生物质燃油热物理和燃烧特性的研究

研究与试验RENEWABLE ENERGY No 4 2006(128 Issue in All)生物质油热物理和赠烧特性的研我徐国强,侯瑞娟,张强,高献坤(河南农业大学机电工程学院,河南郑州450002)摘要:采用燕馏的方法从木焦油中提取可燃成分,测定其热物理特性,并在台架上做燃烧试验,证实了生质燃油可以作为柴油的代用燃料。关键词:生物质燃油;物理特性;台架试验;蒸馏中图分类号:TQ517文献标识码:A文章编号:1671-5292(2006)03-03003The study of the physical and burning characteristics ofbidomass fuelXU Guo-qiang, HoU Rui-juan, ZHANG Qiang, GAO Xian-kunCollege of Mechanical Electronic Engineering Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)Absrtact: The extraction of burning oil of biomass from wood tarby distillation method. Measured the physical properties of the biomass fuel and approved that the biomass fuel can bearded as the alternative fuel of dieselKey words: biomass fuel; physical characteristic; control experiment; distillation引言表1不同温度段馏分量生物质能是一种重要的可再生能源。直接燃用生物质(如秸秆),不仅造成能源的浪费,而项目原余油0-105℃110-220℃220℃馏分馏分馏分残余物童不同程度的危害。全面了解生物质焦油及其可百分比1048186492燃成分的热物理特性对研究生物质焦油综合利3馏分的热物理特性分析比较用技术的基础性工作具有重要意义。试验表明,3.1不同馏分与柴油馏程的比较分析生物质焦油中的轻油馏分具有一定的蒸发性、分别在完全相同的试验条件下对柴油、105良好的燃烧性和高度的安全性,符合发动机对220℃的馏分(试样1)、220℃以上的馏分(试样液体燃料的质量要求,是一种有效的柴油代用2)进行了3次试验,馏程曲线如图1所示。燃料。2可燃物的制取试样12.1试验方法和试验仪器釆取水蒸馏法对焦油进行蒸馏。蒸馏仪器为5000ml的圆底烧瓶,热源为恒温电热锅,烧瓶内真空度保持在-0.093-0.099MPa2.2试验结果中国煤化工在不同的温度段,焦油的馏分不同,如表1所示。CNMHG收稿日期:2005-11-10作者简介:徐国强(1942-),男,河南许昌人,教授研究生导师,主要从事农业机械与农村可再生能源方面的研究可再生能源20064(总第28期)研究与试验馏程是石油产品蒸发性大小的主要指标,从从表3中可以看出,试样1和试样2的发热馏程即可以看出油品的沸点范围,也可以判断油量低于柴油的发热量(42kJ/g)s品组成中轻质成分和重质成分的含量。由图1可3.4凝点、闪点、燃点及粘度的测试以看出,试样1的馏程曲线和柴油的馏程曲线基凝点是燃料在低温下失去流动性的最低温本重合,而试样2的馏程曲线与柴油的馏程曲线度,发动机使用凝点过高的燃料,停车后再启动将稍有偏差,在初馏点及10%,20%馏分时的焦油馏会很困难。粘度不仅影响燃料雾化时液滴的大小,出温度要比柴油高,且差距不断减小,说明其轻也影响雾化的锥角和射程。粘度大的燃料雾化时质馏分含量少。50%馏分时三者的馏出温度相差锥角小而射程远,粘度小的燃料雾化时锥角大而不多,焦油馏分的平均蒸发性与柴油相似,用作射程近,所以燃料粘度对保证发动机的正常工作燃料时,发动机预热快,加速性能平稳,不致发生至关重要。熄火。试验结果表明,试样1的闪点和燃点与柴油32碳、氢元素分析相近,而试样2的远大于柴油,见表4,这就为试燃料中碳、氢元素含量是评价燃料质量好坏样1用作柴油代用燃料提供了科学的依据。的2个重要参数其含量的大小直接影响燃料发表4试样的凝点、闪点艦点测定果热量的大小。一般情况下,燃料中碳、氢含量越试样闪点℃燃点℃凝点℃高,发热量越大。试验测得试样1和试样2的碳、第1次第2次第1次第2次第1次第2次-10柴油78798890氢含量如表2所示。