Zhu Yan Yan, Zhang Linhua, Cui Yongzhang, Li Kai, Lv Wenchao,
(1. École d'ingénierie de l'énergie thermique, l'Université du Shandong Jianzhu, Jinan 250101, Chine; 2. Shandong Université Jianzhu bâtiment des énergies renouvelables Laboratoire de Ministère de l'Education, Ministère de l'utilisation de la technologie, Jinan 250101, Chine; 3. Shandong Jianzhu Université d'architecture et de la technologie de mise au point la province du Shandong sur l'efficacité énergétique Laboratoire, Jinan 250101, Shandong, Chine 4. École de génie environnemental et municipal, Université de Xi'an de l'architecture et de la technologie, Xi'an 710055, Chine)
Résumé: Le procédé de combustion enrichi en oxygène est une source importante de solution à la température de combustion de la biomasse directe bas au problème des articles sont le maïs, tige de coton et d'essai au feu de bois réalisée par analyse thermogravimétrique, en analysant les différentes concentrations en oxygène des trois paille TG-. effet des courbes DTG, trois études typique des caractéristiques de combustion du carburant en pastilles de la biomasse à l'oxygène de résultats exponentielles montrent que: trois types de particules de matières premières de l'intervalle de température de combustion le carburant afin de réduire rapport d'excès d'oxygène à proximité de 1000 ℃ air, la précipitation maximale volatile Le taux de 2 à 2,75 fois l'air, les conditions riches en oxygène, l'indice de combustion du carburant a augmenté rapidement, et la plus grande augmentation de la tige de maïs, ce qui indique que la promotion de l'oxygène de la tige de maïs.
0 Introduction
La biomasse représente 14% de la consommation mondiale d'énergie primaire, avec des énergies propres, renouvelables et CO 2Avantage des émissions quasi nulles. Biomasse notre branche vaste, les ressources abondantes, les ressources en matières premières peuvent être convertis en un total de 650 millions de tonnes de charbon par an. À l'heure actuelle principalement de la biomasse de manière directe au feu pour les résidents de l'énergie, qui la combustion des espèces est simple, facile à obtenir, et à faible coût, mais l'efficacité est très faible, ce qui entraîne une perte grave d'énergie et de pollution de l'environnement. de plus, de 1000% la température de flamme de combustion des briquettes de biomasse en général pas plus, si combustion directe de la biomasse peut résoudre le problème à basse température sera largement utilisé dans l'énergie industrielle. oxycombustion peut améliorer considérablement la température de combustion directe de la biomasse, la biomasse est une méthode importante pour résoudre le problème de la faible température de combustion directement.
Au cours de la dernière décennie, la combustion enrichi en oxygène a un grand développement à la maison et à l'étranger dans de nombreux pays développés ont investi beaucoup de main-d'œuvre et des ressources pour étudier la technologie riche en oxygène, en particulier les Japonais, avait au gaz, le pétrole et différent au charbon les occasions d'application enrichi essai, les conclusions suivantes: les 23% de l'énergie de combustion enrichi peut être de 10% à 25%, avec 25% de rendement de la combustion enrichie en oxygène de 20% à 40%, avec 27% d'oxygène enrichi l'énergie jusqu'à 30% à 50%, etc. Luosi Yi microns combustible de biomasse caractéristiques de combustion enrichis sont analysés, et que microns de la biomasse riche en oxygène peut être améliorée des caractéristiques de combustion du carburant, lorsque l'a noté 40% de l'enrichissement en oxygène, la température du four Jusqu'à 1600 ℃.
Le combustible à granulés de biomasse a une pression élevée, une texture dense et a une petite zone de contact avec l'air lorsqu'il est brûlé, de sorte que ses caractéristiques d'allumage et de combustion sont très différentes de celles du combustible micronisé à la biomasse. l'analyse des performances de la combustion de combustibles de la biomasse de la méthode, cette méthode est simple, mais ne peut pas afficher le niveau de température de volatilisation, la vitesse de libération maximale et la biomasse état en état d'apesanteur différente biocombustible. Par conséquent, les États-Unis ont produit la chaleur TA Q50 analyseur de trois essais typiques des particules de combustible de biomasse, la combustion du carburant dans trois courbes TG-DTG, l'analyse de la volatilisation de la biomasse de l'analyse d'oxygène en excès d'une exponentielle caractéristiques, les caractéristiques de stabilité de la combustion et la combustion de l'indice d'indice est déterminé comme sélectionner les particules de matière première de la biomasse et four à combustion de la biomasse à grande échelle visant à fournir une base théorique, en plus a également une grande signification pratique pour améliorer la structure énergétique de la Chine, de protéger l'environnement, promouvoir le développement économique rural.
