生物质连续热解炭气油联产中试系统开发

针对目前多数生物质炭化设备生产连续性差、能耗高、生产过程中存在焦油水洗二次污染等问题,结合生物质炭化技术最新进展和农林剩余物原料特征,提出了生物质连续热解炭气油联产工艺方案,引入连续分段热解、多级组合除尘脱焦和燃油/燃气回用加热工艺方法.在此基础上,重点突破了多线螺旋抄板物料均匀有序输送、多腔旋流梯级高效换热、保温沉降密封出炭、系统压力与气体组分耦合预警等技术,开发了生物质连续热解中试生产系统.运行检测结果表明:系统运行稳定可靠,温度控制精度为±16℃,反应室压力控制精度为±-25 Pa,以花生壳为原料,原料处理量为28.2 kg/h,生物炭得率为31.3％,热解气产率29.6％,液体产物产率19.8％,热解气低位热值为16.3 MJ/m3,各项技术指标均达到了系统设计目标与要求.该中试系统的开发为设备放大及示范应用奠定了重要基础.     

真空热解松木粉制备生物油

为研究与开拓高品位生物油的制备方法,该文以松木粉为原料,采用真空热解的方法制备生物油。讨论了150～830μm的4种不同粒径大小、400～600℃的5种不同反应温度对真空热解的影响,对其原因进行讨论与分析;并对最优条件下的真空热解气液相产物进行表征。试验结果表明,在500℃反应温度下,250～380μm粒径松木粉真空热解得到生物油产率最高,可达52.06%;真空热解生物油的黏度较低,流动性能好,高附加值化合物较多,这些特性使真空热解生物油作为提取化学品的原料成为可能,该研究为生物质制备高品位生物油提供参考。     

生物炭负载Ca和Fe催化玉米秸秆热解挥发分重整提高产气率

为提升生物质炭对生物质热解挥发分的催化重整作用,以Fe_2O_3和CaO作为添加剂制备生物炭-Fe和生物炭-Ca催化剂对两者的催化重整能力进行了试验探讨。试验结果表明:无添加时的生物质炭对玉米秸秆颗粒热解挥发分催化作用明显,800℃时,液相产率较未使用催化剂时减少38.71%,最低可达21.49%。生物炭-Fe催化剂颗粒在800℃时液相产率下降至20.24%,产气率升至51.44%,同时,H2的体积分数增加,热解油中的有机物质被有效抑制;生物炭-Ca催化剂在800℃时液相产率和产气率分别为20.01%和51.96%。生物炭-Ca催化剂可以促进热解气中CH4的生成,降低CO2的体积分数。在本试验条件下,炭基催化剂对生物质热解挥发分催化重整的活性顺序依次为:生物炭-Ca生物炭-Fe生物质炭无催化剂。     

玉米秸秆连续干馏条件下能量平衡分析

为分析外源加热与分段连续干馏技术工艺条件下的生物质热解特性,以玉米秸秆为原料,通过自行开发的生物质连续热解炭气油联产平台,开展了生物质连续干馏试验测试,分析了炭气油三态产物的理化性质、组分分布和受工艺参数影响的基本规律,并在此基础上进行了系统热量衡算和能量平衡分析。结果表明,连续热解条件下,玉米秸秆炭品质受物料在反应室的滞留时间影响大,滞留时间一般应不低于30 min,热解气热值可达到15~20 MJ/m~3,热解油组分极其复杂;玉米秸秆炭携带热量最多,约占产物总能量的47.88%,热解气占产物总能量的36.17%,木焦油和轻油分别占13.14%和1.74%;连续热解系统能耗比为0.97,能量回收率为75.7%。该研究可为外加热分段连续式生物质炭化设备的开发和推广应用提供重要的基础支撑。     

