Zhu Yanyan 1Zhang Linhua 1,2,3, Cui Yongzhang 1,2,3, Li Kai 1, Lvwen Chao4
(1.College of Thermal Engineering, Shandong University of Architecture, Jinan 250101, Chine; 2. Laboratoire clé de la technologie de l'édification et de l'utilisation des énergies renouvelables, Ministère de l'éducation, Shandong University of Architecture, Shandong 250101, Chine; 3. Shandong Construction University Laboratoire, Jinan 250101, Chine; 4. École d'ingénierie environnementale et municipale, Université Xi'an d'architecture et de technologie, Xi'an 710055, Chine)
Résumé: La combustion enrichie en oxygène est une méthode importante pour résoudre le problème de la basse température de combustion directe de l'énergie de la biomasse. Le document étudie les caractéristiques de combustion du maïs, de la tige de coton et des copeaux de bois par analyse thermogravimétrique respectivement. En analysant les effets de TG- Les courbes de DTG ont été utilisées pour étudier l'effet de l'enrichissement en oxygène sur les caractéristiques de combustion de trois granules de biomasse typiques. Les résultats ont montré que la température de combustion des trois granulés de biomasse a été réduite de près de 100 ℃ et que les précipitations maximales Le taux de combustion est plus élevé que celui de l'air, et l'augmentation de l'indice de combustion du carburant est la plus élevée, et l'augmentation de la tige de maïs est la plus forte.
0 Introduction
La biomasse représente 14% de la consommation d'énergie primaire au monde, avec les avantages des émissions de CO2 propres et renouvelables et quasi nulles. Le secteur de l'énergie biomasse de la Chine est vaste et riche en ressources, les ressources biologiques annuelles totales peuvent être converties en 650 millions de tonnes de charbon standard. À l'heure actuelle, l'énergie de la biomasse est principalement utilisée pour fournir de l'énergie aux résidents avec une combustion directe. Ce type de méthode de combustion présente les avantages d'un fonctionnement simple, pratique et peu coûteux, mais l'efficacité d'utilisation est très faible, ce qui provoque des déchets énergétiques très graves et une pollution environnementale. En outre, la température de la flamme de combustion des combustibles formant biomasse n'est généralement pas supérieure à 1000%. Si le problème de la basse température de combustion directe de la biomasse peut être résolu, il peut être largement utilisé dans le domaine de l'énergie industrielle. La combustion enrichie en oxygène peut considérablement améliorer la température de combustion directe de la biomasse, Est une méthode importante pour résoudre le problème de la faible température de combustion directe de l'énergie de la biomasse.
Au cours des dernières années, la combustion enrichie en oxygène a été développée à la maison et à l'étranger. De nombreux pays développés ont investi beaucoup de main-d'œuvre et de ressources pour étudier la technologie riche en oxygène, en particulier au Japon, dans le gaz, le pétrole et le charbon Test d'enrichissement en oxygène, les conclusions suivantes: 23% de la combustion riche en oxygène peut économiser de 10% à 25%, avec une combustion riche en oxygène de 25% peut économiser de 20% à 40%, avec une combustion à plus de 27% d'oxygène Les économies d'énergie atteignent 30% à 50%, etc. Luo Siyi analyse les caractéristiques de combustion enrichies en oxygène du micro-carburant de biomasse et pense que l'enrichissement en oxygène peut améliorer les caractéristiques de combustion du combustible micronique de biomasse et souligne que lorsque le taux d'enrichissement en oxygène est de 40% Jusqu'à 1600 ° C. Le combustible de granulés de biomasse après haute pression, la texture est relativement dense, la zone de combustion et de contact d'air est faible, de sorte que ses caractéristiques d'allumage et de combustion et de biomasse à micron sont une grande différence. La méthode est la méthode la plus traditionnelle pour juger les performances de combustion des combustibles de biomasse. Cette méthode est simple, mais elle ne peut pas montrer le niveau de température, le taux de précipitation maximal et la condition de perte de poids de biomasse de différents volatils de carburant de biomasse. Par conséquent, L'analyseur thermogravimétrique Q50 produit par TA Company a permis de tester trois combustibles particulaires de biomasse typiques. Les courbes TG-DTG de trois types de carburants ont été utilisées pour analyser les substances volatiles de l'enrichissement en oxygène. L'indice caractéristique et la stabilité de la combustion Indice discriminant et indice de caractéristique de combustion, qui peut fournir une base théorique pour la sélection de la matière première de particules de biomasse et la conception d'un brûleur à biomasse à grande échelle. Il a également une signification pratique importante pour améliorer la structure énergétique de la Chine, protéger l'environnement et promouvoir le développement économique rural.