1 Indice de discrimination des caractéristiques de combustion des particules de la biomasse
1.1 analyse volatile de l'indice caractéristique
Analyse volatile de l'indice caractéristique caractérise la volatilité du processus de combustion de la performance de la précipitation est de déterminer les caractéristiques de la combustion de la combustion des particules de biomasse d'un indicateur important.
2 dispositif expérimental et procédé
2.1 dispositif expérimental
Cette expérience a produit Q50 analyseur U.S. TA thermogravimétrique, l'appareil se compose de cinq purge bilan thermique du circuit de gaz, four, contrôle de la température et du système de mesure. Le gaz de purge du système dans le four, une partie du gaz de purge après la masse numérique circuler à travers le niveau de l'échantillon de contrôle, l'autre partie du gaz de protection, le gaz après la chambre d'équilibrage et l'effluent de gaz de purge à partir de l'orifice latéral de four horizontal combiné; thermobalance dans la chambre d'équilibrage disposé pour fournir une gamme de température de la température ambiante ~ 1000 ℃ excellent en termes de précision de mesure et de précision; four est un élément essentiel d'un analyseur thermogravimétrique, et contrôle de la température peut être effectuée à température ambiante dans une plage de 1000 ℃ manière la plus rapide, précis, régulateur de débit massique de gaz automatique numérique des moyens de commutation, peut non seulement améliorer efficacement les données de stabilité, ne peut passer rapidement d'une atmosphère oxydante et un gaz inerte.
2.2 Méthodes expérimentales
Pour analyser les caractéristiques de combustion des particules de biomasse combustible dans des conditions riches en oxygène, en utilisant TGA Q50 de tiges de maïs, les tiges de coton et de carburant à granulés de biomasse bois trois expériences typiques sous différentes conditions. Tout d'abord, la méthode de la température programmée À 40% O 2, 21% O2, 14% O2Et un test de combustion dans des conditions de pyrolyse de l'ordre de l'échantillon de 20 mg, le taux de chauffage de 20 ℃ / min, le débit de gaz porteur a été 60 ml / min, pour donner le maïs graphique TG-DTG tiges, les tiges de coton et de la sciure de bois, suivie par la concentration en oxygène et débit de gaz vecteur était de 14% et 60 ml / min, à 21%, et 60 ml / min, 40% et 60 ml / min, 21% et 50 ml / min et 21%, et 70 ml / min cinq types de conditions expérience TGA et analyse ensuite trois paille volatilisation de l'analyse d'oxygène en excès d'un indice caractéristique Rh, affecte la stabilité de la combustion des caractéristiques de combustion indice déterminé indice Rw P1.
3 résultats expérimentaux et analyse
3.1 conditions d'enrichissement en oxygène biomasse biomasse combustible combustion caractéristiques de perte de poids
3.1.1 courbe TG-DTG de la tige de maïs
Comme le montre la figure 1, 21% O 2les courbes TG et DTG avec des courbes de référence peuvent être divisés en trois phases: la première phase est précipité à l'humidité, plage de température est de 20 ~ 220 ℃ quatre courbes sont fondamentalement les mêmes, un changement de concentration d'oxygène de l'analyse de l'eau de la tige de maïs d'un processus. Peu d'effet, la deuxième étape est le stade de combustion volatile peut être vu de la courbe TG, 40% O 2Parmi les conditions riches en oxygène, la gamme de combustion est plus courte, la plage de température de combustion volatile de 220 ~ 290 ℃, 21% O 2, 14% O2Et la courbe de pyrolyse n'est pas très différente, la plage de température de 220 ~ 330 ° C. De la courbe DTG, nous pouvons voir que les quatre courbes ont montré le taux de pointe de l'analyse des volatiles 40% O 2Parmi les conditions riches en oxygène, le taux maximum de précipitation était de 23% / min, 21% O. 2, 14% O2des taux de pyrolyse et de précipitation maximale était de 14% / min, 13% / min et 12% / min, la troisième étape est une étape de combustion du carbone fixe, peut être vu à partir de la courbe TG, 40% de O 2Dans la condition d'enrichissement en oxygène, la gamme brûlante du maïs est évidemment raccourcie, la plage de température de combustion est de 390-440 ℃, 21% O 2Et 14% O 2La courbe n'est pas très différente, la plage de température de 220 ~ 330 ℃.
