烘焙预处理及后成型制备高品质生物质固体燃料研究
发布时间：2021-03-04 02:27
生物质作为一种资源储量巨大、环境友好的可再生能源被广泛需求和应用。但是生物质原料存在含水率高、吸湿性强、密度低、氧含量高、热值低、能量密度低、不易储存和运输的缺点,造成了运输成本高、能源化利用率低、产品附加值低等诸多问题。生物质烘焙预处理可以解决含水率高、吸湿性强、氧含量高、热值低和能量密度低等问题,但是烘焙生物质炭仍然存在密度低、不易储存和运输的问题,生物质炭的致密成型可以改善上述问题。此外,烘焙预处理后生物质炭燃烧着火点有所升高,燃烧助剂的添加是解决该缺点的有效手段。因此,为了获得高品质的生物质固体燃料颗粒,本论文通过在无外载气体的半封闭系统中烘焙预处理、在烘焙生物质炭中加入无机盐/木质素添加剂以及调整烘焙生物质炭原料含水率和酶解木质素添加量等方法,提高生物质炭燃料颗粒质量。采用元素分析、TG、XRD、SEM、FTIR、TG-FTIR等试验测试手段,对比研究了半封闭系统和氮气系统烘焙生物质炭的燃料性能、热学特性和生物质炭物理化学结构变化,揭示了烘焙过程的机理,探索了KMnO4、Ba（NO3）2、木质素添加剂对烘焙生物质炭燃烧性能和动力学的影响,获得了优化的烘焙生物质炭燃料颗粒压缩成...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２不同能源化学元素组成分布Ｗ??Ｆｉｇ．?１－２?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｆＵｅｌｓ【９］??
生物质的气化是将含碳的生物质原料经简单的破碎和压制成型后，通Ｗ—小部分??〇２?（氧气的含量是完全燃烧时所需氧气量的３５％）或者稳定的蒸汽、Ｃ〇２等氧化物，使??之转换成可燃性的气体，如Ｈ２、ＣＯ和ＣＨ４等ＰＷ。生物质气化的原理如图１－４所示。气??化过程中，生物质首先分解出焦油和挥发性的碳氨化合物气体，随后与少量的氧气发生??氧化反应，产生的热量使原料干燥，又为之后化学键的打破和气化过程提供动力。其中??发生的化学反应ＰＷＳｌ如下；??ＣｎＨｍＯｐ?＾：〇２＋馬０＋組４＋０）?＋?扫２＋?化?２－Ｃ５）；?Ｑ）??Ｃ?＋?１?／２〇２?——＾ＣＯ：?（２）??Ｃ?牛?Ｃ〇２?——ＫＸ＞２?：?（３）??吨卡１／２〇２——巧２〇；?（４）??Ｃ＋ＨｓＯ——＾ＣＯ?＋?Ｈ２?：?（５）??Ｃ?＋?２吨?０?——＞Ｃ〇２?＋２Ｈ２；?（６）??Ｃ＋ＣＯ２——－２?ＣＯ：?Ｃ７）??Ｃ＋２Ｈ２——＾：馬；?（８）??＃埃?硟梢唬埃保矗??埃??（９）??Ｃ＋ＨｊＯ——＾１／２姐４＋１／２Ｃ０２；?（１０）??其中，（２）、（３）式分别为部分氧化和完全氧化的反应方程式，相应的生成ＣＯ和??－６－??
