玉米秸秆致密成型燃料燃烧动力学分析

为近一步实现秸秆致密成型燃料高效燃烧的合理利用,该文选用玉米秸秆致密成型燃料进行燃烧动力学分析,通过对玉米秸秆在不同粒度（1、0.25 mm）和不同升温速率（10、20、40℃/min）进行热重分析,采用一级反应动力学模型,得出不同实验水平下的热重、热重变化率及差热,利用热重和热重变化率计算出动力学参数——活化能和频率因子, 最后得到玉米秸秆的热解动力学方程。研究表明：玉米秸秆致密成型燃料的燃烧过程大致可以分为燃料吸热失水反应、挥发分析出和燃烧反应及固定碳的燃烧反应3个阶段,升温速率和样品细度的变化对燃料的活化能及最大失重速率有一定影响,玉米秸秆致密成型燃料的活化能在升温速率为20℃/min时最大。该研究为进一步研究生物质成型燃料的实际热解过程分析以及燃烧设备的设计参数选择提供理论依据。     

草本类生物质与烟煤混烧特性及其影响因素分析

为了研究草本类生物质与烟煤的混烧特性,在空气气氛下分别对甜菜根、柳枝稷与烟煤的混烧特性进行热重试验,分析升温速率和质量配比对混烧特征参数的影响,并与纯烟煤的燃烧特征进行比较。结果表明:混合样品的着火温度远低于烟煤,但略高于纯生物质的着火温度,随着升温速率的提高,混合燃料着火温度逐渐提高。当生物质质量比例大于20%时,提高升温速率才能有效提高混烧样品的挥发分释放性能和综合特性指数,升温速率一定,生物质质量比例越大,混烧样品的挥发分释放特性指数和综合特性指数也越大,生物质质量比例为80%,升温速率为50℃/min时,混合样品有较好的燃烧性能。在10～90℃/min的升温速率范围内,柳枝稷混烧样品的燃烧特征参数均大于甜菜根混烧样品。研究结果可以为生物质与烟煤混合燃料的高效燃烧提供参考。     

生物质三组分燃烧特性及动力学分析

采用热重分析法对纤维素、木聚糖和木质素的燃烧特性及动力学进行研究,考察了不同升温速率(20、40、60、80℃/min)对燃烧特性的影响,求出了生物质三组分的燃烧特性参数和动力学参数。研究表明:纤维素和木质素的燃烧失重分别集中在挥发分和焦炭的燃烧阶段,而木聚糖的燃烧在这2个阶段失重都比较大。纤维素和木质素在低温段和高温段燃烧的最佳反应级数分别为1和2,而木聚糖在这2个温度区间燃烧的最佳反应级数都为1。     

水热生物炭燃烧特性与动力学分析

采用热重法对锯末、玉米秸秆水热生物炭燃烧特性及动力学进行了研究,考察了不同升温速率(10、20、40℃/min)对燃烧特性的影响,分析了它们的燃烧特性及动力学参数。结果表明:1)水热炭化前后生物质燃烧质量损失集中在挥发分和固定碳燃烧阶段,升温速率快,着火温度、燃尽温度高,整体向高温区转移,综合燃烧特性指数越大;2)40℃/min时,锯末水热生物炭综合燃烧特性指数远大于玉米秸秆,在其余升温速率下区别不明显;3)以20℃/min相同升温速率时,锯末、玉米秸秆水热生物综合炭燃烧特性相对于未炭化生物质下降27%、13%;4)采用一级反应动力学模型和积分法对水热生物炭燃烧动力学进行了研究,一级反应动力学能很好的描述2种生物炭的燃烧动力学,相关系数(R2)均高于0.9,挥发分阶段活化能大于固定碳阶段的活化能。研究结果可为水热生物炭的燃烧应用能提供理论指导。     