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 plage de température de combustion du carbone fixe de 330 ~ 900 ℃. Comme on peut le voir à partir des courbes DTG, À l'exception de la courbe de pyrolyse, aucun pic de perte de poids n'est apparu et les trois autres ont atteint un pic de perte de poids. 2De la canne de maïs riche en oxygène sous le taux maximum de 11% / min, 21% O. 2Le taux de dépôt maximal est de 4% / min, 40% O 2La vitesse de dépôt maximale est de 2,75 fois l'excès d'oxygène dans l'air. Description de la zone de combustion enrichi peut être raccourci et les matières volatiles du bois de carbone fixe, ce qui augmente le taux d'élimination des matières volatiles, les performances de combustion du maïs mieux.
3.1.2 courbe TG-DTG de la tige de coton
Comme on peut le voir sur la figure 2, la tige de coton TG et des courbes DTG compatibles avec les tiges de maïs, divisé en trois étapes. La première plage de températures de phase est de 20 ~ 250 ℃. Cette étape quatre courbes sont fondamentalement les mêmes, ce qui indique que la phase aqueuse a analysé l'oxygène concentration change peu d'effet sur la tige de coton, une seconde étape de combustion volatile à stade, la plage de température de 250 ~ 300 ℃ on peut le voir à partir de la courbe TG, 40% O. 2Des tiges de coton riche en oxygène gamme de température de combustion volatile de 250 ~ 290 ℃, 21% O 2, 14% O2Et THERMOGRAMME peu de différence, la plage de température de 220-350 ℃. Comme on peut le voir à partir des courbes DTG, quatre courbes ont également été analysées semblaient pics de taux de volatilisation, et le pic d'oxygène en excès plus tôt 40% O. 2La vitesse de dépôt maximale des tiges de coton enrichi en oxygène est de moins de 19% / min, était significativement plus élevée que les trois autres courbes; troisième étape est l'étape de combustion du carbone fixe, peut être vu à partir de la courbe TG, 40% de O 2Sous la condition de l'enrichissement en oxygène, la gamme de température de combustion de coton est 390 ~ 440 ℃, 21% O 2La réduction de la zone de combustion dans des conditions de 100 ℃. DTG peut être vu à partir du graphique, en plus du taux de pyrolyse de la courbe de perte de poids sans pointe, les trois autres sont le taux maximal de perte de poids a eu lieu, et le pic d'oxygène en excès apparaît plus tôt. 40% de O 2De la canne de maïs riche en oxygène sous le taux maximum de 12% / min, 21% O. 2Le taux maximal de précipitation était de 5% / min, 40% O 2La vitesse de dépôt maximale est de 2,4 fois de l'excès d'oxygène dans l'air. Description de la zone de combustion enrichi peut être raccourci et le coton volatile carbone fixe, ce qui augmente le taux de dévolatilisation pour améliorer les propriétés de combustion de la tige de coton.
3.1.3 courbe TG-DTG de sciure de bois
Comme on peut le voir sur la figure 3, la TG de la sciure de bois et des courbes DTG plus proche de la tige de coton, carbone fixe et en matières volatiles, mais pas brûler les tiges de maïs et les tiges de coton sensiblement à la limite. La première étape de la phase d'analyse est de l'eau, quatre courbes sont essentiellement les mêmes, Description des changements de concentration d'oxygène lors de l'impact sur l'analyse de l'eau ne sont pas grandes puces, deuxième étage de combustion volatile de l'étape.
