Jiao Zhenwei 1, Zhao Wuzi 2Wang Hanping 1Su Junlin1
(1. Departamento de Ingeniería Térmica, Universidad de Jilin, Changchun 130025, China, 2. 93279, Ejército Popular de Liberación del PLA, 118000, Liaoning, China)
Resumen: A partir de los dos índices característicos clave de la fusión de cenizas y del valor calorífico del combustible de biomasa, se utilizaron el tallo de maíz y la cáscara de arroz como principales materias primas y se realizó la optimización del diseño y análisis para encontrar la optimización del combustible mixto de pellets de biomasa La temperatura de ablandamiento ST> 1400 ℃ de las partículas de biomasa mezcladas fue mejorada y el problema de escorias de la paja de maíz fue resuelto de manera efectiva.El análisis termogravimétrico y el mecanismo de combustión y las características cinéticas de las partículas de biomasa mixta fueron analizados. Las partículas de la biomasa tienen las características de la ignición fácil y de la pirólisis del solo pico, y el funcionamiento de la combustión es bueno. Este estudio proporciona la dirección para mejorar el funcionamiento de la combustión del combustible de la biomasa del solo componente y promover el uso de energía de la biomasa.
0 Introducción
En la actualidad, muchos países desarrollarán y utilizarán las energías renovables como parte importante de la estrategia energética y la biomasa como almacenamiento de energía renovable ha suscitado una gran preocupación en todo el mundo.
La biomasa es rica en recursos, representando alrededor del 14% del consumo total de energía del mundo[1]~ [3]Es una manera importante de utilizar la biomasa como combustible de alto grado para la compresión y el curado de la biomasa, y desde la década de 1930 muchos países desarrollados (como Estados Unidos, Japón, Finlandia y Dinamarca) han invertido mucha mano de obra, Material de investigación La tecnología de moldeo de biomasa y combustible de pellets, a finales de los años 80, la tecnología madura, formando una cierta escala [4], [5]China tiene poca investigación sobre la teoría y la aplicación de la combustión de combustible de pellets de biomasa debido a su inicio tardío [6], El progreso tecnológico es lento.No está claro que el mecanismo de reacción física y química en el proceso de combustión de partículas sólidas de biomasa no está claro, la razón de la escoria aún debe ser analizado más a fondo.Liu Shengyong piensa que la diferencia de porosidad maíz El aire contenido en los huecos del propio combustible de formación de paja tiene cierto efecto sobre la combustión.Los resultados experimentales muestran que el combustible formador de tallos de maíz tiene un buen rendimiento de moldeo por compresión y rendimiento de combustión bajo la presión de 10 ~ 20 MPa[7], [8].
Ma Youqin Se analizaron los elementos químicos de los sedimentos y cenizas durante el proceso de combustión de la paja y se consideró que los compuestos de metales alcalinos en la ceniza 2La reacción para producir el bajo punto de fusión del eutéctico, la fusión del flujo eutéctico, la unión para formar la escoria, propuso el uso de aditivos para cambiar la formación del proceso químico gris, la biomasa y otros combustibles (carbón) Diseño de calderas y otros métodos de investigación[9].
He hecho la investigación de biogás, la combustión de briquetas de biomasa es mejor rendimiento [10]En nuestra aplicación práctica, encontramos que los tallos de maíz mezclados con polvo de cáscara de arroz en el proceso de combustión de la tendencia de coque es pequeño. Mientras que el fabricante de granos de paja es para absorber el proceso de extrusión de paja en la extrusión de agua en el material mezclado con algunos de molienda Arroz producido por el subproducto de la cáscara de arroz en polvo.Para esta mezcla de partículas de biomasa en el proceso de combustión de anti-coque y las características de combustión y no llevar a cabo una comprensión en profundidad de este fenómeno que llevó a cabo un estudio piloto.
Diseño y Estudio Experimental sobre Combustible de Gránulos de Biomasa Mixta
En la actualidad, el combustible sólido de biomasa tiene partículas de paja, barras de cáscara de arroz, partículas de madera, etc., en su mayoría componentes individuales.La proporción total de partículas de tallo de maíz es mayor y las partículas de paja de maíz son fáciles de coque en el proceso de combustión. Se utilizó el polvo de corteza de arroz que no fue fácil de coquear y las virutas de madera se mezclaron en el polvo de paja para llevar a cabo el estudio experimental sobre las partículas mezcladas con diferentes proporciones de composición bajo diferentes condiciones de moldeo.