等ｆ４２巧Ｊ用烘括过程中生物质色彩的Ｌ、ａ、ｂ值（分别代表明度、红色到绿色、黄色到蓝??色）变化，量化了生物质颜色变化与蒸汽爆破烘培预处理强度之间的关系。在赔处理后，??从典型的能量和能量平衡来看（图１－５），７０％的质量存留在固相产物中，而原能量的９０％??保留在了固相产物中，使生物质的热值提高，提高了生物质原料的燃烧性能ＷＩ。??Ｔｏｒｒｅｆａｃｔｉｏｎ??ｇａｓｅｓ??＇＇０．３Ｍ?０．１Ｅ??Ｔｏｒｒｅｆｉｅｄ??Ｂｉｏｍａｓｓ?Ｔｏｒｒｅｆａｃｔｉｏｎ?Ｂｉｏｍａｓｓ???？?２５０－３００?〇Ｃ??？??１Ｍ?ＩＥ?０．７Ｍ?０．９?巨??图１－５典型烘洽过程质量和能量平衡示意图（Ｍ＝ｍａｓｓ，Ｅ＝ｅｎｅ巧ｙ）??Ｆｉｇ．?１－５?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｍａｓｓ?ａｎｄ?ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｌａｎｃｅ?ｏｆ?化打ｅｆａｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?（Ｍ＝ｍａｓｓ，?Ｅ＝ｅｎｅｒｇｙ）【４４］??烘悟预处理过程中，由于热作用时间和温度的不同，木质纤维生物质中的组分也会??发生不同程度的热降解Ｂｅｒｇｍａｎｔ４４１将不同姐分在热作用下发生的变化表示如图１－??６所示，在１２０?ＤＣＷ下，生物质经历了干燥过程，失去水分并产生皱缩，生物质中的孔??－９?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]四种木质栽培原料对黑木耳生长性状的影响[J]. 高金辉,王维俭,张厚良,张兴亚,高云红,刘立波,王洪刚. 森林工程. 2015(01)
[2]生物质固体燃料的成型及其影响因素分析[J]. 张燕,佟达,宋魁彦. 林业机械与木工设备. 2012(04)
[3]生物质能的热化学转化技术[J]. 张燕,佟达,宋魁彦. 森林工程. 2012(02)
[4]生物质燃料固化成型工艺研究[J]. 郝永俊,宋逍,张曙光,刘彦博,王刚,张秀璋. 天津科技. 2011(04)
[5]烘焙对农业秸秆燃烧特性的影响[J]. 朱波,陈汉平,杨海平,陈应泉,王贤华,张世红. 中国电机工程学报. 2011(23)
[6]Influence of torrefaction pretreatment on biomass gasification technology[J]. CHEN Qing,ZHOU JinSong,LIU BingJun,MEI QinFeng & LUO ZhongYang State Key Laboratory of Clean Energy Utilization,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China. Chinese Science Bulletin. 2011(14)
[7]Pretreatment of biomass by torrefaction[J]. WANG GuiJun,LUO YongHao,DENG Jian,KUANG JiangHong & ZHANG YunLiang School of Mechanical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China. Chinese Science Bulletin. 2011(14)
[8]生物质炭粉成型工艺及燃烧性能[J]. 刘石彩,边轶,童娅娟,蒋剑春. 生物质化学工程. 2011(01)
[9]生物质燃料的燃烧过程及其焚烧灰特性研究[J]. 蒋正武. 材料导报. 2010(04)
[10]燃煤助燃添加剂的研究现状[J]. 杨艳华,邓能运,张生芹,朱光俊,梁中渝. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2009(03)
博士论文
[1]生物质热化学转化行为特性和工程化研究[D]. 蒋剑春.中国林业科学研究院 2003
硕士论文
[1]烘焙生物质疏水性能及热解特性研究[D]. 郝宏蒙.华中科技大学 2013
[2]典型生物质燃烧特性研究[D]. 方向.北京交通大学 2011
[3]黑木耳代料栽培替代基质开发及菇床废料资源化利用[D]. 王秋灵.浙江大学 2011
[4]用于混合气化的生物质烘焙预处理的实验研究[D]. 王贵军.上海交通大学 2010
[5]生物质致密成型燃料微观结构分析及其燃烧机理研究[D]. 苏超杰.河南农业大学 2007
[6]生物质燃料常温高压致密成型技术及成型机理研究[D]. 回彩娟.北京林业大学 2006
[7]蜂窝状生物质燃料及其生产设备的研制[D]. 陈学军.河南农业大学 2002
本文编号：3062396
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２不同能源化学元素组成分布Ｗ??Ｆｉｇ．?１－２?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｆＵｅｌｓ【９］??
生物质的气化是将含碳的生物质原料经简单的破碎和压制成型后，通Ｗ—小部分??〇２?（氧气的含量是完全燃烧时所需氧气量的３５％）或者稳定的蒸汽、Ｃ〇２等氧化物，使??之转换成可燃性的气体，如Ｈ２、ＣＯ和ＣＨ４等ＰＷ。生物质气化的原理如图１－４所示。气??化过程中，生物质首先分解出焦油和挥发性的碳氨化合物气体，随后与少量的氧气发生??氧化反应，产生的热量使原料干燥，又为之后化学键的打破和气化过程提供动力。其中??发生的化学反应ＰＷＳｌ如下；??ＣｎＨｍＯｐ?＾：〇２＋馬０＋組４＋０）?＋?扫２＋?化?２－Ｃ５）；?Ｑ）??Ｃ?＋?１?／２〇２?——＾ＣＯ：?（２）??Ｃ?牛?Ｃ〇２?——ＫＸ＞２?：?（３）??吨卡１／２〇２——巧２〇；?（４）??Ｃ＋ＨｓＯ——＾ＣＯ?＋?Ｈ２?：?（５）??Ｃ?＋?２吨?０?——＞Ｃ〇２?＋２Ｈ２；?（６）??Ｃ＋ＣＯ２——－２?ＣＯ：?Ｃ７）??Ｃ＋２Ｈ２——＾：馬；?（８）??＃埃?硟梢唬埃保矗??埃??（９）??Ｃ＋ＨｊＯ——＾１／２姐４＋１／２Ｃ０２；?（１０）??其中，（２）、（３）式分别为部分氧化和完全氧化的反应方程式，相应的生成ＣＯ和??－６－??
