸稈為低碳燃料,且硫含量骰為0.12%-0.18%。在低溫燃燒時(shí)由于沒有燃燒完全芳烴等混合物C會(huì)有CO、烯烴、烷烴等氣體放出,從光譜圖看出硫化物136CO3燃燒第二階段烴CO放出很少,這和秸稈中的硫含量低有關(guān)系;面當(dāng)溫度升烷烴高到一定程度即443℃以上時(shí),就只有CO2和極少量的CO放出。這說明如果秸稈在水泥窖里燃燒,窖里的高溫350030002500200015001000足以使袺稈燃燒完全,秸稈放出的氣體對(duì)環(huán)境污染很波數(shù),cm3結(jié)論圖3桔稈在空氣中燃燒第一、二階段的氣體紅外光語通過對(duì)天津郊區(qū)秸稈的熱分析及紅外試驗(yàn),可以得為了探討秸稈燃燒時(shí)排放的氣體種類,在對(duì)秸稈做到以下結(jié)論熱分析試驗(yàn)的同時(shí)對(duì)其氣體排放特性也做了熱紅聯(lián)用(1)秸稈在燃燒過程中共有兩段明顯的放熱:第試驗(yàn),也就是利用德國布魯克生產(chǎn)的傅立葉紅外光譜儀階段從255℃放熱開始至307℃結(jié)束,第二階段從403℃器對(duì)其排放的氣體進(jìn)行了檢測(cè)分析,以下是其熱紅聯(lián)用開始至443℃結(jié)東,第一階段的放熱占總放熱量的絕大實(shí)驗(yàn)條件:部分氣氛:空氣(O2:7ml/min,吹掃N2:20ml/min,保護(hù)(2)秸稈的燃盡度較高,放熱起始溫度與終止溫度與煙煤類似,放熱量較一般煙煤有一半之多,在水泥窯樣品:秸稈;質(zhì)量:20mg左右。中是一種較好的可替代燃料;溫度:室溫-700℃;升溫速率:5K/min。(3)秸稈在高溫燃燒時(shí)只有CO2和極少量的CO放紅外波譜范圍:6040cmn3;掃描次數(shù):10;分辨出,水泥窯里的高溫可以使秸稈燃燒完全,燃燒時(shí)釋放出的氣體對(duì)環(huán)境污染較小。熱分析儀器:德國 Netzsch STA409PC;紅外儀器參考文賦德國 BRUKER TENSOR周勇等清潔生物質(zhì)祜桿能源研究進(jìn)展應(yīng)用化工,2005,34(10)熱紅聯(lián)用實(shí)驗(yàn)意指熱分析儀器與紅外儀器相連接595-59712宋春財(cái),等,生物質(zhì)秸稈熱重分析及幾種動(dòng)力學(xué)模型結(jié)果比較燃在做熱分析試驗(yàn)的同時(shí)對(duì)秸稈燃燒時(shí)排放的氣體進(jìn)行料化學(xué)學(xué)報(bào),2003,Vol.31Na4,311-1315.在線監(jiān)測(cè),圖3是其燃燒時(shí)各個(gè)階段的氣體排放結(jié)13閃凡飛,等生物質(zhì)燃燒模式及燃燒特性的研究煤炭學(xué)報(bào)2005果vol.30(1),104-105用紅外光譜圖識(shí)別氣體成分的原理為:每種氣體都141 Miura K. A new and simple method to estimate f(E)andk(E)有一特定的特征吸收峰,不同氣體對(duì)應(yīng)的特征吸收峰不 in the distributed activation energy model from three sets同,波數(shù)也不同。從特征吸收峰的形狀以及所在的波數(shù) rimental data [JL.Energ&rued,1992:302-307位置就可以判定不同的氣體。圖3的橫坐標(biāo)為波數(shù)5] Van der Larts R P, Pedersen L T Jensen A, et al. Modelling(cm2),縱坐標(biāo)為吸收度。從圖3中可以看出,秸稈在第d Experiments of Straw Combustion in a grate Fumace IJ)Biomass& Bioenergy, 2000, 19: 199-208階段也就是從255~307℃燃燒時(shí),放出多種氣體,有16 Werther J, Saenger M, Hartge E U, el al. Combustion ofCO、CO2、HO、烷烴、烯烴等的混合物,其中1790cm-波agriculturalII Progress in Enerry and Combustion數(shù)的氣體成分不確定,有可能是芳烴泛頻峰、C=0雙健10年第5期要目鋼渣微粉加工工藝探討…石國平卡垃圾焚燒飛灰燒制阿利尼特水泥及其水化性能研究………中國煤化工”惠生,F淺漢水泥回轉(zhuǎn)窯的燒成帶溫度CNMHG封培然丬幌壓機(jī)行星減速器的使用王宇航,等CEMENT TECHNOLOGY 4/2010