试样1959710010210表2试样中C,H元素测定含量试样2109105118120试样试样重H显示数H空白值H含量U形管增重C含量35密度和pH值测定试样165456001226731414258:85对试样的密度和pH值的测试结果如表5所试样2604.800.1007.25138346284示3.3热值测试5密度和pH值测定结果本试验所用仪器的标定常数的测定原理和密度g/方法同热值测试的原理和方法一样。经测定,冷柴油084却常数Y=00016/min;综合常数A=0001℃/mn;试样11005热容量K=10835J试样2试验所用点火丝的发热量为1400J/g,棉4台架试验线的发热量为17479J/g,试验结果如表3示。本试验采用FZD发动机综合试验台、表3热值测定结果zH100B型柴油机、不分光式红外线气体分析仪试样进行试验。在选择-10°柴油和试样的混合比例1a国重℃数翻试样222.70时,经过低温混合静置观察发现,90%和80%的终点时量热筒温度℃261010°柴油与10%和20%的试样1,2分别混合所得3外套筒温度℃到的混合油很稳定,故分别选用比例约为9:1和4点火一分钟量热筒温度℃333025105冷却校正值℃024007658:2的混合燃料,在台架上对其负荷特性和排放特6试样质量g1.03921.024性进行比较。7点火丝质量g000320.00324.1负荷特性分析8棉花质量g849点火电流A混合油1为15%试样1与85%的纯柴油混10点火电压v合物,混合油2为22%试样1与78%的纯柴油混11点火时间s合物1m地85%的纯柴油混12点火丝及棉花热量校正k0.584中国煤化工13弹筒发热量hg324435977合物78%的纯柴油混14氢氧化钠溶液ml90合物CNMHG15试验的高位发热量L/名322从试验结果来看,混合油1和混合油A在研究与试验RENEWABLE ENERGY No 4 2006(128 Issue in All高、中、低负荷下燃烧时的耗油量与纯柴油相接5结论近,见图2。这是因为混合油1和混合油A的体积通过本试验,可以得出下列结论。热值与柴油比较接近,另外,生物质燃油中含有①采用水蒸馏法制取生物质燃油是可行的。定量的氧,混合油的实际空燃比比柴油高,从②生物质燃油和柴油的混合燃料具有良好的而使混合油的燃烧较纯柴油完全,能量利用率得动力性经济性和排放性能,并且不必对柴油机作到提高。从试验结果我们可以确定混合油1和混任何调整。合油A可以作为柴油的代用燃料。③在混合油中,生物质燃油的适宜比例为15%C乘油參考文献1]王素兰生物质焦油热物理特性与燃气净化装置的研究D]郑州:河南农业大学,20002]张全国生物质焦油热物理特性研究小华中农业大学学报,2001,(5):493[3]GB/T172801998,石油和石油产品试验方法S功率kW[4]刘治中液体燃料的性质及应用DM北京:中国石化出图2不同油样的功率一耗油量曲线图版社,20004.2排放特性分析[]李照美汽车检测与诊断技术[M]北京:中国农业出版柴油机燃用混合油1和混合油A的HC排放社,1996量在各种负荷下都高于纯柴油,见图3。这是因为6]周允发动机燃用代用燃料排放特性的研究天然气柴油机燃烧室温度是影响未燃烃含量的主要因汽车信息,1997,、(4):1素,而混合油的热值稍低于纯柴油,因而导致燃]王建昕汽车排放污染治理及催化转换器北京:化烧室温度降低,使柴油机排气中HC的浓度增大。学出版社,2000但是由于生物质燃油的含碳量较纯柴油低,所以8]SD哈达德柴油机原理及运用性能(M北京:人民交通出版社,1991燃烧排气中CO含量低于纯柴油,见图4…“+“““加拿大重视可再生资源的研究开发目前,加拿大生物能源、风能、太阳能、地热能和潮汐能等可再生能源的开发与利用已经全面展开,其技术水平处于世界先进行列。在魁北克省,80%的电力来自水电;在不列颠哥伦比亚省,水电也占电力来源的负荷N70%;在安大略省,核电占发电量的50%以上。加拿大图3HC含量比较2/3的纸浆和造纸所用能源来自生物废料。为鼓励发展风力发电,联邦政府实行长达10a每千瓦时风电补贴1分加元的鼓励政策。在森林保护方面,采取回收加工废旧纸张以及促进民营林可持续发展等一系列措施,致01210柴油十力于全国可持续森林生态系统的保护、经营和管理。加联邦政府每年投入26亿加元支持再循环经济。一混合油A2005年,加拿大宣布在阿尔伯塔省兴建北美第个太阳能供热中心。计划投资550万加元,为520个家庭安中国煤化工的供热取暖需求负荷NCNMHG图4Co含量比较(晓风)