1 Détermination des caractéristiques de combustion des particules de biomasse
1.1 analyse volatile des caractéristiques de l'indice
1.2 Détermination de l'indice de stabilité de la combustion
L'indice discriminant de la stabilité de la combustion caractérise la stabilité du combustible à granulés de la biomasse, avec du carbone pur comme référence pour l'essai
1,3 indice des caractéristiques de combustion
2 Appareil et méthode expérimentale
2.1 dispositif expérimental
Dans cette expérience, l'analyseur thermogravimétrique Q50 produit par TA est composé de système de gaz de purge, de balance thermique, de corps de four, de contrôle de température et de système de mesure. Système de purge de gaz Dans le four de chauffage, une partie du gaz de purge Après le contrôle numérique du débit massique après le niveau d'écoulement à travers l'échantillon, l'autre partie du gaz de protection, le gaz à travers la salle de balance et le gaz de purge horizontal combiné à la sortie du côté du four; équilibre thermique placé dans la salle de balance, fournissant une température ambiante de 1000 ℃ Le four est un élément clé de l'analyseur thermogravimétrique et peut être contrôlé par la température de la manière la plus rapide et la plus précise à une température de 1000 ° C; le contrôleur de débit massique numérique utilise un gaz automatique Le dispositif de commutation, non seulement peut améliorer efficacement la stabilité des données, mais aussi pour le gaz inerte et l'atmosphère oxydante entre la commutation rapide.
2.2 Méthodes expérimentales
Afin d'analyser les caractéristiques de combustion dans les conditions enrichies en oxygène du combustible à granulés de biomasse, une analyse thermogravimétrique Q50 a été utilisée pour effectuer diverses expériences sur la paille de maïs, la tige de coton et la sciure de bois. Le taux de combustion était de 20 ℃ / min et le débit du gaz porteur était de 60 ml / min sous les conditions de 40% d'O2, de 21% d'O2, de 14% d'O2 et de pyrolyse. Le grain de maïs, la tige de coton et la sciure de bois Et 20% et 60 mL / min, 20% min dans les cinq conditions de l'expérience thermogravimétrique, puis analyse des conditions enrichies en oxygène sur les trois types d'analyse volatile de la paille de l'indice caractéristique Rh, stabilité de combustion de l'index indice Rw caractéristiques de combustion indice P1.
3 Résultats expérimentaux et analyse
Effets des conditions enrichies en oxygène sur les caractéristiques perdues des granulés de biomasse
3.1.1 courbe de maïs TG-DTG courbe
Comme on peut le voir d'après la figure 1, la courbe de référence 21% courbes O2 TG et DTG peut être divisé en trois phases: la première phase est précipité phase aqueuse, la plage de température est de 20 ~ 220 ℃ quatre courbes sont essentiellement les mêmes, que l'oxygène. Le changement de concentration a peu d'effet sur le processus d'analyse de l'eau des tiges de maïs; la deuxième étape est le stade de combustion volatile. On peut voir à partir de la courbe TG que l'intervalle de combustion du 40% O2 dans l'état d'enrichissement en oxygène est plus court et l'intervalle de température de combustion volatile est 220 ~ 29o ℃, 21% O2, 14% O2 et tHERMOGRAMME peu de différence, la plage de température de 220 ~ 330 ℃. DTG peut être vu à partir du graphique, quatre courbes de taux est apparu pics de dévolatilisation. 40% O2 vitesse de dégagement maximale excès d'oxygène était de 23% / min, 21% de O2, 14% de O2 et des taux de précipitation maximale de pyrolyse était de 14% / min, 13% / min et de 12% / min; phase stationnaire III étape de combustion du carbone, peut être vu à partir de la courbe TG, le 40% O2 réduit de manière significative la section de combustion du maïs excès d'oxygène, la plage de température de combustion de 390 à 440 deg.] C, pas 21% O2 14% de O2 et la courbe de différence, l'intervalle de température de 220 ~ 330 ° C.