Comme on peut le voir sur la courbe TG, 40% O 2Des tiges de coton riche en oxygène gamme de température de combustion volatile de 250-310 ℃, 21% O 2Réduit de 30 ° C. Comme on peut le voir sur la courbe DTG, 40% O 2Des conditions riches en oxygène sous le taux de précipitation maximum de 23% / min 2, 02 et 14% du maximum dans des conditions de pyrolyse taux d'évolution était de 17% / min, 16% / min et 15% / min, la troisième étape est une étape de combustion du carbone fixe, peut être vu à partir de la courbe TG, 40% de O 2plage de température de combustion du bois à l'oxygène de 320 à 440%, plus de 21% dans des conditions de la section de combustion 02 pour réduire 100cc. On peut voir à partir des courbes DTG, 14% de O 2La courbe de pyrolyse et aucun pic significatif du taux de perte de poids, ce qui indique que l'hypoxie entrave importante sciure de bois de l'étage de combustion du carbone fixe.
40% O2De la canne de maïs riche en oxygène sous le taux maximum de 12% / min, 21% O. 2Le taux maximum de précipitation était de 6% / min, 40% O 2La vitesse de dépôt maximale est de 2 fois d'excès d'oxygène dans l'air. Description de la zone de combustion enrichi peut être raccourcie carbone et bois volatile fixe demandé, le taux d'extraction des matières volatiles est augmentée, les propriétés de combustion des copeaux de bois mieux.
3.2 conditions d'enrichissement en oxygène sur les caractéristiques du combustible à granulés de biomasse
3.2.1 L'effet de l'enrichissement en oxygène sur les caractéristiques des particules volatiles dans la biomasse
Les valeurs de Rh de trois combustibles à granulés de biomasse typiques sont montrées sur la figure 4 sous différents flux de support et concentrations d'oxygène.
La figure 4 montre que, avec le changement de la teneur en oxygène, trois volatils types de particules de matières premières de l'analyse de carburant est typiquement un changement d'indice de caractéristique considérablement. Dans des conditions hypoxiques, le maïs de volatilisation, les tiges de coton et l'analyse des caractéristiques d'indice de bois est de 7,1 , 7,8 et 7,90 mg / (min · K 2), Indiquant que les copeaux de bois les plus volatils et le coton tige dans des conditions hypoxiques, l'analyse des volatiles les plus difficiles de maïs.Quand 21% O 2La condition, le maïs de volatilisation, les tiges de coton et l'analyse des caractéristiques d'indice de bois a montré une tendance à la hausse, ce qui indique que la teneur en oxygène augmente, la stabilité de la combustion de trois paille a été améliorée.
40% O2Dans les conditions riches en oxygène, la volatilité 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 2), Indiquant que sous la condition de l'enrichissement en oxygène, la stabilité de la combustion de la paille trois significativement améliorée.Par rapport à l'air, l'indice caractéristique de volatilisation du maïs sous enrichissement en oxygène a augmenté de 7,6 mg / (min · K 2), Tandis que le maïs et la sciure de bois ont augmenté de 4,1 et 4,8 mg / (min · K, respectivement) 2), Indiquant que dans les conditions riches en oxygène, la promotion de la volatilisation du maïs est la plus forte.
3.2.2 conditions d'enrichissement en oxygène sur la stabilité de la combustion de la biomasse
Dans différentes conditions, les valeurs Rw des trois combustibles à pastilles de biomasse typiques sont représentées sur la figure 5.
La figure 5 montre que la stabilité à la combustion de trois combustibles à granulés de biomasse typiques varie grandement avec le changement de la teneur en oxygène. Les indices de stabilité de combustion du maïs, de la tige de coton et des granulés de bois sont respectivement 800, 740 Et 880, ce qui indique que la combustion des copeaux de bois sous la meilleure stabilité de l'oxygène de la meilleure, légèrement maïs, les tiges de coton pire, quand atteint 21% O 2L'indice de stabilité à la combustion du maïs, de la tige de coton et de la sciure était de 900, 960 et 930 respectivement, ce qui indique que l'augmentation de la teneur en oxygène améliore la stabilité de la combustion de trois types de paille et augmente l'indice de stabilité 220, le maïs et la sciure de bois ont augmenté d'environ 100, ce qui indique que l'augmentation de la teneur en oxygène dans des conditions hypoxiques a le plus fort effet de promotion sur les tiges de coton; 2Comparé à 40% O 2Dans des conditions aérobies pour augmenter l'indice de stabilité 640 maïs, des chips de maïs et ont augmenté de 260 et 430, ce qui indique une augmentation de la teneur en oxygène de l'oxygène en excès maïs promouvoir la plus forte, suivie par la sciure de bois, tige de coton pire outre La stabilité à la combustion des trois pastilles de biomasse typiques a changé paraboliquement vers le bas avec le changement du débit de gaz porteur.
