储存方式对生物质燃料玉米秸秆储存特性的影响

为了解不同储存方式对农作物秸秆理化特性变化规律的影响,该文针对整株、打捆、粉碎3种预处理方式、且分别储存在露天、覆盖、密封条件下的秸秆进行为期5个月的试验研究。结果表明,粉碎秸秆的全水分、灰分较高,分别比整株与打捆秸秆高出约3.46%、3.83%与5.95%、4.62%;但挥发分较整株、打捆秸秆分别低5.81%、4.47%;密封储存全水分、灰分较露天、覆盖储存高,挥发分较露天、覆盖储存低。秸秆储存期间,温度平均值变化不明显,极差仅在3.24~3.71℃之间,温度最高值可达50℃左右,故应保持良好的通风。发热量与全水分呈负相关变化,与整株和打捆秸秆相比,粉碎秸秆发热量下降约1 000 k J/kg左右。秸秆长期储存时,应优先选择整株或打捆秸秆,露天和覆盖储存则需要进一步研究。     

粉碎秸秆类生物质原料物理特性试验

为分析秸秆类生物质原料的物理特性,该文选取自然晾晒后(全水分8%左右)的6种不同地区玉米秸秆和5种不同种类秸秆,细粉(粒度0～10mm)后进行物理特性研究。结果表明,粉碎秸秆的自然和振实堆积密度范围分别在37.43～140和48.40～200kg/m3之间,静态和动态堆积角分别在44°～51°和17°～31°之间,与金属、橡胶材料的最大静摩擦系数分别在0.45～0.55和0.51～0.62之间,内摩擦系数在0.53～0.73之间。不同地区玉米秸秆和不同种类秸秆的堆积密度和堆积角均不同,秸秆品种和原料的均匀度对堆积密度有影响,不同种类秸秆堆积密度差异较大。原料的全水分越高,堆积角越大。摩擦特性和流动特性无明显差异。这说明在秸秆原料的压缩、输送、储存等相关装备及工艺路线的设计中,应充分考虑不同地区、不同种类的秸秆原料堆积特性的差异性。该研究为秸秆类生物质原料的利用提供基础数据支撑。     

不同进料方式燃烧器对生物质燃料颗粒物排放特性的影响

为摸清不同进料方式的燃烧器对生物质成型燃料燃烧后颗粒物排放的影响,该文对上进料式(A型)、水平进料式(B型)和下进料式(C型)等3种类型的燃烧器进行燃烧颗粒排放试验,采用低压电子冲击仪对玉米秸秆、棉秆、木质3种成型燃料燃烧后颗粒物排放开展数量浓度和质量浓度研究,并计算出每种燃料在3种燃烧器中每秒排放的颗粒物数量和质量分布。试验结果表明:3种燃烧器中的颗粒物质量分布都成双峰分布,主要集中在5~7级和12级,占总颗粒物质量的90%;木质和棉杆燃料在A型燃烧器中的颗粒物质量排放最少,玉米秸秆燃料在B型中颗粒物质量最少。3种燃烧器中的颗粒物数量分布都成单峰分布玉米秸秆和木质在B型燃烧器上的颗粒物数量主要集中在1~5级,在A型和C型燃烧器上颗粒物数量主要集中在3~6级;棉杆在C型燃烧器上集中在1~5级,在A型和B型燃烧器上颗粒物数量主要集中在3~6级。3种燃烧器对颗粒物质量的分布影响不大。根据试验结果,建议不同的燃料匹配不同的燃烧器。从颗粒物排放总量角度,玉米秸秆应该匹配B型燃烧器,棉杆和木质燃料应该匹配A型燃烧器。从PM2.5所占比例得出,玉米秸秆燃料应匹配C型燃烧器,棉杆匹配B型燃烧器,木质匹配A型燃烧器。并建议生物质成型燃料燃烧器结构应具有以下特点:进料连续平稳;带有主动清渣装置并且清渣波动小;鼓风配风,保证过量空气系数高。研究结果为中国生物质固体成型燃料的颗粒物排放法规的制定提供参考。     

生物质颗粒燃料微观成型机理

为研究生物质颗粒燃料的微观成型机理,以玉米秸秆、木屑为原料利用环模式成型机压缩成生物质颗粒燃料,并对原料、粉碎原料及生物质颗粒燃料进行显微形貌观察,对比不同原料、不同阶段物料的微观形态和散粒体压缩过程的结合形式。结果表明：环模式成型机为间断性压缩,生物质颗粒燃料微观成型机理为分层压缩,层与层间距为25～40?μm;从横截面看分3层：中心层散粒体“平铺”,过渡层扭曲变形,表层“直立”。相同挤压力下秸秆颗粒燃料比木屑颗粒燃料的密度小。为生物质颗粒燃料的成型机具提供重要的设计理论依据。     