Pyrolyse courbe par rapport aux trois autres, l'étage de combustion volatile entre l'étape de combustion du carbone fixe sans section de transition évidente, un intervalle plus long de la combustion du carbone fixe, la plage de température de 330-900 ℃. Comme on le voit à partir des courbes DTG, Le taux maximal de précipitation de la tige de maïs était de 11% / ain et le taux maximal de précipitation de 21% d'O2 était de 4% dans l'état enrichi en oxygène de 40% d'O2, sauf que la valeur maximale de la perte de poids n'était pas trouvée dans la courbe de pyrolyse, min, 40% d'O2 sous condition d'enrichissement en oxygène, et le taux maximal de précipitation est de 2,75 fois celui de l'air. Il montre que l'enrichissement en oxygène peut raccourcir la gamme de bois et le carbone fixe, augmenter le taux d'analyse volatile et améliorer les performances de combustion du maïs.
3.1.2 Courbe TG-DTG de la tige de coton
On peut voir à partir de la figure 2 que les courbes TG et DTG de la tige de coton sont essentiellement les mêmes que celles de la tige de maïs, qui est divisée en trois étages. La plage de température du premier étage est de 20 à 250 ℃ et les quatre courbes de cette étape sont essentiellement les mêmes, ce qui montre que l'eau La plage de température est de 250 ~ 3O0 ℃. D'après la courbe TG, on constate que la plage de température de combustion de la tige de coton sous l'état enrichi en oxygène de 40% d'O2 est différente de celle de la deuxième étape La gamme de température est de 250 à 39 ℃, 21% d'O2, 14% d'O2 et la courbe de pyrolyse n'est pas très différente, la plage de température est de 220 à 350 ℃. On peut voir à partir de la courbe de DTG que les quatre courbes montrent également le pic du taux de volatilisation, Le taux maximal de précipitation de 40% d'O2 dans l'état enrichi en oxygène est de 19% / min, ce qui est évidemment plus élevé que les trois autres courbes. La troisième étape est l'étape de combustion fixe du carbone. Comme on peut le voir à partir de la courbe TG, 40% d'O2 sous l'état d'une gamme de température de combustion d'oxygène enrichie en oxygène de 390 ~ 440 ℃, 21% O2 que l'intervalle de combustion a diminué de 100 ° C. À partir de la courbe de DTG, on peut voir en plus de la courbe de pyrolyse n'apparaissait pas le pic de perte de poids, les trois autres Il y avait un taux de perte de poids maximal et dans les conditions d'enrichissement en oxygène Le taux maximal de précipitation de la tige de maïs est de 12% / min, le taux maximal de précipitation de 21% d'O2 est de 5% / min et le taux de précipitation maximal dans 40% d'O2 est l'oxygène Parmi les riches en eau, on peut réduire la combustion de la tige de coton et l'intervalle fixe de combustion du carbone, augmenter le taux d'analyse volatile pour améliorer les performances de combustion de la tige de coton.
3.1.3 Courbe TG-DTG des copeaux de bois
On peut voir à partir de la figure 3 que les courbes TG et DTG des copeaux de bois sont plus semblables à celles des tiges de coton, mais il n'y a pas de tige de maïs et de tige de coton à la limite de la combustion de carbone volatile et fixe. La première étape est le stade de précipitation de l'eau; les quatre courbes sont essentiellement les mêmes, En indiquant que le changement de concentration en oxygène a peu d'effet sur le processus d'analyse de l'eau des copeaux de bois, la deuxième étape est la phase de combustion volatile.
