烘焙生物质燃烧、热解特性研究

发布时间：2020-10-15 03:01

　　 生物质烘焙预处理技术是改善生物质燃料特性的一种手段,有着广阔的前景。烘焙生物质具有低水分、高热值、疏水性强、可研磨性强等显著优点,因此已得到学界和业界的广泛关注。但是关于烘焙生物质高温火焰下的燃烧特点,以及与燃烧密切相关的热解成焦特性仍然鲜有研究涉及。本文着眼于生物质高温火焰燃烧特性,以及烘焙对热解成焦、产油的影响,旨在加深对烘焙生物质高温热转化的理解。本文首先通过单颗粒燃烧反应器研究了烘焙预处理对荷木颗粒在高温火焰下的燃烧特性的影响。实验发现烘焙后的木颗粒挥发分燃烧时间变短,而焦燃烧时间变长。烘焙预处理显著促进了更多的焦生成,使燃烧时间变长燃烧时间与焦颗粒的质量和尺寸的关系可以用固体颗粒的扩散控制反应模型进行很好的描述。另外,发现钾离子的存在也会促进了更多焦的生成,但钾离子同时催化了焦的氧化反应,提高了焦的反应性,总体上缩短了焦的燃烧时间。焦是生物质燃烧过程的重要中间产物,对燃烧过程有决定性的影响,本文通过分步热解的手段研究了烘焙对生物质高温热解产焦的影响。研究发现烘焙预处理会提高荷木焦产率的同时,降低焦在热重分析仪中的氧化反应性。不过,上述作用也很大程度上取决于热解步骤的加热速率。本文还更进一步研究了烘焙对生物质三种主要组分的成焦作用。研究结果显示,烘焙预处理对纤维素、木聚糖、木质素三种模型化合物均有显著的焦产率提升作用,但作用的机理不同。此外,烘焙显著削弱了纤维素和木质素的焦反应性,但对木聚糖焦反应性的影响则可以忽略。最后,本文还对比了干烘焙和湿烘焙两种重要生物质热处理方法对生物质热解气相产物的影响。结果表明,湿烘焙后的生物质挥发分含量更高,而干烘焙后挥发分含量则显著降低。另外Py-GC/MS分析发现,尽管两种烘焙方法对油产物分布的影响有一定差异,但由于酸类和含氮杂环类物质的减少,整体而言生物质的热解油质量都有所提升。综上所述,本文对烘焙生物质的燃烧和热解特性作了大量有意义的基础研究,首次发现烘焙预处理对荷木和纤维素、木聚糖、木质素等三种模型化合物的焦产率和焦反应特性起作用必须符合一定的热解温度和加热速率的要求,加深了烘焙对热解焦形成过程作用的理解。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

第 1 章 绪论质烘焙是指在 200-300℃下对生物质进行 0.5-2 小时的轻度热解[11]，从而料性质得以改善的技术。一般而言，烘焙生物质保留了原来 90%的能量，及质量，因而能量密度得以明显提升[12,13]。另外，由于生物质在烘焙过程中了全部的水分，并且令包括羟基在内的大量亲水性基团分解，既干燥了生物降低了生物质的吸湿能力[14]，大幅改善了生物质燃料的储存和燃烧性能。以外，由于烘焙过程中生物质原生的纤维结构被破坏，纤维韧性显著下降碎性大幅提升[15,16]。该特点使生物质更适应于高效粉末炉和与煤混燃掺烧

图 1-2 生物质组分在不同烘焙温度下的失重率和发生的反应[44]。但有关生物质的主要组分烘焙后的热解特性研究还比较缺乏。近两年，浙江的王树荣等人陆续开展了烘焙对白皮松[37]、半纤维素[45]和纤维素[46]热解特响的研究，以焦产率来说，热重分析仪热解得到的生物质及主要成分烘焙后对焦产率都升高，而绝对焦产率基本不变，也不受烘焙温度升高的影响。他一步使用固态 13C 核磁共振技术[46,37]、二维红外相关光谱[45]对烘焙生物质

图 2-1 单颗粒燃烧反应器特性实验在一 SPR 反应器上进行，其结构详见为燃料，使样品暴露在高温 H2火焰下燃烧。反应保护管，其作用在于在进样的短时间内隔离样.3 mm 的钨丝穿上，固定在另一根可活动的陶瓷制样品进出。待进样后，迅速抽离保护管，则反火、挥发分燃烧（脱挥发分），以及焦燃烬过程像机(Allied Vision Technologies stingray F-033)记多相关操作可参见早前的研究[57,58]。
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 修木;;全世界颗粒燃料产量增长[J];国际木业;2015年11期

2 方升佐;关于加速发展我国生物质能源的思考[J];北京林业管理干部学院学报;2005年02期

本文编号：2841592