Seleccione el tallo de maíz, polvo de cáscara de arroz, la razón serrín para el estudio, porque el rastrojo de maíz dió una mayor proporción del total de residuos de materia prima, y los problemas de coquización han dificultado su aplicación; arroz es el alimento básico en la dieta de los residentes, sus subproductos montones de molino de arroz cáscara de arroz en polvo, molino de arroz cosas llegar a ser difícil de manejar. serrín tiene buenas propiedades de combustión. Changsha adoptar tres industria alemana Co., Ltd. de SDACM- 3000 calorímetro automático, SDTGA- análisis de la industria de vehículos 2000 dispositivo de fusión de la ceniza SDAF2000d y probador automático para el rastrojo de maíz, casco polvo de arroz, virutas de madera valor calorífico, el análisis industrial, ensayo de fusión de ceniza (prueba tanto atmósfera oxidante), los datos mostrados en la tabla 1.
Tome este rastrojo de maíz de prueba y cáscaras de arroz composición de polvo, la temperatura de moldeo, una presión de moldeo de 3 factores; factor que tiene cada nivel 3, el valor mostrado en la Tabla 2. El análisis, rastrojo de maíz y el valor de virutas de madera calorífico más alto que la temperatura de reblandecimiento de baja, y cerca del valor, menos astillas de madera de ceniza, la relación de serrín de la cantidad de aumento de los costos múltiple, grande; cascarilla de arroz valor relativamente bajo poder calorífico, de alta temperatura de reblandecimiento, fácil formación de escoria, paja de arroz y el calor cáscara de maíz El valor y la fusión de la ceniza son complementarios.
El protocolo de prueba ortogonal fue diseñado para probar la densidad y la calidad de apariencia, la fusión de ceniza y las características de escoriación de cada prueba, y el valor ponderado se tomó como la función objetivo.Siga NY / T1880-2010 "Biomasa sólida Preparación del método de preparación de la muestra de combustible "Preparación de muestras, siga NY / T1881.7-2010" Biomasa método de prueba de combustible de moldeo sólido "Parte 7: Densidad, prueba de la densidad de muestras, de acuerdo con GB GB / T219-1996" carbón Método de fusión de la determinación de la ceniza de fusión de la muestra, la combustión de combustible en el estado de la caldera es más complejo, la distribución de la temperatura de la caldera de temperatura es diferente de la distribución de oxígeno no es uniforme, la mayoría de la atmósfera de oxidación de la combustión, En el tester automático de fusión de cenizas SDAF2000d, el sistema de adquisición de imágenes y el sistema de control de temperatura del instrumento se utilizan para simular la atmósfera oxidante y la atmósfera reductora débil de la combustión real de la caldera.La muestra se calienta a 1200. En este documento, Los resultados muestran que la escoria de las partículas de biomasa tiene una gran correlación con la fusión de la ceniza, y la temperatura de reblandecimiento es alta y la tendencia a la escoria es pequeña. A través de la función objetivo (2, 2, 2) es el mejor, es decir, el 75% tallos de maíz: 25% componentes de cáscara de arroz, la presión de moldeo es 32MPa, la temperatura de moldeo es de 180 ℃, las mejores partículas. Temperatura> 1400 ℃, las características de la escoria de coque y carbón bituminoso común similar al valor calorífico de 15053.87kJ / kg, superior a las ventas actuales del mercado de valor calorífico del carbón.
Estudio Experimental sobre Características de Combustión de Partículas Mixtas
Muchas personas en el estudio de las características de combustión de la biomasa de combustibles sólidos, basado en el uso de los requisitos del equipo de análisis termogravimétrico, el combustible sólido y luego aplastado en polvo, tomar su calidad alrededor de 10 mg para hacer la prueba termogravimétrica. Se considera que las partículas sólidas son pulverizadas y son diferentes del proceso de volatilización de las partículas enteras El proceso de contacto con las moléculas de oxígeno en el proceso de combustión es diferente [8]Por lo tanto, la curva termogravimétrica resultante es diferente y las características de combustión son diferentes.
Las características de combustión de las partículas de biomasa mezcladas '11' se llevaron a cabo en un lecho de ensayo termogravimétrico autodesarrollado.Las partículas de ensayo eran similares en forma, tamaño y peso a los tallos de maíz vendidos en el mercado actual. Las muestras no se pulverizaron, la calidad de las muestras fue grande y las muestras se mantuvieron en uso práctico, de manera que hubo un factor de moldeo en la pirólisis y combustión de las muestras.
La prueba termogravimétrica se llevó a cabo bajo una atmósfera oxidante a una velocidad de calentamiento de β = 10 ° C / min. Las muestras de ensayo se calentaron, acompañadas de precipitación con agua y fraccionamiento volátil, y con el progreso de la reacción de combustión La calidad de la muestra y la temperatura del área de muestra se sincronizan con el ordenador para la grabación y visualización, se miden una vez cada 1 s y se representan gráficamente con las curvas TG y DTG, que se muestran en la Figura 2, Figura 3 y Tabla 3.
