Zhu Yanyan 1Zhang Linhua 1,2,3, Cui Yongzhang 1,2,3Li Kai 1, Lvwen Chao4
(1.College de Ingeniería Térmica, Universidad de Arquitectura de Shandong, Jinan 250101, China, 2. Laboratorio Clave de Energía Renovable y Tecnología de Utilización, Ministerio de Educación, Universidad Shandong de Arquitectura, Shandong 250101, China 3. Shandong Construction University Laboratorio, Jinan 250101, China, 4. Escuela de Ingeniería Ambiental y Municipal, Universidad de Xi'an de Arquitectura y Tecnología, Xi'an 710055, China)
Resumen: La combustión enriquecida en oxígeno es un método importante para resolver el problema de la baja temperatura de combustión directa de la energía de la biomasa.El análisis de los efectos de TG- Las curvas de DTG se utilizaron para estudiar el efecto del enriquecimiento de oxígeno sobre las características de combustión de los tres gránulos de biomasa típicos.Los resultados mostraron que la temperatura de combustión de los tres pellets de biomasa se redujo en casi 100 ℃ y la máxima precipitación La tasa de combustión es mayor que la del aire, y el aumento del índice de combustión del combustible es el más alto, y el aumento de la varilla de maíz es el más fuerte.
0 Introducción
La biomasa representa el 14% del consumo mundial de energía primaria, con las ventajas de emisiones de CO2 limpias y renovables y casi cero. El sector energético de la biomasa de China es extenso y rico en recursos, y los recursos totales anuales de biomasa pueden convertirse en 650 millones de toneladas de carbón estándar. En la actualidad, la energía de la biomasa se utiliza principalmente para proporcionar la energía para los residentes con la combustión directa.Este tipo de método de combustión tiene las ventajas de la operación simple, conveniente y de bajo costo, pero la eficiencia de utilización es muy baja, lo que causa muy graves desperdicios de energía y la contaminación ambiental. La combustión enriquecida en oxígeno puede mejorar significativamente la temperatura de combustión directa de la biomasa, la temperatura de combustión de la biomasa, Es un método importante para resolver el problema de la baja temperatura de combustión directa de la energía de la biomasa.
En los últimos años, la combustión enriquecida con oxígeno se ha desarrollado en el hogar y en el extranjero. Muchos países desarrollados han invertido una gran cantidad de mano de obra y recursos para estudiar la tecnología rica en oxígeno, especialmente en Japón, en el gas, las ocasiones aplicación de prueba enriquecido, las siguientes conclusiones: el oxígeno enriquecido con el ahorro de energía del 23% de 10% a 25% con 25% de eficiencia de la combustión enriquecida con oxígeno de 20% a 40%, con 27% de oxígeno enriquecido el ahorro de hasta el 30% al 50%, se analizan las características de combustión enriquecidos etc. Luo Siyi combustible micras de biomasa, y que las micras de biomasa ricos en oxígeno se puede mejorar las características de combustión del combustible, cuando el observado 40% de enriquecimiento de oxígeno, la temperatura del horno Hasta 1600 ° C. Combustible de pellets de biomasa después de alta presión, la textura es relativamente denso, la combustión y el área de contacto con el aire es pequeño, por lo que su ignición y las características de combustión y la biomasa de combustible micrón hay una gran diferencia. analizar la cantidad de los más rendimiento de la combustión de combustible de biomasa tradicional del método, este método es simple, pero no puede mostrar diferente nivel de temperatura de desvolatilización de la biomasa, la velocidad de liberación máxima y las condiciones de pérdida de peso de la biomasa. Por lo tanto, estabilidad EE.UU. usando TA produjo TGA Q50 tres partículas típicas de combustible pruebas de la biomasa, la combustión de combustible en tres curvas de TG-DTG, el análisis de la volatilización de la biomasa del exceso de análisis de oxígeno un índice característico, la combustión índice de discriminación y las características de combustión del índice, que viven gran selección y diseño de partículas de materia prima horno de combustión de biomasa proporcionar una base teórica, además también tiene un significado práctico importante para mejorar la estructura energética de china, proteger el medio ambiente, promover el desarrollo económico rural.