基于化学动力学的生物质颗粒燃烧排放NO特性模拟与验证

为研究生物质颗粒燃料燃烧NO排放规律及其生成机理,采用CFD和Chem Kin联合仿真,建立试验锅炉燃烧筒CFD网络模型,应用Chem Kin接口导入简化的17组分58基元反应机理,建立Chem Kin-PSR反应模拟网络,选用Reaction Design C2_NOx详细机理,对棉秆、玉米秸秆、木质3种生物质颗粒NO排放进行模拟。结果表明,NO生成量:棉秆玉米秸秆木质;NO排放量随过量空气系数的增加先增大后减小,在过量空气系数为1.7附近达到峰值。将模拟结果与试验结果进行比较,证明了模型和化学反应机理的正确性,为生物质燃料燃烧NO排放的预测与控制提供参考。     

生物质固体成型燃料燃烧颗粒物的数量和质量分布特性

针对中国生物质固体成型燃料燃烧过程中排放的颗粒物粒径分布不清、燃烧功率和空气量对颗粒物分布影响不明等问题,该文在生物质燃烧试验平台上,采用低压电子冲击仪（electrical low pressure impactor）设备,对玉米秸秆、棉杆、木质等3种固体生物质成型燃料分别开展了燃烧颗粒排放研究,重点研究了3种生物质成型燃料在不同功率下和不同空气量下的颗粒物的数量和质量分布。试验结果表明,3种燃料的颗粒物的数量峰值主要集中在4~7四级,占颗粒物总数量的70%以上;颗粒物质量峰值在7级和12级,占颗粒物总质量的50%以上。随着功率增加,颗粒物排放量先减小后增大,大粒径颗粒物增多,在14kW时颗粒物排放最少。随着空气量的增加,分布趋势不变,颗粒物总量减少。该研究为中国生物质固体成型燃料的颗粒物排放法规的制定提供参考。     

生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型

为研究生物质颗粒成型燃料压缩成型机理,该文用玉米秸秆、花生壳、小麦秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、木屑等6种生物质原料,采用生物质颗粒燃料成型机进行压缩成型,研究生物质颗粒燃料压缩成型过程,采用黏弹性理论,建立生物质颗粒成型燃料的本构模型,从力学角度提出生物质颗粒成型燃料的压缩成型机理,并研究对比不同种类生物质原料压缩的最大应力与能耗.结果表明,6种生物质原料中棉杆和木屑的最大应力较高,其余4种原料略低;木屑的压缩能耗最高,其次为棉秆、花生壳和豆秸,小麦秸秆和玉米秸秆较小.该研究结论为解决生物质颗粒成型燃料成型加工能耗高,关键部件受力磨损导致寿命低等问题提供一定参考.     

木质颗粒燃料锅炉替代燃油燃气锅炉效益分析

为探讨木质颗粒燃料应用的效益,该文通过对比分析常规能源和木质颗粒燃料的单位能价及典型锅炉实际运行成本,在民用、工业锅炉领域,木质颗粒燃料的综合运行成本为燃油的32.95%、燃气的67.41%,仅替代现有燃油热水锅炉拥有量的1%,每年将节约运行费用60亿元,替代等量燃气锅炉每年将节约14.25亿元,并且将减排温室气体（CO2）440万t。在环保要求高的大中城市或者旅游区,推广这种木质颗粒燃料,将产生巨大的经济效益和环保效益。     

生物质颗粒燃料炊事炉的性能

生物质颗粒燃料作为一种清洁燃料,需要设计能使其高效、清洁燃烧的特殊炉具。该文介绍了3种生物质颗粒燃料炊事炉原始样炉的热效率、燃烧特性、烟气中污染物浓度等测量结果。试验过程中以玉米秸秆颗粒为生物质颗粒燃料,并参照国家标准GB4363－1984《民用柴炉、柴灶热性能测试方法》,采用烧水试验方法。试验结果显示：这3种炊事炉都可以清洁地燃烧用农业、林业固体剩余物制成的颗粒燃料;其中带有微型风机供风的炊事炉根据试验结果改进后的产品炉的热性能和大气污染物排放水平均满足北京市地方标准DB11/T 540－2008 《户用生物质炉具通用技术条件》规定的指标和限值。     