Tmax es la máxima temperatura final, ℃, Tb la temperatura de todo el proceso (℃), Tc es la temperatura máxima, ℃, Tmax es la temperatura máxima de pérdida de temperatura, ℃, TV es la volatilización de la pirólisis, la temperatura final de la combustión, (Dm / dt) max es la tasa de pérdida de peso máxima de volátiles,% / min.
Para facilitar el análisis, los datos de la prueba termogravimétrica para partículas de tallo de maíz en el mismo banco de pruebas termogravimétrico se citaron en el gráfico [12]Las condiciones de moldeo son consistentes. A medida que el combustible granular en la forma de la humedad aparente se ha evaporado, el agua interna con la temperatura aumenta lentamente la precipitación, por lo que la curva TG y la curva DTG no aparecen como el pico de evaporación del agua.
En la Tabla 1 se puede ver que el contenido de carbono en las partículas de biomasa es muy pequeño, solo del 1,49% al 2,52%, los volátiles son precipitados y quemados de manera que las partículas de carbono están en contacto total con el oxígeno del aire y consiguen el calor. Por lo tanto, la curva TG y la curva DTG no aparecen como el pico de la combustión de carbono, la curva de TG de combustible de partículas de biomasa y la curva DTG es un solo pico.
Los datos experimentales de la Tabla 3 y Fig. 2 y Fig. 3 muestran que la pirólisis volátiles y la pérdida de peso de la combustión de las partículas de biomasa mixtas son más altas que las partículas de tallos de maíz, el pico de pérdida de peso de combustión se desplaza a la derecha, La altura del pico se reduce en aproximadamente el 50% y el rango de temperatura de la combustión se incrementa en aproximadamente el 300% Este resultado muestra que las partículas del tallo del maíz volatilizan la temperatura más baja y se evaporan inmediatamente cuando los volátiles se descomponen, La temperatura de combustión de las partículas de biomasa mezclada es mayor que la de las partículas de paja de maíz, la temperatura es 27 ° C mayor que la de la paja de maíz, la velocidad de combustión de la biomasa volátil es también más rápida que antes de la máxima. El rango de temperatura continua es amplio, en el 260 ~ 426 ℃.
Análisis del Mecanismo de Combustión y Características Cinéticas de las Partículas de Biomasa Mixtas
La cinética de la reacción de combustión es una rama de la reacción química y también sigue la fórmula clásica de la reacción química - la fórmula de Arrhenius[13]~ [15]:
Visto desde los resultados de los parámetros cinéticos, en una región de baja temperatura, la biomasa mezclado partículas de energía de activación de la pirólisis, la combustión de pirólisis que las partículas de paja de maíz, la combustión de alta energía de activación, que se mezcla con las partículas de biomasa análisis volátil y la temperatura de ignición La energía de activación de las partículas mixtas de biomasa es también mayor que la de las partículas de paja de maíz. Se concluye que las partículas de biomasa mixtas están compuestas de 25% de cáscara de arroz y la biomasa de las partículas mixtas de biomasa es mayor que la del tallo de maíz. El contenido de carbono fijo y cenizas en las partículas de biomasa mezclada aumentó a 8,63%, lo que fue el doble del contenido fijo de carbono y cenizas (4,47%) del tallo de maíz puro.
4 Conclusión
(1) El experimento demostró que el 25% de la cáscara de arroz en polvo se mezcló con la paja de maíz, y el comportamiento de las partículas de biomasa mixtas se modificó y la temperatura de reblandecimiento de las cenizas aumentó a 1400 ° C. Para mejorar el comportamiento anti-coque de los combustibles de partículas de biomasa, no se limita al método de utilizar sólo aditivos.En este estudio, proponemos un método híbrido de residuos de biomasa para resolver el problema de escorias de paja de maíz.
(2) Las curvas TG y las curvas DTG de las partıculas de biomasa mixtas muestran que la temperatura de las partıculas de biomasa mixtas es relativamente baja, que es 27 ° C mayor que la de las partıculas de paja de maız, La temperatura de pirólisis y combustión de la fracción pre-volátil es relativamente rápida, lo que es muy favorable para el encendido del combustible El pico de la curva DTG de las partículas de biomasa mezclada no tiene el pico de la curva DTG de la paja de maíz Casi el 50%, y la combustión para mantener el rango de temperatura aumenta, el análisis volátil, la velocidad de difusión ralentizada, es propicio para el suministro de aire secundario y material combustible totalmente mezclado, mientras que la temperatura del horno aumenta, Conducive a la combustión llena del coque.
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