农林生物质原料及炭成型燃料性能检测研究

发布时间：2020-05-27 11:05

【摘要】：生物质炭成型燃料具有加工成本较低、便于储存和运输、燃烧性能好、热效率高、燃烧无烟等优点。因此,对生物质炭化及其成型燃料品质特性的研究,对保护生态环境和森林资源以及开发利用高品质生物质炭新能源,均具有十分重要的现实意义。其中,工业分析组分与热值是衡量生物质燃料品质的重要指标。常规的化学分析方法步骤繁琐、工作量大,需要熟练的操作人员,且不能满足在线分析的要求。因此,工业上迫切需要能对生物质原料的组分和热值含量进行快速测定的方法和检测设备。以松木、杉木和棉杆三种常见农林生物质为研究对象,以工业分析值为参比,利用光谱技术结合化学计量学建模方法,建立快速测定生物质原料水分、挥发分、灰分、固定碳含量以及热值的数学预测模型。在此基础上研究其较佳的生物质炭化工艺条件,分析了原料种类、不同装载量和最高炭化温度等工艺参数变化对生物质炭的挥发分、灰分、固定碳含量和热值等热工特性指标以及炭化产率和能量得率的影响。主要研究内容和结论如下： (1)基于光谱技术的农林生物质原料组分和热值的快速检测应用可见-近红外光谱建模方法对松木、杉木和棉杆三种农林废弃物生物质原料组分和热值进行了测定。相比原始光谱,一阶导数光谱PLS模型不仅精度显著提高,而且PLS模型潜变量个数较少,模型比较简单。灰分、挥发分和水分测试精度较高,达到实用水平。固定碳和热值测试精度一般,但仍可用于生物质原料分类。 (2)温度与装载量对生物质炭化及其产物性能的影响用马弗炉与自制炭化装置对松木、杉木和棉杆三种生物质原料进行炭化试验,研究炭化温度与装载量对生物质炭化后的挥发分、灰分、固定碳含量和热值等理化性能指标以及炭化产率和能量得率进行分析研究。结果发现在300～600℃温度范围内的炭化过程是逐步热解释放挥发分的过程,且在此基础上,每项热工特性参数值都随炭化温度的变化而发生改变。随温度升高,炭化质量不断提高,500-C时三种生物质炭产物的发热量分别高达28.629MJ/kg、27.900MJ/kg和26.368MJ/kg,炭化程度达到高热值煤的标准。随温度升高炭化产率和能量产率均随之下降,在实验室条件下,原料装载量增大,不仅能显著提升炭化产物的品质指标,同时也能增加能量得率。 (3)木薯淀粉胶及木质素添加剂对生物质炭成型燃料力学性能的影响通过改变胶粘剂中淀粉含量、温度和剪切速率等条件,探讨了这些因素对木薯淀粉的流变学特性的影响。化学改性木薯淀粉的黏度随着温度的升高而增加,随着剪切速率的增加,剪切应力随之增大而黏度随之减小,呈现了假塑性流体剪切变稀的现象。炭成型块的抗压强度或抗跌碎强度随胶粘剂含量的增大而增大,且两者呈现了很好的线性关系。松木炭和棉杆炭成型块中的施胶量以27.5%(淀粉质量分数5.0%)较佳,杉木炭成型块的施胶量则以30%(淀粉质量分数5.6%)为较佳。木质素衍生物对松木、杉木以及棉杆炭成型块的径向抗压热强度和抗跌碎热强度均有不同程度的提高,尤其以松木炭成型块最为明显,径向抗压热强度提高将近56kPa,剩余质量百分比和最大块质量百分比分别由71.8%和68.8%提高到了96.5%和88.1%。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK6

【参考文献】