À partir de la courbe TG, on constate que la plage de température de combustion de la tige de coton sous l'état enrichi en oxygène de 40% O2 est de 250-310 ℃, soit 30 ℃ inférieure à celle de 21% O2. De la courbe DTG, on constate que les 40% Le taux maximal de précipitation de 23% d'O2, 14% d'O2 et de pyrolyse était de 17% / min, 16% / min et 15% / min, respectivement. Le troisième stade Pour la phase de combustion de carbone fixe, on constate à partir de la courbe TG que la plage de température de combustion de la sciure de bois dans l'état enrichi en oxygène O2 à 40% est de 320-440%, ce qui est inférieur à 100 ℃ dans l'état O2 de 21%. À partir de la courbe DTG, % O2 et les courbes de pyrolyse n'ont pas montré de taux de perte de poids significatif, ce qui indique que les conditions hypoxiques du stade de combustion de carbone fixé à la sciure sévère empêchent.
Le taux maximal de précipitation de la tige de maïs était de 12% / min, le taux maximal de précipitation de 21% d'O2 était de 6% / min, et le taux de précipitation maximal dans 40% d'O2 était deux fois plus élevé que celui de l'air. L'enrichissement en oxygène peut raccourcir la combustion des copeaux de bois et la zone de combustion de carbone fixée pour augmenter le taux d'analyse volatile afin que les performances de combustion des copeaux de bois soient meilleures.
3.2 Effet des conditions d'enrichissement en oxygène sur les caractéristiques des particules de biomasse
3.2.1 Effet des conditions d'enrichissement de l'oxygène sur les caractéristiques de la biodégradation des particules de biomasse
Les valeurs de Rh des trois combustibles de granulés de biomasse typiques sont présentées à la figure 4 sous différentes conditions de charge et de concentration d'oxygène.
La figure 4 montre que l'analyse de la volatilité des trois combustibles de granulés de biomasse typique varie considérablement avec la variation de la teneur en oxygène. Sous les conditions d'hypoxie, les caractéristiques d'analyse de volatilité du maïs, du coton et des copeaux de bois sont de 7.1 , 7,8 et 7,90 mg / (min · K), ce qui indique que la matière volatile des copeaux de bois et des tiges de coton dans les conditions anoxiques était susceptible de précipiter et que les matières volatiles étaient les plus difficiles à volatiliser le maïs. Lorsque 21% d'O2 a été atteint, le maïs, le coton et le bois Les résultats ont montré que la stabilité de la combustion des trois types de paille a été améliorée par l'augmentation de la teneur en oxygène.
Les résultats ont montré que la stabilité du maïs, de la tige de coton et de la sciure de bois était de 16,3, 12,2 et 13,7 mg / (min · K) sous l'état enrichi en oxygène de 40% d'O2, ce qui indiquait que la stabilité à la combustion des trois sortes de paille était plus forte Par rapport à l'air, l'indice caractéristique du maïs a été augmenté de 7,6 mg / (min · K) sous l'effet de l'enrichissement en oxygène, tandis que celui du maïs et de la sciure a augmenté respectivement de 4,1 et 4,8mg / (min · K) Dans les conditions de volatilisation du maïs pour promouvoir le rôle le plus important.
3.2.2 Effet des conditions d'enrichissement en oxygène sur la stabilité à la combustion des particules de biomasse
Dans des conditions différentes, l'échelle de carburant typique des particules de biomasse illustrée à la figure 5.
La figure 5 montre que la stabilité à la combustion des trois combustibles typiques de la biomasse varie considérablement avec le changement de teneur en oxygène. L'indice de stabilité à la combustion du maïs, du coton et des copeaux de bois est de 800, 740 Et 880, ce qui indiquait que la stabilité de la sciure de bois était la meilleure dans les conditions anoxiques, et la tige de maïs était la plus mauvaise. Lorsque l'état O2 de 21% a été atteint, les indices de stabilité de la combustion du maïs, du coton et du bois étaient 900, 960 et 930, ce qui montre que, avec l'augmentation de la teneur en oxygène, la stabilité de la combustion de la paille trois a augmenté, dont l'indice de stabilité de la tige de coton a augmenté de 220, le maïs et la sciure ont augmenté d'environ 100, indiquant que sous hypoxie, la teneur en oxygène accrue sur le coton Et l'indice de stabilité du maïs a augmenté de 640% par rapport à 21% d'O2, 40% d'O2 dans des conditions enrichies en oxygène, et le maïs et la sciure ont augmenté de 260 et 430 respectivement, ce qui indique que la teneur en oxygène a augmenté En outre, la stabilité à la combustion des trois granules de biomasse typiques de carburant change avec le changement de flux de gaz porteur, et le type de parabole change à la baisse.