1 Determinación de las características de combustión de las partículas de biomasa
1.1 Análisis volátil de las características del índice
1.2 Determinación del índice de estabilidad de la combustión
Caracterizar la estabilidad del índice de estabilidad de la combustión es partículas de combustible de biomasa determinados, carbono puro como un punto de referencia, a continuación,
1.3 Índice de características de combustión
2 Aparato y método experimentales
2.1 dispositivo experimental
En este experimento, el analizador termogravimétrico Q50 producido por TA se compone de sistema de gas de purga, balance térmico, cuerpo de horno, control de temperatura y sistema de medición Sistema de gas de purga En el horno de calentamiento, parte del gas de purga Después del control de flujo de masa digital después del nivel de flujo a través de la muestra, la otra parte del gas de protección, el gas a través de la sala de equilibrio y el gas de purga horizontal combinado de la salida del lado del horno, equilibrio térmico situado en la sala de equilibrio, El horno es un componente clave del analizador termogravimétrico y puede ser controlado por temperatura de la manera más rápida y precisa a un rango de temperatura de 1000 ° C, el controlador de flujo de masa digital usa gas automático Dispositivo de conmutación, no sólo puede mejorar efectivamente la estabilidad de los datos, sino también para el gas inerte y la atmósfera oxidativa entre la conmutación rápida.
2.2 Métodos experimentales
Con el fin de analizar las características de combustión en las condiciones enriquecidas con oxígeno del combustible de pellets de biomasa, se utilizó el análisis termogravimétrico Q50 para llevar a cabo una variedad de experimentos sobre paja de maíz, tallo de algodón y serrín. La velocidad de combustión fue de 20 ℃ / min y el flujo de gas portador fue de 60 ml / min bajo condiciones de 40% de O2, 21% de O2, 14% de O2 y pirólisis. Y el 20% y 60 ml / min, el 20% min en las cinco condiciones del experimento termogravimétrico, y luego análisis de las condiciones enriquecidas con oxígeno en los tres tipos de paja análisis volátil del índice característico Rh, la estabilidad de la combustión del índice índice de características de combustión Rw índice P1.
3 Resultados y análisis experimentales
Efectos de las condiciones enriquecidas con oxígeno en las características perdedoras de los granulados de la biomasa
3.1.1 curva del tallo del maíz TG-DTG
Como puede verse en la Figura 1, la curva de referencia 21% O2 TG y DTG curvas pueden dividirse en tres fases: la primera fase se precipita fase de agua, el intervalo de temperatura es de 20 ~ 220 ℃ cuatro curvas son básicamente los mismos, que el oxígeno. cambios en la concentración del proceso de tallo de maíz agua analizada tiene poco impacto; segunda etapa etapa de combustión volátil puede verse a partir de la curva de TG, intervalo de combustión exceso de oxígeno más corto 40% de O2, el intervalo de temperatura de combustión volátil. 220 ~ 29o ℃, 21% de O2, 14% de O2 y termograma poca diferencia, el rango de temperatura de 220 ~ 330 ℃. DTG se puede ver en el gráfico, cuatro curvas apareció picos de tasa de desgasificación. 40% O2 de Las tasas máximas de precipitación fueron de 23% / min, 13% / min y 12% / min, respectivamente, con 21% de O2, 14% de O2 y condiciones de pirólisis. etapa de combustión de carbono, puede ser visto desde la curva de TG, la sección de combustión maíz exceso de oxígeno a 40% de O2 reducido significativamente, el rango de temperatura de combustión de 390 a 440 ° C.] C, no 21% de O2 14% de O2 y la curva de diferencia, el intervalo de temperatura de 220 ~ 330ºC.