生物质热解过程中氮迁移转化机理研究进展

生物质热解产物中热解气和热解油具有较高能源利用价值,可作为替代燃料或化工原料,但伴随热解过程迁移至热解气/油中的氮元素不仅会影响其品质,热解气/油进一步利用后也会污染大气环境。该研究围绕生物质资源制备清洁能源的总目标,系统分析生物质热解过程中氮迁移转化机理,重点论述气相氮、液相氮和焦炭氮的生成与转化机理。通过总结前人研究,得出生物质热解气中的含氮物质主要为HCN、NH3等,其中NH3主要来源于氨基酸热解释放的氨基以及HCN在焦炭表面的水解转化;HCN主要来源于腈、含氮杂环等一次热解产物的二次裂解;热解油中的含氮物质主要为含氮杂环、腈与酰胺,其中含氮杂环主要由部分氨基酸片段或氨基酸间的脱水缩合反应产生;腈主要来源于氨基酸分子脱H2反应以及酰胺脱H2O反应;酰胺主要来源于NH3与羧基的置换反应。不同生物质种类与热解工况下氮的迁移转化特性复杂多样,生物质种类以及热解过程中的压力、停留时间、升温速率、温度、热解气氛、粒径、催化剂等因素均会影响热解过程中氮的迁移转化路径,最终影响生物质热解气/油中含氮物质的组成及分布。进一步提出生物质热解过程中氮排放控制未来研究方向,以期为实现农村生物质资源高效清洁利用提供参考。     

农林废弃物热解的试验研究

介绍了用于生物质热解的试验装置及试验方法，研究了温度、加热速率等因素对木屑、稻壳等农林废弃物生物质热解产物的产率及其质量的影响。试验结果表明，两种不同生物质热解产物得率的变化规律基本一致。热解温度控制在４００～５００℃时，热解油产率最大。热解温度越高，则炭产量越少；温度大于５００℃时，热解气为中等热值可燃气，其热值大于１０ＭＪ／ｍ^３。测试结果还表明，常规热解条件下的生物质热解表现为三阶段反应特点     

秸秆类生物质气炭联产全生命周期评价

为探究秸秆类生物质热解转化生物炭及热解气过程的能源转化过程的效率、经济性及温室气体排放,该文依据全生命周期评价分析原理,建立秸秆类生物质气炭联产全生命周期3E(economic,energy and environment)模型,对以玉米秸秆为原料的生物质气炭联产过程进行全生命周期分析,评价范围从作物种植到生物气炭产物的利用,系统分为玉米作物种植阶段、秸秆从田间到转化工厂的收储运阶段、生物质气炭转化阶段、生物质气炭应用阶段等4个阶段,并对比分析了横流移动床生物质气炭联产和竖流移动床生物质气炭联产2种工艺技术优劣。结果表明,横流移动床生物质气炭联产的净能量6 542.2 MJ/t,能量产出投入比为4.5,其中,居能源消费的前三位的是种植氮肥、种植农机油耗、热解电耗,分别占总能耗的30.8%、20.4%、17.2%;气炭联产转化的总成本319.4元/t,其中热解气炭转化阶段成本最高,约占总成本34.0%,产品收入567.6元/t,纯利润248.2元/t;能源消耗过程的温室气体CO_2当量排放量18.05 g/MJ,经生物炭还田固碳,CO_2当量减排量约为40 g/MJ。竖流移动床生物质气炭联产技术能源效益较横流略低,但经济效益较高,2种生物质热解气炭联产技术各具优势,可根据产品应用特点选择最适宜的转化工艺方案。2种气炭联产技术具有一定的经济效益,而且均有较大的节能、减少温室气体排放的效益,具有一定的推广应用价值。     

更正

由于本刊编辑疏忽,将2012年28卷第3期上李永军、易维明、何芳、柏雪源、李志合、蔡红珍题为《旋风除尘器对生物炭粉的除尘特性》的论文表1中"反应管内气压"的单位误标注为MPa,正确的应为Pa,特此更正,并向作者及读者致以诚挚的歉意。     

农林废弃物高效循环利用模式与效益分析

中低慢速热解技术将生物质在绝氧或低氧环境中加热分解,生产生物炭、热解油和不可冷凝气体产物,是农林废弃物高效利用的重要途径。该文基于生物质热解炭气联产技术,构建了农林废弃物能源化资源化高效循环利用应用模式,秸秆炭用于还田,木质炭成型后用于供暖,热解气用于居民炊事和热水,热解油回用燃烧为系统加热,木醋液稀释后用作杀虫剂。前南峪热解联产示范工程年运行5 500～6 000 h的条件下,可处理各类农林废弃物2 500 t,生产生物炭700 t(其中秸秆炭约150 t、木质炭550 t),生产热解气20余万m~3,木质型炭和热解气可满足全村386户居民冬季取暖和全年炊事热水用能需求,秸秆炭与人畜粪便复混,全部用于还田。原料收购采用生物炭兑换方式,本村居民5 t农林废弃物原料兑换1t炭基肥或木质型炭,热解气以0.9元/m~3的价格出售给本村农民,工程运行可持续、可复制,具有良好的社会环境效益。项目可实现农林废弃物的高值利用,改善农村用能结构,促进农业可持续发展。     