花生壳热解试验及其剩余物特性红外光谱分析

为有效控制生物质热解反应终温，本文在热分仪上，分别以40℃／min和60℃／min二种不同升温速率进行了花生壳热解试验，并以花生壳及其热解反应过程中缓慢热解反应阶段（≥400℃）剩余物为原料，对其进行傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析。结果表明：不同升温速率对不同温度时的热解试验剩余物成分影响不大，光谱曲线趋于一致，在450℃以下，剩余物的成分随着温度而变化，从450℃到600℃，FTIR光谱图上的透光率已经没有明显变化。因此，生物质热解反应终温应控制在450℃左右。     

木屑及其水热炭的热解特性和动力学对比

为全面了解木屑及其水热炭的差异,获取更多关于水热炭作为化工燃料的使用特性。该文使用热重分析仪和傅里叶红外光谱仪对比研究了木屑及其水热炭在热解过程(10℃/min升温速率)中的失重特性及其官能团变化,分析了升温速率(10、20、30℃/min)对2种样品热解失重过程的影响,采用DAEM(分布活化能模型)计算了2种样品不同转化率下的活化能。结果表明:1)在200℃反应6 h得到的木屑水热炭,化学结构与木屑相似。2)在热解过程(10℃/min升温速率)中,木屑与水热炭最大失重速率分别为0.817%/℃和1.224%/℃,温度为353.57℃和363.42℃;不同终温下半焦红外光谱分析发现,水热炭更易解聚,其碳化速度更快。3)对比3种不同升温速率下2种样品的失重曲线可知,水热处理没有影响热滞后现象,样品焦炭生成量与升温速率无关,焦炭生成量平均值水热炭大于木屑。4)DAEM模型适用于2种样品热解反应活化能的求解,木屑及其水热炭活化能分别为99.33~252.72 k J/mol和63.77~211.68 k J/mol,当转化率在0.30到0.80范围时,木屑的活化能高于水热炭。研究结果为木屑水热炭热化学转化制备焦炭提供理论依据。     

稻壳热解模型建立与应用

生物质连续热解工艺是适合工业化生产的高效、合理的处理方式,该文基于稻壳在升温速率为20～40?℃/min,反应终温为800℃的热分析试验数据,建立了稻壳热解过程的分段反应模型并获得了反应动力学参数,其中失水预热解阶段满足N阶反应,主热解阶段满足J-M-A方程。对所建模型在建模升温速率范围内、外进行了检验,发现模型计算结果与试验数据相近,模型计算误差不大于2.35%,说明模型具有较广泛的适用性,为热解反应器的设计提供了理论依据。根据稻壳常规热解下失水预热解和主热解反应过程的模型计算结果,设计了变螺距生物质连续热解反应器,并以稻壳粉末为原料进行了参数试验,结果表明,该反应装置能实现连续、稳定热解,但由于实际升温不是理论上的线性升温过程,导致连续热解试验结果与模型计算结果和热重试验结果间存在一定差异。     

基于热重法的干清猪粪直接燃烧特性分析

为了研究猪粪直接燃烧供能的可行性,该文测定了干清粪方式收集的玉米-豆粕日粮型猪粪的含水率、纤维素、半纤维素和木质素含量以及发热量;采用热重法测定了猪粪的热重曲线(thermogravimetric curves,TG curves)、微分热重曲线(diffenrential thermogravimetric curves,DTG curves),分析了猪粪的可燃性指数、燃烧稳定性指数、综合燃烧特性指数。结果表明:新鲜猪粪含水率在74.28%~76.75%;高位发热量为16.72~17.65 MJ/kg,低位发热量为14.24~15.34 MJ/kg;热重分析表明猪粪可燃性指数为(1.552~1.652)×10-5 mg/(min·℃2),燃烧稳定性指数为(1.393~1.466)×10-6 mg/(min·℃2),综合燃烧特性指数为(6.480~7.305)×10-9 mg2/(min2·℃3)。猪粪球能在锅炉内良好燃烧,呈现明显的挥发分燃烧状态。研究的结果为猪粪直接燃烧供能提供了依据和参考。     