La pirólisis de la curva en comparación con los otros tres, etapa de combustión volátil entre la etapa de combustión del carbono fijo sin sección de transición obvio, un intervalo más largo de la combustión de carbono fijo, el intervalo de temperatura de 330 a 900 ℃. Como puede verse a partir de las curvas de DTG, las soluciones para la tasa de eliminación de calor de pérdida de peso es ningún pico, los otros tres son la tasa pico de pérdida de peso se produjo. la tasa máxima deposición de los tallos de maíz 40% de oxígeno O2 era 11% / ain, 21% de O2 máxima velocidad de deposición de 4% / min, la tasa de deposición máxima en 40% de O2 aire enriquecido es de 2,75 veces la de la Descripción enriquecido intervalo de quemador se puede acortar y los volátiles de madera de carbono fijos, aumentando la tasa de desgasificación, el rendimiento de la combustión de maíz mejor.
3.1.2 Curva TG-DTG del tallo del algodón
En la Figura 2 se puede ver que las curvas TG y DTG del tallo de algodón son básicamente las mismas que las del tallo de maíz, que se divide en tres etapas. La primera temperatura es de 20 a 250 ° C y las cuatro curvas de esta etapa son básicamente las mismas, El rango de temperatura es de 250 ~ 3O0 C. A partir de la curva de TG, se puede ver que el rango de temperatura de combustión del tallo de algodón bajo la condición enriquecida en oxígeno de O2 al 40% es diferente del de la segunda etapa El rango de temperatura es de 250-39 ℃, 21% O2, 14% O2 y la curva de pirólisis no es muy diferente, el rango de temperatura es 220-350 ℃. Se puede ver desde la curva DTG que las cuatro curvas también muestran el pico de la tasa de volatilización, La tasa de precipitación máxima de 40% de O2 en la condición de enriquecimiento en oxígeno es de 19% / min, lo que es obviamente mayor que las otras tres curvas.La tercera etapa es la fase de combustión de carbono fijo.Como puede verse a partir de la curva TG, 40% de O2 bajo la condición de oxígeno enriquecido oxígeno intervalo de temperatura de combustión de 390 ~ 440 ℃, 21% de O2 que el intervalo de combustión disminuido por 100 ° C. Desde la curva DTG se puede ver, además de la curva de pirólisis no apareció pico de pérdida de peso pico, Hubo un pico de pérdida de peso, y bajo las condiciones de enriquecimiento de oxígeno La tasa máxima de precipitación del tallo del maíz es de 12% / min, la tasa de precipitación máxima de 21% de O2 es de 5% / min y la máxima de precipitación en el 40% de O2 es oxígeno De los ricos en agua puede reducir la quema de la varilla de algodón y el intervalo fijo de combustión de carbono, aumentar la tasa de análisis volátil para mejorar el rendimiento de quema de varilla de algodón.
3.1.3 Curva TG-DTG de astillas de madera
En la Figura 3 se puede observar que las curvas TG y DTG de las virutas de madera son más similares a las de los tallos de algodón, pero no hay tallos de maíz y tallos de algodón en el límite de la combustión volátil y fija de carbono. Lo que indica que el cambio de la concentración de oxígeno tiene poco efecto en el proceso de análisis de agua de astillas de madera, la segunda etapa es la fase de combustión volátil.
Como puede verse a partir de la curva de TG, algodón exceso de oxígeno de 40% O2 tallo rango de temperatura de combustión volátil de 250-310 ° C.] C, 30 grados.] C para reducir la relación de 21% Condiciones de O2 se puede ver a partir de curvas DTG, de 40% O2 enriquecido La tasa de precipitación máxima de 23% de O2, 14% de O2 y pirólisis fue de 17% / min, 16% / min y 15% / min respectivamente. etapa de combustión del carbono fijo, se puede ver desde la curva de TG, en condiciones de O2 enriquecido rango de temperatura de combustión 40% de madera de 320 a un 440%, 21% condiciones de relación de O2 de combustión de reducida sección 100 ℃. como puede verse a partir de las curvas de DTG, 14 % De O2 y las curvas de pirólisis no mostraron una tasa de pérdida de peso máxima significativa, lo que indica que las condiciones hipóxicas de la etapa fija de combustión de carbón de serrín dificultan.