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。     

Concentration and size distribution of airborne particles in a broiler house

Airborne dust particles were sampled in a broiler house using the quartz crystal microbalance cascade impactor designed for the measurement of mass concentration and size distribution from 0.05 to 25 gm. No significant difference was noticed in the dust concentration from morning to evening or at different sampling sites in the broiler house. The concentration of airborne dust particles decreased as the age of the chickens increased. Ratio of dust particles smaller than 0.8 pm to the total dust ranged from 10 to 50%. The highest concentration of dust was in the particle size range of 3.2 μm. The fogging system in use reduced the concentration of larger particles but not that of the smaller particles.     

A New Approach for Understanding Lead Transfer in Agricultural Soil

A multi-stage particle sampling instrument and a particle counter were operated at the ground monitoring site in Fukuoka where was directly exposed to the outflow of air masses from the Asian continent during the springtime of 2005. The bulk and individual dust particles were analyzed simultaneously by ICP-MS and micro-PIXE, respectively. The ground-based observation of dust storm by the Japan Meteorological Agency and by the NOAA HYSPLIT dispersion-trajectory model indicated that dust storm was driven from the Chinese continent including dust source area. The number concentration of gigantic particles (e.g., larger than 5 μm) was measured to be 10 times higher in an Asian dust storm (hereafter called “ADS”) period than in a non-ADS period. There is an outstanding increase of mass concentration in the range of 3.5–7.7 μm in ADS event. In ADS event, soil fraction accounts 57.9–70.1% of particle mass concentration in coarse particles larger than 3.5 μm. Micro-PIXE analysis enables us to classify individual dust particles into several types. The particles with 3.5–5.1, 5.1–7.7, and 7.7–10.9 μm experienced aging processes by 60.6, 69.2, and 77.2%, respectively. On the basis of the reconstructed elemental maps by micro-PIXE analysis, the chemical transformation of dust particles was also presumed.     

湿法烟气脱硫系统出口净烟气的温湿度变化特性

水汽相变技术与湿法烟气脱硫系统(wet flue gas desulfurization,WFGD)结合可有效控制细颗粒物排放,脱硫净烟气所能达到的过饱和度直接影响细颗粒物脱除效果,而烟气过饱和度取决于脱硫净烟气温湿度和水蒸气添加量。因而脱硫净烟气温湿度变化特性研究可为WFGD系统中应用水汽相变促进细颗粒物脱除提供依据,对于优化湿法脱硫操作条件、估算水蒸气添加量以及实现低能耗高效脱除细颗粒物具有重要意义。该文基于石灰石-石膏法脱硫工艺,试验考察了脱硫塔进口烟气温湿度、空塔气速、液气比、脱硫液温度等操作条件以及脱硫塔类型对脱硫净烟气温湿度的影响。结果表明,空塔气速由2.5 m/s提高至2.9 m/s可使脱硫净烟气相对湿度和绝对湿度分别由88%、82.2 g/kg先急剧降低至52%、57.3 g/kg,随后趋于相对平缓;液气比由5 L/m~3增至20 L/m~3有利于提高脱硫净烟气的相对湿度和绝对湿度,可分别由39%、46.4 g/kg提高至91%、84.3 g/kg,但相对湿度的增幅明显高于绝对湿度增幅;脱硫净烟气的相对湿度、绝对湿度及温度均随脱硫液温度升高而迅速提高,液气比为15 L/m3时,脱硫液温度由25℃升至60℃可使脱硫净烟气相对湿度、绝对湿度、温度分别由54%、25.9 g/kg、42℃提高至85%、98.5 g/kg、56℃,但脱硫液温度升至40℃后,脱硫净烟气的相对湿度趋于平缓;脱硫液温度保持不变时,提高塔进口烟气温度可使脱硫净烟气的绝对湿度和温度先明显增加,随后趋于平缓,而相对湿度随塔进口烟温提高稍有降低;并且不同的脱硫塔型对脱硫净烟气温湿度也有影响,液气比为5 L/m3时,经湍球塔、旋流板塔、喷淋塔脱硫后的净烟气相对湿度分别为90%、91%、44%。该研究结果为湿法烟气脱硫系统的应用提供参考。     