3.2.3 Effets des conditions d'enrichissement en oxygène sur l'indice de combustion de la biomasse
Dans des conditions différentes, les valeurs P1 des trois pastilles de biomasse typiques sont montrées sur la Fig.6.
les valeurs de tendance P1 et Rh et de la tendance de la valeur Rw est sensiblement la même, ce qui indique que les particules de biomasse l'aide de précipitation volatile pour réduire la température d'inflammation des particules, de la stabilité de combustion et d'améliorer la vitesse de combustion.
Dans des conditions hypoxiques, le maïs indice caractéristique de la combustion, les tiges de coton et les copeaux de bois sont relativement faibles, ce qui indique que les trois types d'hypoxie premières mauvaises performances d'allumage et les propriétés des particules de matière combustible brûlent; 21% de O 2Dans ces conditions, l'indice de stabilité au feu du maïs, de la tige de coton et de la sciure de bois a montré une tendance à la hausse, dans laquelle l'indice de stabilité de la tige de coton a augmenté de 2,2 mg 2/ (min · K 2), Le maïs et la sciure ont augmenté de 1,5, 0,9 mg 2/ (min · K 2), Indiquant que la teneur en oxygène augmente, la stabilité de la combustion de trois paille a été améliorée, et augmente la teneur en oxygène du coton tiges favorisent la plus forte, avec 21% de O 2Comparé à 40% O 2Enrichi, l'indice de stabilité du maïs a augmenté de 4,0 mg 2/ (min · K 2), Les tiges de coton et la sciure de bois ont augmenté respectivement de 2,4 et 3,6 mg 2/ (min · K 2), Indiquant que les conditions riches en oxygène, trois types de paille significativement améliorés caractéristiques de combustion et augmente la teneur en oxygène de l'allumage du maïs, les caractéristiques de combustion et l'épuisement professionnel favorisent la plus forte, suivie par la sciure de bois, tige de coton pire. De plus, trois typiques La stabilité à la combustion des pastilles de biomasse évolue paraboliquement vers le bas avec le changement du débit de gaz vecteur.
4 Conclusion
(1) La courbe TG-DTG montre que 40% O 2des particules d'oxygène de combustion de combustible de biomasse volatile intervalle de moins de 30 deg.] C dans l'air, la combustion du carbone fixé pour raccourcir l'intervalle près de 100 ℃. OXYGEN dévolatilisation 2-2.75 fois le pic est en l'air, et le pic de Auparavant, la performance de la combustion de la biomasse a été significativement améliorée.
(2) Avec l'augmentation de la teneur en oxygène, le maïs volatile, les tiges de coton et l'analyse des caractéristiques d'indice de hausse de l'indice bois exponentielle, les caractéristiques de stabilité de la combustion et la combustion de détermination. Dans un 21% 0 14%, une gamme de concentration, L'augmentation des trois indices est faible: 21% ~ 40% O 2Sous l'effet de l'enrichissement en oxygène, les trois indices montrent tous une nette tendance à la hausse, ce qui prouve que 14% ~ 21% O 2L'augmentation de la teneur en oxygène dans la gamme de concentration peut améliorer les performances de combustion de la biomasse, mais l'effet n'est pas évident: 21% ~ 40% O 2Les conditions enrichies en oxygène peuvent considérablement améliorer les performances de combustion des combustibles de la biomasse.
(3)21% O2Dans ces conditions, les trois indices du maïs, de la tige de coton et de la sciure de bois ne sont pas très différents, mais 40% 0: Trois indices de grains de maïs sont évidemment plus élevés que le coton et la sciure dans l'oxygène. Les particules de carburant pour promouvoir le rôle de plus fort.
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