La velocidad de deposición máxima de oxígeno tallos de maíz 40% de O2 fue de 12% / min, 21% de O2 tasa máxima de deposición fue de 6% / min, la tasa de deposición máxima en 40% de O2 exceso de oxígeno en el aire es Descripción dos veces El enriquecimiento de oxígeno puede acortar la quema de astillas de madera y la zona de combustión de carbono fijo pidió aumentar la tasa de análisis volátil, de modo que el rendimiento de la combustión de astillas de madera mejor.
3.2 Efecto de las condiciones de enriquecimiento de oxígeno en las características de las partículas de biomasa
3.2.1 Efecto de las condiciones de enriquecimiento de oxígeno en las características de la biodegradación de partículas de biomasa
Los valores de Rh de los tres combustibles de pellets de biomasa típicos se muestran en la Fig. 4 bajo diferentes condiciones de carga y concentración de oxígeno.
La Figura 4 muestra que, con el cambio del contenido de oxígeno, volátiles tres tipos de partículas de materia prima del análisis del combustible es típicamente un característicos cambios de índice en gran medida. Bajo condiciones de hipoxia, maíz volatilización, tallos de algodón y el análisis de las características de índice de madera era 7,1 , 7.8 y 7.90mg / (min · K), lo que indica que la hipoxia serrín y algodón tallos precipitan más fácilmente volátil, desvolatilización maíz difícil. al alcanzar 21% condiciones de O2, maíz, tallos de algodón y serrín Los resultados mostraron que la estabilidad de combustión de los tres tipos de paja se potenció con el aumento del contenido de oxígeno.
Los resultados mostraron que la estabilidad del maíz, varilla de algodón y aserrín fue de 16.3, 12.2 y 13.7 mg / (min · K) respectivamente bajo la condición enriquecida en oxígeno de O2 al 40%, lo que indicó que la estabilidad de combustión de los tres tipos de paja era más fuerte En comparación con el aire, el índice característico del maíz se incrementó en 7.6mg / (min · K) bajo la condición de enriquecimiento de oxígeno, mientras que el de maíz y aserrín aumentó en 4.1 y 4.8mg / (min · K) respectivamente, Bajo las condiciones de la volatilización del maíz para promover el papel más fuerte.
3.2.2 Efecto de las Condiciones de Enriquecimiento de Oxígeno sobre la Estabilidad a la Combustión de Partículas de Biomasa
Bajo diferentes condiciones, los tres típicos de biomasa de partículas de combustible de escala que se muestra en la Figura 5.
La Figura 5 muestra que la estabilidad de combustión de los tres combustibles típicos de pellets de biomasa varía mucho con el cambio de contenido de oxígeno. El índice de estabilidad de la combustión de maíz, varilla de algodón y astillas de madera es 800, 740 Y 880, que indicaban que la estabilidad del serrín era la mejor en condiciones anóxicas y el tallo de maíz era el peor. Cuando se alcanzó la condición de O2 al 21%, los índices de estabilidad de la combustión de maíz, algodón y madera fueron 900, 960 y 930, lo que demuestra que con el aumento del contenido de oxígeno se ha incrementado la estabilidad de la combustión de la paja, de la cual el índice de estabilidad de la varilla de algodón aumentó en 220, el maíz y el aserrín aumentaron alrededor de 100, indicando que bajo hipoxia aumentó el contenido de oxígeno en el algodón Y el índice de estabilidad del maíz aumentó en un 640% en comparación con el 21% de O2, el 40% de O2 en condiciones enriquecidas con oxígeno y el maíz y el aserrín aumentaron en 260 y 430 respectivamente, lo que indica que el contenido de oxígeno aumentó Además, la estabilidad de combustión de los tres gránulos de biomasa típicos cambia de combustible con el cambio del flujo de gas portador, y el tipo de parábola cambia en la dirección descendente.