麦草的热失重特性及动力学

该文利用热失重分析法对麦草的热失重特性及动力学进行研究,探讨不同的升温速率和镍系催化剂对麦草热失重的影响,结果表明在220.6～391.2℃范围内麦草的失重量不受升温速率的影响,但要获得相同的失重率,对应的温度随升温速率的提高而增加。温度超过391.2℃以后,升温速率等于或超过20℃/min时,麦草的热失重规律基本不受升温速率影响;而麦草在10℃/min的速率升温下热解,热失重量最大。镍系催化剂对麦草热失重无明显影响;利用Kissinger法和Ozawa法分别计算出麦草未加催化剂和添加0.5%系催化剂的热失重动力学参数;其表观活化能分别为93.92、 119.80 kJ/mol和99.14和123.70 kJ/mol,频率因子ln A分别17.82、23.02 min和19.30、24.03 min^-1。     

应用同步热分析仪确定小麦秸秆热解需热量

为了解决生物质热解过程需热量的定量问题,该文应用热重—差示扫描（TG/DSC）同步热分析仪对小麦秸秆进行了热解实验研究。将约5 mg的小麦秸秆粉样品装入带盖的铂铑坩锅中,放在热解炉中的DSC-cp高精度样品支架上,在流量为25 mL/min的高纯氮气吹扫下,以10 K/min的升温速率从常温升至973 K,记录生物质的热重(TG)曲线和差示扫描(DSC)曲线。通过对实验所得微分热重(DTG)曲线和DSC曲线对比分析,对小麦秸秆热解过程进行了详细的探讨。在DSC曲线上扣除水分的影响后对其积分得出热解过程需热量的规律。结果表明,要使1 kg干小麦秸秆完成从常温303 K到673 K,773 K,873 K的升温和热解,所需的总热量分别为523 kJ,558 kJ,592 kJ。     

基于多升温速率法的典型生物质热动力学分析

为研究典型生物质热动力学,判断反应机理,获得反应的动力学速率参数,该文采用热重分析技术对玉米秸秆、小麦秸秆、棉秆、松树木屑、花生壳、甜高粱渣等生物质原料进行了氮气气氛下不同升温速率的热解特性试验研究,利用Friedman法、Flynn-Wall-Ozawa法计算活化能,用Malek法确定最概然机理函数,建立了生物质热分析动力学模型,并讨论了不同生物质的差异性。结果表明:生物质的热解过程均包括3个主要阶段:干燥预热阶段、挥发分析出阶段、碳化阶段。典型生物质活化能随着转化率的增加而增加,在挥发分析出阶段,热解活化能介于144.61~167.34 k J/mol之间;反应动力学机理均符合Avrami-Erofeev函数,但反应级数有一定的差异;指前因子介于26.66~33.97 s-1之间。这为生物质热化学转化过程工艺条件的优化及工程放大提供理论依据。     

生物质热解固体热载体高温烟气加热装置设计与试验

固体热载体加热生物质是生物质热解制取生物油的工艺手段之一。为解决固体热载体间接加热方式升温慢、效率低问题,设计了一种流化床生物质燃烧的热烟气直接加热固体热载体装置,分析了其结构与原理,开展了固体热载体升温性能和流化床燃烧器的燃烧特性试验研究,并对试验结果进行了热平衡分析。结果表明:流化床高温烟气加热陶瓷球热载体的平均热能利用率为66.3%,流化床燃烧生物质粉产生的高温烟气能够满足热载体加热装置对热源的需求,热载体加热器内的热量传递方式主要是对流换热。陶瓷球热载体与加热器内高温烟气的对流传热系数为475 W/(m~2·℃)。研究对结果对解决生物质热解液化技术中的固体热载体加热升温关键问题具有重要指导意义。     