等ｆ４２巧Ｊ用烘括过程中生物质色彩的Ｌ、ａ、ｂ值（分别代表明度、红色到绿色、黄色到蓝??色）变化，量化了生物质颜色变化与蒸汽爆破烘培预处理强度之间的关系。在赔处理后，??从典型的能量和能量平衡来看（图１－５），７０％的质量存留在固相产物中，而原能量的９０％??保留在了固相产物中，使生物质的热值提高，提高了生物质原料的燃烧性能ＷＩ。??Ｔｏｒｒｅｆａｃｔｉｏｎ??ｇａｓｅｓ??＇＇０．３Ｍ?０．１Ｅ??Ｔｏｒｒｅｆｉｅｄ??Ｂｉｏｍａｓｓ?Ｔｏｒｒｅｆａｃｔｉｏｎ?Ｂｉｏｍａｓｓ???？?２５０－３００?〇Ｃ??？??１Ｍ?ＩＥ?０．７Ｍ?０．９?巨??图１－５典型烘洽过程质量和能量平衡示意图（Ｍ＝ｍａｓｓ，Ｅ＝ｅｎｅ巧ｙ）??Ｆｉｇ．?１－５?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｍａｓｓ?ａｎｄ?ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｌａｎｃｅ?ｏｆ?化打ｅｆａｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?（Ｍ＝ｍａｓｓ，?Ｅ＝ｅｎｅｒｇｙ）【４４］??烘悟预处理过程中，由于热作用时间和温度的不同，木质纤维生物质中的组分也会??发生不同程度的热降解Ｂｅｒｇｍａｎｔ４４１将不同姐分在热作用下发生的变化表示如图１－??６所示，在１２０?ＤＣＷ下，生物质经历了干燥过程，失去水分并产生皱缩，生物质中的孔??－９?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]四种木质栽培原料对黑木耳生长性状的影响[J]. 高金辉,王维俭,张厚良,张兴亚,高云红,刘立波,王洪刚. 森林工程. 2015(01)
[2]生物质固体燃料的成型及其影响因素分析[J]. 张燕,佟达,宋魁彦. 林业机械与木工设备. 2012(04)
[3]生物质能的热化学转化技术[J]. 张燕,佟达,宋魁彦. 森林工程. 2012(02)
[4]生物质燃料固化成型工艺研究[J]. 郝永俊,宋逍,张曙光,刘彦博,王刚,张秀璋. 天津科技. 2011(04)
[5]烘焙对农业秸秆燃烧特性的影响[J]. 朱波,陈汉平,杨海平,陈应泉,王贤华,张世红. 中国电机工程学报. 2011(23)
[6]Influence of torrefaction pretreatment on biomass gasification technology[J]. CHEN Qing,ZHOU JinSong,LIU BingJun,MEI QinFeng & LUO ZhongYang State Key Laboratory of Clean Energy Utilization,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China. Chinese Science Bulletin. 2011(14)
[7]Pretreatment of biomass by torrefaction[J]. WANG GuiJun,LUO YongHao,DENG Jian,KUANG JiangHong & ZHANG YunLiang School of Mechanical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China. Chinese Science Bulletin. 2011(14)
[8]生物质炭粉成型工艺及燃烧性能[J]. 刘石彩,边轶,童娅娟,蒋剑春. 生物质化学工程. 2011(01)
[9]生物质燃料的燃烧过程及其焚烧灰特性研究[J]. 蒋正武. 材料导报. 2010(04)
[10]燃煤助燃添加剂的研究现状[J]. 杨艳华,邓能运,张生芹,朱光俊,梁中渝. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2009(03)
博士论文
[1]生物质热化学转化行为特性和工程化研究[D]. 蒋剑春.中国林业科学研究院 2003
硕士论文
[1]烘焙生物质疏水性能及热解特性研究[D]. 郝宏蒙.华中科技大学 2013
[2]典型生物质燃烧特性研究[D]. 方向.北京交通大学 2011
[3]黑木耳代料栽培替代基质开发及菇床废料资源化利用[D]. 王秋灵.浙江大学 2011
[4]用于混合气化的生物质烘焙预处理的实验研究[D]. 王贵军.上海交通大学 2010
[5]生物质致密成型燃料微观结构分析及其燃烧机理研究[D]. 苏超杰.河南农业大学 2007
[6]生物质燃料常温高压致密成型技术及成型机理研究[D]. 回彩娟.北京林业大学 2006
[7]蜂窝状生物质燃料及其生产设备的研制[D]. 陈学军.河南农业大学 2002
本文编号：3062396
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