3.2.3 Effet des conditions d'enrichissement en oxygène sur les caractéristiques de combustion des particules de biomasse
Dans des conditions différentes, les valeurs de P1 des trois combustibles de granulés de biomasse typiques sont représentées sur la Fig.
La tendance à la modification de Rh et la tendance à la modification de Rh et Rw sont fondamentalement les mêmes, ce qui indique que la volatilisation des particules de biomasse est bénéfique pour réduire la température d'inflammation des particules et améliorer la stabilité de combustion et le taux de combustion. Sous l'état d'hypoxie, , Les caractéristiques de combustion des tiges de coton et de la sciure de bois sont relativement faibles, ce qui indique que les trois types de particules de biomasse alimentent dans les conditions de performance d'allumage et les performances de brûlage sont médiocres; 21% de conditions d'O2, de maïs, de coton et de copeaux de bois L'indice sexuel a montré une tendance à la hausse, dont l'indice de stabilité de la tige de coton a augmenté de 2,2 mg / (min · K.), du maïs
Et 1,5%, respectivement. Les résultats ont montré que la stabilité à la combustion des trois types de paille a été améliorée par l'augmentation de la teneur en oxygène et l'effet de l'augmentation de la teneur en oxygène sur la tige de coton était le plus fort.
21% O2, l'indice de stabilité du maïs a augmenté de 4,0 mg / (min · K), et le coton et le bois ont augmenté de 2,4 et 3,6 mg / (min · K) respectivement lorsque l'état d'enrichissement en oxygène de 40% d'O2 était Sous l'état de l'oxygène, les caractéristiques de combustion des trois types de paille ont été améliorées évidemment, et l'augmentation de la teneur en oxygène a eu le plus fort effet sur les caractéristiques d'ignition, de combustion et de combustion du maïs, suivie de la sciure de bois et du pire des tiges de coton. En outre, les trois particules typiques de biomasse La stabilité de la combustion avec le flux de gaz porteur change, mais a également montré un changement parabolique vers le bas.
4 Conclusion
(1) La courbe TG-DTG montre que la zone de combustion du combustible à granulés de biomasse est raccourcie de 30 ℃ par rapport à l'air dans l'état enrichi en oxygène O2 à 40% et que la zone de combustion du carbone fixe est raccourcie de près de 100 ℃. Est 2 à 25 fois plus que l'air, et le pic apparaît plus tôt, ce qui indique que la performance de la combustion de la biomasse s'est considérablement améliorée.
(2) Avec l'augmentation de la teneur en oxygène, l'indice discriminant et l'indice caractéristique de combustion du maïs, de la tige de coton et des copeaux de bois ont montré une tendance croissante dans l'analyse volatile et dans la gamme de 14% à 21% O2, L'augmentation de la teneur en oxygène dans une concentration d'O2 de 14% à 21% peut améliorer les performances de combustion de la biomasse et l'augmentation de la teneur en oxygène dans une condition d'enrichissement en oxygène O2 de 21% à 40% montre une tendance à la hausse significative, Mais l'effet n'est pas très évident: 21% à 40% des conditions enrichies en oxygène O2 peuvent améliorer considérablement les performances de combustion des combustibles de biomasse.
(3) Sous l'état de 21% d'O2, les trois indices de maïs, de coton et de sciure étaient différents et les trois indices de grain de maïs étaient nettement plus élevés que ceux de la tige de coton et des copeaux de bois sous une condition d'oxygénation O2 de 40%, ce qui indiquait Les conditions enrichies en oxygène ont un effet plus important sur les combustibles à grains de maïs.