玉米秸秆颗粒燃料抗结渣剂效果的比较

为解决秸秆类生物质颗粒燃料的结渣问题,通过在玉米秸秆中分别添加4种添加剂,对其结渣率、灰熔融特性、燃料特性等开展试验研究,并进行验证试验。结果表明,添加质量分数3%的MgCO3、CaCO3、Al2O3添加剂均可有效改善结渣效果,其中MgCO3的抗结渣效果最好,结渣率近似为零;CaCO3添加剂结渣率低于10%,抗结渣效果性价比最高。同时,添加添加剂对燃料的燃烧性能无明显影响。这为解决玉米秸秆等生物质固体成型燃料的结渣问题提供了技术依据。     

水葫芦颗粒燃料成型工艺优化

为了提高水葫芦颗粒燃料的成型品质,该文对水葫芦颗粒燃料的致密成型工艺进行了试验研究,分析了加工压力、温度、原料含水率和粉碎粒度与水葫芦颗粒燃料的颗粒密度和径向抗压力的关系。单因素和多因素正交试验研究结果表明:影响水葫芦颗粒燃料的颗粒密度的主次工艺参数排序为:压力粒度温度含水率;工艺参数温度、压力和粒度的对水葫芦颗粒燃料的径向抗压力的影响差别不大,而原料含水率的影响最小。水葫芦颗粒燃料的最佳工艺参数条件为:压力6 k N、温度100℃、含水率12%、粒度0.58 mm,在此最佳工艺参数条件下,水葫芦颗粒燃料的颗粒密度和径向抗压力可分别达到1 362.21 kg/m3和1.44 k N。研究结果为工业化生产高质量的水葫芦颗粒燃料提供理论依据。     

废液添加量对麦草废渣颗粒燃料成型及性能的影响

为了提高麦草制浆过程废弃物的资源化利用价值,采用液压压缩成型方法将备料工段麦草废渣和生物机械制浆废液混合处理后放入模具在室温、成型压力为10 MPa和保压时间3 min条件下制备成直径为13 mm的麦草废渣颗粒燃料,并在密封袋中进行平衡。探究了废液添加量（麦草废渣和废液混配质量比）分别在1:1、1:5、1:10、1:15和1:20时对麦草废渣颗粒燃料的密度、抗跌碎性、横向抗压强度、径向抗压强度和抗渗水性的影响,以此来表示废液添加量对麦草废渣颗粒燃料的成型效果的影响。同时通过对其灰分、实际燃烧时间和燃烧热值测定,分析研究其燃烧性能,最后综合考虑成型效果及燃烧性能,优化出麦草废渣颗粒燃料在混合制备过程的中试验参数。结果表明：当麦草废渣和废液混配质量比为1:10时,制备的麦草废渣颗粒燃料的物理化学性能较优,其松弛密度高达1.21 g/cm3,抗跌碎值达到98.88%,横向抗压强度为69.71 MPa,径向抗压强度为1.23 MPa,抗渗水能力为10 min,灰分为21.83%,燃烧火焰在点火后110 s后熄灭,热值为14 689 J/g。研究可为生物质颗粒燃料的制备提供数据参考。     

生活垃圾混烧秸秆类生物质颗粒CO和NO的排放特性

选取典型秸秆类生物质颗粒掺混垃圾作为研究对象,利用自制燃烧试验平台,研究掺混比、温度、粒径及生物质种类等因素对垃圾掺混生物质颗粒燃烧过程中CO与NO释放规律的影响。试验结果表明:CO排放量随着混合燃料中棉花秆颗粒含量增加而减小;混合燃料中垃圾掺混量高于棉花秆颗粒时,焦炭氮燃烧峰值随棉花秆含量增加而增大,掺混量低于棉花秆颗粒时,焦炭氮燃烧峰值逐渐减小,掺混比为5:5时NO生成量最低。燃烧温度为850℃时CO生成量最低;NO峰值时间随温度升高向前偏移,排放量呈先增大后减小趋势,较高的反应温度有利于降低燃烧过程中NO生成量。随着燃料粒径减小,CO峰值浓度降低;存在粒径临界值(60~80目),当粒径小于临界值时,NO生成量随粒径减小而减小,大于临界值时,NO生成量随粒径增大而减小。垃圾混烧生物质颗粒后CO生成量显著降低;掺混同质量分数生物质颗粒试样中,生物质颗粒氮含量越高,混合燃料燃烧NO生成量越大。该研究可为实际生产中城市生活垃圾混烧生物质颗粒技术及污染物排放控制提供参考依据。     

