生物质秸杆燃烧特性的试验研究

生物质着杆烧特性的试验研究Test Investigation on Combustion Property of Biologic Straw国口刘瑞芝摘要:通过对秸秆进行热分析与傅立叶红外光谱方面的研究,分析了粘秆的燃烧放热机理以及燃烧过程中释放的气体种类,并在燃烧特性方面与煤进行了对比。结果表明:秸秆在燃浇中共有两段明显的放热,第一阶段从255℃放热开始至307℃结来,释放的气体有CO2、CO、烷烃、烯烃等;第二阶段从403℃开始至443℃鈷来,有CO2和少量的CO放出,放热大部分集中在第一阶段。通过与某烟煤对比分析可知,秸秆的燃尽度较高,活性较妤,热值为一般烟煤的一半之多,并且高温燃烧时释放出的气体对环境污染較小,在水泥窑中是一种较好的可替代燃料关键词:秸秆;燃烧;热红联用;气体中图分类号:TQ172625.2文献标识码:A文章编号:1001-6171(2010)04-0030-031引言不多,而挥发分含量比烟煤A高得多,达到688%,而灰据统计,全世界每年农村生物质的产量为300亿分则比烟煤A低,只有10.7%,这说明秸秆很容易燃烧吨,生物质能在世界能源消耗中仅次于石油、煤炭及天而秸秆的硫含量不高,为0.15%,可以推断燃烧时放出的然气等化石能源,居第四,约占14%。我国生物质资源十硫化物较少,对空气的污染也较小。为进一步探讨秸秆分丰富,仅农作物秸秆的年产量便有7亿吨以上,折合的燃烧特性,先对其进行热分析试验,以下为试验条件:标准煤约3.5亿吨。秸秆是一种低碳燃料,其含硫量、含热分析仪器: NETZSCH STA409PC灰量均低于目前大量使用的煤炭,对大气、环境质量的气体种类及流速:O213ml/min;吹扫N2:40ml/min;影响较低,是一种较为“清洁”的可再生能源。许多国家保护N2:10ml/min已经利用生物质秸秆发电,而水泥窑的燃烧温度较高样品称重:20mg左右;试验温度:室温-700℃对秸秆的充分燃烧提供了较好的条件。因此,充分利用升温速率:5.1K/min秸秆燃料,对于减少温室气体排放,改善环境质量具有热分析仪器可以在高温条件下对样品进行TG重要意义(Thermal Gravity ) DTG( Differential Thermal Gravity)如何有效利用生物质秸秆资源,已经成为国内外众DsC( Differential Scanning Calorimeter)等的检测,将多学者研究的热点课题之一“,本文通过热红联用试验验样品置于坩埚中,通入氮气和氧气,加热到700℃(多次对秸秆进行了热分析与傅立叶红外光谱方面的研究,通试验证明700℃时秸杆已经燃烧完全)。图1为桔秆在空过与某烟煤对比分析可知,秸秆的燃尽度较高,活性较气中加热到700℃时的热分析曲线。好,热值为一般烟煤的一半之多,并且高温燃烧时释放从图1的失重曲线可以看出,秸秆共有三段明显的出的气体对环境污染较小,在水泥窑中是一种较好的可替代燃料。表1秸秆与烟煤A空气干燥基的工业分析,%2秸秆的燃烧特性试验FCad2.1秸秆的热分析试验本文采用的试验样品为天津附近郊区的废弃物农烟煤A06作物秸秆。桔秆经自然风干后粉碎至粒径为200um作为试验样品。表1为秸秆与某烟煤A的空气干燥基的工业秸秆空气干燥基的元素分析,%分析,表2为秸秆空气干燥基的元素分析中国煤化工No从表1与表2可以看出,秸秆的水分和烟煤A的差CNMHG 0.84 38.5通讯地址:天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400:收稿日期:2010-02-13;编辑:沈颖CEMENT TECHNOLOGY 4/2010显的放热:第一阶段从255℃1000y重:421放热开始至307℃结束,第二热/70阶段从403℃开始至443℃结束,两段放热量总计为7886/g这说明秸秆开始放热的温度失重:-68.79%2600不是很高,比较容易点燃,这也止温度;和734.0是由于秸秆的有机物含量较高战热起输温度:40320305的原因。而它的发热量同比般烟煤的发热量要少,第一段度:428℃失重:165710放热占总放热量的绝大部分∠放热量了77并且此段燃烧起来要猛烈、迅10.0速。为了与煤的热分析进行详50温度,℃细对比,图2是某烟煤A的热分析曲线图,表3是秸秆与烟煤A的热分析参数对比。图1秆在空气中加热700C的热分析曲线从图2与表3中可以看出:秸秆的总失重为83.73%比烟煤A的失重量69.52%要100失重起始温度:395390多,这说明秸秆的燃尽度比烟放16煤A的高,这是因为桔秆的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素等,比较容易燃尽;烟煤A失重:+6516%的放热主要由挥发分与固定碳两部分组成,而秸秆的放热也是由两部分组成。它们的放热热量:14065终止温度:5212℃起始温度差不多,而放热结束温度秸秆要比烟煤A提前平起始度:212残余量:3048%(996078℃,这说明秸秆的活性和烟1002003004005006007008009001000温度,℃煤A差不多;从放热量来看秸秆的放热量要少于烟煤A的不到一半,这里所说的放热图2烟煤A在空气中加热1000C的热分析曲线量指热分析仪器直接测定的放热量,由于试验过程中坩埚是失重曲线,第一段为在空气中失水,失重率为4.21%这开口的,边燃烧边放热至出口和空气干燥基测得的水分相似:第二段为一种有机物在所以要想求得相应的低位热值必须用经验公式求得。