基于CFD的养殖水体固液旋流分离装置数值模拟与验证

为探究旋流分离装置对水产养殖水体的分离效果,采用计算流体力学方法对旋流分离装置内部的流动特性进行数值模拟,得到了不同入口流量、不同入口浓度对固液分离性能的影响,通过试验数据对模拟结果进行了验证。模拟结果表明:随着入口流量的增加,分离装置内部流体速度增大,湍流流动增强,不利于固体颗粒的沉降。当入口浓度增加时,筒内流体运动速度降低,滞留在筒体中的颗粒浓度增加,降低了固液分离效率。入口流量和入口浓度的增加均会导致不同粒度颗粒分离效率下降,且随着颗粒粒度的增大,分离效率下降幅度增大。通过与试验数据相比,模拟误差在10%以内,模拟结果可信。该研究可为旋流分离装置在水产养殖领域的应用提供参考。     

荒漠绿洲过渡带飘尘垂直分布特征及其主要气象影响因素

利用激光尘埃粒子计数器,结合气象梯度自动观测系统,于2014年7月植物生长季获取新疆艾比湖湿地国家级自然保护区东大桥管护站附近7个高度（2,3,6,12,15,21,27 m）上6个粒径段（0.3 μm≤x < 0.5 μm,0.5 μm≤x < 1.0 μm,1.0 μm≤x < 3.0 μm,3.0 μm≤x < 5.0 μm,5.0 μm≤x < 10.0 μm,10.0 μm≤x）飘尘浓度和气象数据,探究了该区域内空气飘尘垂直分布特征与主要气象影响因素。结果表明:研究区飘尘各粒径组分中,0.3 μm≤x < 3.0 μm所占比例最高,累计贡献率高达97.6%。飘尘总浓度（0.3 μm≤x）在7个高度上的分异规律为C_3m > C_6m > C_2m > C_21m > C_27m > C_12m > C_15m,表现出中间低两头高的“哑铃效应”。气象—飘尘回归方程反演的飘尘数据与实测数据呈现显著正相关（p < 0.05）,且与实测日变化趋势基本一致。风速对飘尘浓度有极显著（p < 0.01）的双重作用,风速小于临界值有利于飘尘积累,反之促进飘尘稀释,且正反效应的临界值随高度的增加而降低;相对湿度的增加极显著（p < 0.01）地降低飘尘浓度。     

Studies of the number concentration and size distribution of the suspended dust particles in the atmosphere of Qena/Egypt

Studies of particle number concentration, size, shape and distribution of the dust particles suspended in the atmosphere of Qena (upper Egypt) have been conducted. The results show that the concentration of these particles decreases with increasing size according to the Junge power law size distribution: n(d_p) = C/ln10 (d _p)^?(α+1. The values of the exponent α range from 1.3 to 2. The largest number of particles have sizes less than 2 μm with irregular shape. The effect of some weather conditions on the total number of particles was considered. The total number of particles and effective mean diameters were calculated.     

秸秆炭化热解气旋风分离器-指杆轮两级净化装置研制

为提高秸秆热解气的净化率,防止装置堵塞,该研究设计了旋风分离器与回转指杆轮相结合的两级净化装置,I级旋风分离器主要分离热解气中大粒径杂质,II级指杆轮使小粒径灰尘、焦油等杂质与锥形指杆碰撞、聚集、并在高速回转作用下离心分离,实现热解气高效净化。研究确定了I级净化装置的结构参数,设计了II级净化装置,确定了指杆轮与锥形指杆的参数及排列方式。以指杆轮转速、热解气的进口速度和芯筒入筒体深度为影响因素,以热解气的净化率和压力损失为指标,进行了二次通用旋转组合样机性能试验。利用Design-Expert8.0.6软件对试验数据进行方差和响应面分析,建立了影响因素与指标之间的数学模型,采用多指标优化法确定最优组合并进行了试验验证。试验得到最优组合参数:指杆轮转速为3 030 r/min,进口速度为19.5 m/s,芯筒入筒体深度为210 mm,此时的压力损失为1 971.73 Pa,热解气总净化率为84.2%,达到了净化要求。研究结果可为秸秆热解气净化装置研究提供理论依据。     