秸秆压块燃料炉设计与试验

农村地区采用秸秆压块燃料供暖可有效降低温室气体和大气污染物的排放。针对秸秆压块燃料炉存在自动化程度低、低效、高排放等问题,该研究基于秸秆压块燃料燃烧特性,设计了一台具有自动供料装置的秸秆压块燃料炉,采用分区燃烧、鼓风与引风耦合配风等方式,提高燃烧性能。对秸秆压块燃料炉进行性能测试,试验结果表明：通过自动供料机可以实现连续10 h小流量输送燃料,燃料输送量为2.57～4.12 kg/h;其额定热功率8 kW,热效率71.20%,耗电量3.83 (kW·h)/d;最佳燃烧工况下,粉尘、CO、NOx排放量分别为35.78 mg/m3、0.104 %、191.1 mg/m3,符合国家标准的排放限值。对燃料炉的测试与评价验证了锅炉结构合理,可为后续高自动化秸秆压块燃料炉的研发提供参考依据。     

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。     

生物质致密成型产品的生产及应用

生物质是光能循环转化的载体。这里所指的是广义生物质能,包括植物种子、秸秆、树木、牧草、畜禽粪便以及生活有机垃圾等。狭义的生物质能是指各种作物秸秆、树叶、锯屑、蔗渣及农业、林业废弃物等。生物质具有资源丰富、分布比较均匀的特点,加之在其生长过程中吸收大气中的CO2,因此用工业技术开发利用生物质能,不仅有助于减轻温室效应和促进生态良性循环,而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料,成为解决能源与环境问题的重要途径。但是生物质的松散性、易燃性、低含碳量、不均匀性又成为工业化大规模利用以及储存和运输时所必须解决的技术问题。     

生物质能与冷热电气联产耦合系统研究进展

当前冷热电联产系统广泛与生物质气化、生物质厌氧发酵、生物质直燃等生物质能利用技术相耦合。合理耦合后不仅能发挥生物质资源储量大、分布广、可再生、低污染、利用方式多样等优点,更因生物质资源相较太阳能、风能等独有的可运输、可储存特点,可轻松实现冷热电的高效稳定输出,克服当前太阳能、风能等可再生能源利用时,由于可再生能源自身固有的时间不稳定性、空间不稳定性所带来的系统稳定性差的问题。凭借高能源利用率、低污染、运行稳定等优点,将生物质能利用技术与冷热电联产系统耦合越来越受到研究人员的青睐。该文综述了耦合生物质资源能源化利用的冷热电气联产系统的发展基础、系统集成、系统运行模式、系统多维评价及系统优化,结合当前研究现状,从多方面预测了相关系统的发展方向,为相关系统的推广与发展提供参考。     

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、1:1...     

生物质气化特性研究及分析

为了提高生物质能的利用效率以及生物质气化合成气的品质,基于AspenPlus模拟平台,以松木、玉米秸秆和木屑为气化原料,对生物质气化特性进行了研究并对气化过程进行了分析。计算了空燃比为0.7～2.3、生物质含水率为30%条件下的气化炉运行温度、合成气低位热值和效率等主要气化过程性能指标,并通过提高气化剂温度、干燥生物质原料等方法对生物质气化过程进行了优化分析。结果表明,生物质种类及其含水率对气化过程性能有较大的影响;降低生物质含水率、提高气化剂温度有利于提高气化过程的效率和合成气低位热值。     

玉米秸秆热解动力学分析(简报)

该文采用耐驰STA449同步热分析仪,研究了玉米秸秆在升温速率为5、10、15、20、30 K/min,反应终止温度1273K的热分解反应,结果表明玉米秸秆热解过程可分为失水预热解、热解和碳化3个阶段,随着升温速率增加,反应的特征温度和最大失重速率增加,差示扫描（DSC）曲线整体向下倾斜,升温速率过大时,出现失水滞后现象。分别用FWO法、FRL法和Kissinger法对玉米秸秆热解进行了动力学计算,其热解活化能为（161±23）kJ/mol,通过Malek法确定了玉米秸秆热解满足J-M-A方程,反应机理为随机成核随后生长,确定了反应级数n和指前因子对数lgA的范围,并利用Matlab软件对实验数据进行拟合,验证了机理的正确性,并确定了玉米秸秆热解反应的动力学参数。该文结果对工程应用有指导意义。