折燃烧,这部分有机物占了绝大部分,失重率为68.79%;第合后的秸秆的低位热值为15081kJ/kg,同比煤的低位热三段为固定碳在燃烧,这部分占16.27%,可见秸秆与煤值为一半之多相比为低碳燃料。秸秆燃烧后留下的灰分大约为10%所以,从秸秆的燃尽度、放热起始温度与终止温度这部分灰分主要成分为碳酸钾,是植物根系从土壤中吸以及放热量来看,秸秆在水泥窑中是一种较好的可替代收的矿物质。燃料。从图1的热分析曲线还可以看出,秸秆共有两段明22秸秆的红外试验表3秸秆与烟煤A的热分析中国煤化工总失重,%放热起始温度,℃TH放热折合低位热值,k/kCNMHG IS081婀煤A212227392010/4水泥技术强振动峰等。而第二阶段燃烧时,即从403℃至443℃,由燃烧第一阶段于温度达到一定程度基本上只有CO2和极少量的CO放出。这是因为秸秆基本上是由碳氢、氧、氮、硫等元素组成,其中含有一定量的水分,秸秆为低碳燃料,且硫含量骰为0.12%-0.18%。在低温燃烧时由于没有燃烧完全芳烃等混合物C会有CO、烯烃、烷烃等气体放出,从光谱图看出硫化物136CO3燃烧第二阶段烃CO放出很少,这和秸秆中的硫含量低有关系;面当温度升烷烃高到一定程度即443℃以上时,就只有CO2和极少量的CO放出。这说明如果秸秆在水泥窖里燃烧,窖里的高温350030002500200015001000足以使袺秆燃烧完全,秸秆放出的气体对环境污染很波数,cm3结论图3桔秆在空气中燃烧第一、二阶段的气体红外光语通过对天津郊区秸秆的热分析及红外试验,可以得为了探讨秸秆燃烧时排放的气体种类,在对秸秆做到以下结论热分析试验的同时对其气体排放特性也做了热红联用(1)秸秆在燃烧过程中共有两段明显的放热:第试验,也就是利用德国布鲁克生产的傅立叶红外光谱仪阶段从255℃放热开始至307℃结束,第二阶段从403℃器对其排放的气体进行了检测分析,以下是其热红联用开始至443℃结東,第一阶段的放热占总放热量的绝大实验条件:部分气氛:空气(O2:7ml/min,吹扫N2:20ml/min,保护(2)秸秆的燃尽度较高,放热起始温度与终止温度与烟煤类似,放热量较一般烟煤有一半之多,在水泥窑样品:秸秆;质量:20mg左右。中是一种较好的可替代燃料;温度:室温-700℃;升温速率:5K/min。(3)秸秆在高温燃烧时只有CO2和极少量的CO放红外波谱范围:6040cmn3;扫描次数:10;分辨出,水泥窑里的高温可以使秸秆燃烧完全,燃烧时释放出的气体对环境污染较小。热分析仪器:德国 Netzsch STA409PC;红外仪器参考文赋德国 BRUKER TENSOR周勇等清洁生物质祜杆能源研究进展应用化工,2005,34(10)热红联用实验意指热分析仪器与红外仪器相连接595-59712宋春财,等,生物质秸秆热重分析及几种动力学模型结果比较燃在做热分析试验的同时对秸秆燃烧时排放的气体进行料化学学报,2003,Vol.31Na4,311-1315.在线监测,图3是其燃烧时各个阶段的气体排放结13闪凡飞,等生物质燃烧模式及燃烧特性的研究煤炭学报2005果vol.30(1),104-105用红外光谱图识别气体成分的原理为:每种气体都141 Miura K. A new and simple method to estimate f(E)andk(E)有一特定的特征吸收峰,不同气体对应的特征吸收峰不 in the distributed activation energy model from three sets同,波数也不同。从特征吸收峰的形状以及所在的波数 rimental data [JL.Energ&rued,1992:302-307位置就可以判定不同的气体。图3的横坐标为波数5] Van der Larts R P, Pedersen L T Jensen A, et al. Modelling(cm2),纵坐标为吸收度。从图3中可以看出,秸秆在第d Experiments of Straw Combustion in a grate Fumace IJ)Biomass& Bioenergy, 2000, 19: 199-208阶段也就是从255~307℃燃烧时,放出多种气体,有16 Werther J, Saenger M, Hartge E U, el al. Combustion ofCO、CO2、HO、烷烃、烯烃等的混合物,其中1790cm-波agriculturalII Progress in Enerry and Combustion数的气体成分不确定,有可能是芳烃泛频峰、C=0双健10年第5期要目钢渣微粉加工工艺探讨…石国平卡垃圾焚烧飞灰烧制阿利尼特水泥及其水化性能研究………中国煤化工”惠生,F浅汉水泥回转窑的烧成带温度CNMHG封培然丬幌压机行星减速器的使用王宇航,等CEMENT TECHNOLOGY 4/2010