有机酸处理条件对玉米秸秆热解特性的影响

酸洗预处理能有效改善K^+对生物质热解的影响,该文利用热重分析仪和裂解-气相色谱质谱联用仪进行了玉米秸秆的热解试验,研究了不同有机酸酸洗浓度(3%、5%和7%)、酸洗温度(25、50和75℃)和酸洗时间(1、2和3 h)对玉米秸秆热解特性的影响。结果表明:酸洗能显著降低玉米秸秆内在K^+的含量;经过不同条件的有机酸洗预处理后,玉米秸秆的TG/DTG(thermogravimetry/differential thermogravimetry)曲线均向高温段移动,最大热解速率随着酸洗浓度和酸洗温度的增加逐渐增大,随着酸洗时间的增加先增大后降低,在酸洗温度为75℃时,最大热解速率达到最大值15.49%/min;与此同时,玉米秸秆热解主要产物为酚类、酮类和呋喃类化合物,酸洗后,其酚类物质产率明显增加,在酸洗浓度为7%时达到最大值16.75%,而酮类和呋喃类化合物产率减少,分别在酸洗时间为1 h和酸洗浓度为7%时达到最小值0.10%和7.13%。酸洗后,焦炭产率减少,在酸洗浓度为3%时达到最小值18.79%。通过研究不同处理条件下有机酸对玉米秸秆热解特性的影响,为生物质预处理中酸溶液的选择提供了参考。     

荒漠环境中电池板表面灰尘颗粒力学模型建立

高海拔荒漠地区电池板表面积灰严重制约着光伏发电效率和光伏组件寿命。该文在分析表面能的基础上,假设接触不变形条件下,依据宏观分子间作用理论分析提出了电池板表面灰尘颗粒粘附受力模型。结合青海共和地区电池板表面灰尘主要成分和粒径组成,给出了灰尘受力参数;计算了灰尘颗粒所受的范德华力、静电力及重力,给出由参数改变引起的灰尘受力的变化规律。结果表明：当灰尘颗粒半径较小时,颗粒与电池板间的主要粘附力为范德华力,当灰尘颗粒半径较大时,重力分量则成为主导粘附力,粘附合力取值范围为10-10～10-8 N;Lifshitz常数和分子间平均间距主要影响的是范德华力;灰尘颗粒总的静电力随灰尘颗粒半径的增大而增大,静电力的取值小于范德华力和重力分量。对灰尘粘附受力大小及其规律的研究,为高海拔荒漠地区光伏除尘提供理论依据。     

生物质无轴螺旋连续热解装置送料器设计及中试

为解决有轴螺旋送料器存在质量大、能耗高、易产生机械干涉等问题,该文设计了送料能力为150 kg/h的生物质无轴螺旋送料器,并以稻壳为原料开展了冷态输送和热解试验。设计的无轴螺旋送料器关键尺寸为:螺旋外径为400 mm、螺旋轴径为80 mm、螺距为200 mm,送料器采用柴油燃烧机和热解气回烧的方式加热,计算出燃烧机需要提供的功率为95.43 k W。稻壳冷态输送试验表明,当送料频率为50 Hz即无轴螺旋的转速为2.03 r/min时,无轴螺旋送料器输送稻壳的送料量为224.3 kg/h150 kg/h,无轴螺旋送料器的实际送料量高于理论计算值。稻壳热解试验表明,当加热腔最高温度为(700±50)℃时,随着热解时间增加,稻壳炭的挥发分质量分数由22.45%减至13.6%,灰分质量分数由29.38%增至33.44%,固定碳质量分数由48.17%增至52.96%。稻壳炭的高位热值随热解时间增加而增加,但在试验范围内增幅不大。热解时间对生物炭品质影响较大,即传热速率是限制大型连续热解反应器处理效率提高的主要因素,因此,在工业化应用的大型热解反应器的设计中,应着重考虑提高热解传热效率的方法。