典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验

为研究生物质颗粒燃料的燃烧特性及污染物排放特性,该文以国外引进的生物质颗粒燃料燃烧器为试验装置,选择了8种典型的生物质颗粒燃料进行试验研究。试验结果表明,挥发份含量越高,含水率越低,生物质颗粒燃料所需的点火时间越短,SO2、NOx等污染物排放质量浓度远低于国家标准,但存在着部分生物质颗粒燃料灰分含量过大、结渣严重等问题。对大多数颗粒燃料来说,软化温度越高,结渣率越低,当软化温度超过1 389℃时,不会发生结渣;Si元素、碱金属元素含量越高,越容易结渣,碱土金属元素含量越高,越抗结渣。玉米秸中Si的质量分数为27.70%,底灰结渣率达到48.84%,落叶松中Si的质量分数仅为9.76%,不结渣;使用添加剂后,玉米秸的底灰结渣率降低了22.77%。这将为设计适合中国国情的生物质颗粒燃料燃烧设备及改善燃料的燃烧性能提供依据。     

生物质成型颗粒燃料燃烧特性的试验研究

该文利用热重分析仪对玉米秸秆、木屑、混合木屑三种生物质成型颗粒燃料进行了理论分析，分段比较了三种颗粒燃料的燃烧特点及各段表观活化能和频率因子的热化学动力学参数，分析了成型处理工序对生物质燃烧特性的影响。结合颗粒燃料在燃烧炉中的实际燃烧特点，明确了影响颗粒燃料燃烧适应性的主导因素是挥发分的析出和燃烧速率，由此为改良低质颗粒燃料、提高燃烧炉适应性提出了指导性建议。     

国内外生物质成型燃料质量标准现状

中国生物质成型燃料标准体系建设初步取得了一些成效,但与欧美发达国家相比标准制定工作进展较为缓慢,一定程度上制约了产业发展。该研究分析了国内外生物质成型燃料标准体系和质量认证体系现状,研究生物质成型燃料质量影响因素及质量要求;与ISO国际标准比较,分析了木质、非木质生物质成型燃料各指标质量分级要求,结合中国国情,提出中国生物质成型燃料质量标准仍需进一步完善。同时与国内煤炭质量相关标准进行比较,生物质成型燃料灰分含量低,硫含量、砷和汞等重金属含量极低,对环境友好,是良好的替代散煤的固体燃料。通过研究提出建议成立生物质成型燃料国家标委会,亟需制定质量分级和污染物排放国家标准,并应区分商用、民用以及工业用等不同应用对象的燃料质量要求。     

中国生物质能产业发展现状及趋势分析

该文在综合评价中国生物质能资源、产业发展和政策环境的基础上，分析未来生物质能产业发展趋势。中国具有丰富的生物质资源，生物质能产业初具规模：沼气产业基本形成，燃料乙醇年生产能力已达到102万t，开发了甜高粱茎秆等非粮作物生产燃料乙醇的技术，秸秆直燃发电示范工程正式并网运行；促进生物质能产业发展的宏观政策环境逐渐形成。因此得出结论：未来中国生物质能产业发展的重点是沼气及沼气发电、液体燃料、生物质固体成型燃料以及生物质发电；促进生物质能产业发展的政策环境将进一步完善；技术水平进一步提高；将有更多的大型企业参与；生物质能产业必将成为中国国民经济新的增长点。     

水稻秸秆热压成型工艺参数试验研究

水稻秸秆冷压成型试验得到的成型燃料能耗较高且质量不佳,为提高水稻秸秆成型燃料质量,本次试验利用水稻秸秆成型设备,在不同成型压力、原料粒径、温度以及含水率等工艺参数条件下对水稻秸秆进行热压成型试验。通过分析成型燃料的物理性能,确定各工艺参数最佳选取范围为：粒径0~2mm、温度70~100℃、成型压力8.89～40MPa、含水率12%～25%。为进一步提高水稻秸秆原料成型燃料的质量,提出通过添加木质素含量较高的木屑原料即形成混合原料,并通过对比试验进行研究。结果表明,混合原料可以有效提高水稻秸秆成型燃料的综合质量。     

行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机研制与试验

中国热带农业区作物剩余物多为香蕉秸秆、椰壳以及甘蔗叶,目前以其为混合原料的固体成型设备研究较少,因此该文设计了一种行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机,描述了该机进料装置、辊压装置以及成型装置等主要部件结构,并对辊压装置进行了运动和受力分析,确定了其关键参数。研制样机并进行性能试验,试验结果表明:该机在电动机功率为45 k W、锥辊公转转速为190 r/min、锥辊自转转速为543 r/min、配套喂料输送装置功率为3 k W时,生产率为850 kg/h、颗粒燃料成型率为96.5%、质量密度为1.25 g/cm3、成型后含水率为2.82%、机械耐久性为96.74%,符合生物质颗粒燃料成型要求。整机工作过程中噪音低,经济效益与生态效益明显,为中国热带地区固体燃料成型机的发展与推广提供了参考。