3.2.3 Efecto de las condiciones de enriquecimiento de oxígeno en las características de combustión de las partículas de biomasa
Bajo diferentes condiciones, los valores P1 de los tres combustibles típicos de pellets de biomasa se muestran en la Fig.
Valores de curva P1 y Rh y Rw valor de tendencia es sustancialmente la misma, lo que indica que la ayuda partículas de biomasa precipitación volátil para reducir la temperatura de ignición de las partículas, estabilidad de la combustión y mejorar la velocidad de combustión. Bajo condiciones de hipoxia, maíz tallos de algodón de combustión índice característico de serrín son relativamente bajos, lo que indica que el rendimiento de encendido es pobre y el rendimiento del consumo de combustible de tres partículas de materia prima en condiciones anóxicas, y cuando 21% condiciones de O2, maíz, tallos de algodón y una combustión estable de la madera El índice sexual mostró una tendencia al alza, de la cual el índice de estabilidad de la varilla de algodón aumentó en 2,2 mg / (min · K), el maíz
Y madera aumentó en 1,5, 0,9 mg / (min · K), lo que indica que a medida que aumenta el contenido de oxígeno, la estabilidad de la combustión de tres paja se ha mejorado, y aumenta el contenido de oxígeno de los tallos de algodón promover más fuerte; y
En comparación con 21% de O2, condiciones ricas en oxígeno de 40% de O2, el aumento de maíz índice de estabilidad de 4,0 mg / (min · K), tallo de algodón y madera aumentó en 2,4 y 3,6 mg / (min · K). Fu indica que en condiciones aerobias, tres tipos de paja mejoraron significativamente las características de combustión, y aumenta el contenido de oxígeno de la ignición de maíz, características de combustión y el desgaste promueven el más fuerte, seguido por serrín, algodón tallo peor. Además, tres partículas típicas de combustible de biomasa De la estabilidad de la combustión con el flujo de gas portador cambia, pero también mostró un cambio parabólico hacia abajo.
4 Conclusión
(1) curvas de TG-DTG muestran, 40% O2 condición de partículas de combustible de biomasa enriquecida sección de combustión volátil inferior a 30 °.] C en el aire, la combustión de carbono fijado para acortar el intervalo de casi 100 ℃. Pico de oxígeno desvolatilización Es 2-2,75 veces la del aire, y el pico aparece antes, lo que indica que el rendimiento de la combustión de la biomasa mejoró significativamente.
(2) Con el aumento del contenido de oxígeno, el índice discriminante y el índice característico de la combustión de maíz, tallo de algodón y virutas de madera mostraron una tendencia creciente en el análisis volátil, y en el rango de 14% a 21% de O2, El aumento del contenido de oxígeno en una concentración de 14% ~ 21% de O2 puede mejorar el rendimiento de combustión de la biomasa y el aumento del contenido de oxígeno en la condición de enriquecimiento de oxígeno de oxígeno de O2 del 21% al 40% muestra una tendencia al alza significativa, Pero el efecto no es muy obvio: de 21 a 40% de oxígeno enriquecido en oxígeno puede mejorar significativamente el rendimiento de combustión de los combustibles de biomasa.
(3) Bajo la condición de O2 al 21%, los tres índices de maíz, tallo de algodón y aserrín fueron diferentes, y los tres índices de grano de maíz fueron significativamente mayores que los de la varilla de algodón y las virutas de madera con un 40% de O2 Las condiciones enriquecidas con oxígeno tienen un efecto más fuerte en los combustibles de grano de maíz.
