Zhu Yanyan, Zhang Linhua, Cui Yongzhang, Li Kai, Lv Wenchao,
(1. School of Thermal Energy Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China, 2. Shandong Jianzhu Universität Renewable Energy Laboratory Gebäude des Ministeriums für Bildung, Ministerium für Technologie Gebrauch, Jinan 250101, China, 3. Shandong Jianzhu Universität für Architektur und Technologie der Provinz Shandong Fokus auf Energieeffizienz Labor, Jinan 250101, Shandong, China; 4. Schule für Umwelt- und Stadttechnik, Xi'an Universität für Architektur und Technologie, Xi'an 710055, China)
Zusammenfassung: Das Verfahren von mit Sauerstoff angereicherte Verbrennung ist eine wichtige Quelle für direkte Biomasse Verbrennungstemperatur niedrig Lösung für das Problem der Artikel sind Mai, Baumwolle Stiel und Holzbrandtest durch thermogravimetrische Analyse durchgeführt, indem die verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen des drei Strohe TG- analysieren. Wirkung von DTG-Kurven, drei typische Studie OXYGEN Biomasse Pellets als Brennstoff Verbrennungseigenschaften des exponentiellen Ergebnisse zeigen, dass: drei Arten von Rohmaterialteilchen des Kraftstoffverbrennungs-Temperaturintervall überschüssigem Sauerstoff-Verhältnis in der Nähe von 1000 ℃ Luft, flüchtige maximale Präzipitation zu reduzieren 2 bis 2,75-fache der Geschwindigkeit der Luft, überschüssigen Sauerstoff, Verbrennungseigenschaften von Brennstoffen erhöht schnell Index, und der maximale Anstieg Maisstroh, Maisstroh Show angereichert für die stärkste fördern.
0 Einleitung
Auf Biomasse entfallen 14% des Primärenergieverbrauchs der Welt mit sauberem, erneuerbarem und CO 2Vorteil von nahezu null Emissionen. Biomasse unserer umfangreichen Zweig, reichlich Ressourcen, Rohstoff-Ressourcen lassen sich in insgesamt 650 Mio. t Kohle pro Jahr umgewandelt werden. Derzeit sind vor allem in Biomasse direkt befeuerte Art und Weise für die Bewohner Energie leben, die Verbrennungsarten ist einfach, leicht zu erhalten, und niedrige Kosten, aber der Wirkungsgrad ist sehr niedrig, in einer schweren Energieverschwendung und Umweltverschmutzung führt. Darüber hinaus ist die Verbrennungsflammentemperatur des Biomasse-Briketts im allgemeinen nicht höher als 1000%, wenn direkte Verbrennung von Biomasse kann die niedrige Temperatur Problem lösen wird weit verbreitet in der industriellen Energie verwendet werden. Oxyfuel-Verbrennung die Temperatur direkte Verbrennung von Biomasse deutlich verbessern kann, Biomasse ist eine wichtige Methode, das Problem der niedrigen Verbrennungstemperatur direkt zu lösen.
Im Laufe der letzten zehn Jahre, mit Sauerstoff angereicherte Verbrennung große Entwicklung im In-und Ausland in vielen entwickelten Ländern haben eine Menge von Arbeitskräften und Ressourcen investiert, um die sauerstoffreiche Technologie zu studieren, vor allem die Japaner mussten Gas, Öl und Kohle befeuerten unterschiedliche die Anwendung fach angereichert Test zeigt die folgenden Schlussfolgerungen: die 23% angereicherte Verbrennungsenergie kann 10% bis 25% betragen, wobei 25% des mit Sauerstoff angereicherten Verbrennungswirkungsgrades von 20% bis 40%, mit 27% Sauerstoff angereichert die Energie bis zu 30% bis 50% usw. Luosi Yi Mikron Biomassebrennstoff angereicherte Verbrennungseigenschaft analysiert werden, und dass die sauerstoffreiche Biomasse Mikron kann die Verbrennungseigenschaften des Kraftstoffs, wenn die erwähnte 40% Sauerstoffanreicherung, die Ofentemperatur verbessert werden, Bis zu 1600 ℃.
Biomasse-Kraftstoffpartikel nach dem Hochdruck, Textur relativ dichtet, eine Kontaktfläche mit der Luft während der Verbrennung gering ist, und daher seine Zündung und Verbrennungseigenschaften von Biomassebrennstoffen Mikrometern sehr unterschiedliche Messniederschlagsmenge an flüchtigen Stoffen ist die traditionelle Das Verfahren zur Beurteilung der Verbrennungsleistung von Biomassebrennstoffen ist einfach und leicht, aber es kann nicht das Temperaturniveau, die maximale Niederschlagsrate und den Biomassegewichtsverluststatus verschiedener Biomassebrennstoffe, also die Q50-Wärme, anzeigen Analysator drei typische Tests Biomassebrennstoffpartikel, die Verbrennung von Brennstoff in drei TG-DTG-Kurven, die Analyse der Biomasse Verflüchtigung von überschüssiger Sauerstoffanalyse einer charakteristische exponential, die Verbrennungsstabilität und Verbrennungseigenschaften des Index Index bestimmt werden, als Biomasse Pellet-Rohstoff-Auswahl und groß angelegte Biomasse-Brennofen-Design bieten eine theoretische Grundlage, zusätzlich zur Verbesserung der Energiestruktur Chinas, Umweltschutz und Förderung der ländlichen Wirtschaftsentwicklung hat auch wichtige praktische Bedeutung.
1 Unterscheidungsindex der Biomassepartikelverbrennungseigenschaften
1.1 volatile Analyse des charakteristischen Index
Der ausgefallene Entgasungsverfahren Leistungsmerkmale Charakterisierungsindex flüchtige Bestandteile Verbrennungsprozess ist ein wichtiger Indikator für die Bestimmung Biomasse Pellets als Brennstoff Verbrennungseigenschaften.
2 experimentelle Vorrichtung und Methode
2.1 Versuchsvorrichtung
Dieses Experiment Q50 U.S. TA thermogravimetrischen Analysator erzeugt wird, besteht die Vorrichtung aus fünf Spülgassystem Wärmebilanz, Ofen, Temperatursteuerung und Messsystem. Das System Spülgases in dem Ofen, wobei ein Teil des Spülgases nach dem digitalen Masse der Steuer der Probenpegel durchströmen, der andere Teil des Schutzgases, das Gas nach der Ausgleichskammer und der Spülgas Abfluss aus dem kombinierten horizontalen Ofen-Seitenanschluss; Thermowaage in der Ausgleichskammer angeordnet, um einen Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 1000 ℃ bereitzustellen ausgezeichnet hinsichtlich der Messgenauigkeit und Präzision; Ofen ist eine Schlüsselkomponente eines thermogravimetrischen Analysators, und die Temperatursteuerung kann in einem Bereich von 1000 ℃ meist schnellen und präziser Weise bei Raumtemperatur durchgeführt werden, digitale automatische Gasmengendurchflußregler Schaltmittel, kann nicht nur wirksam die Stabilitätsdaten, zur Verbesserung des zwischen einer oxidierenden Atmosphäre und einem inerten Gas schnell schalten kann.
2.2 Experimentelle Methoden
Um die Verbrennungseigenschaften der Brennstoffbiomassepartikel unter sauerstoffreichen Bedingungen, unter Verwendung von TGA Q50 von Mais Stover, Baumwollstengel und Holz-Biomasse Pellets als Brennstoff drei typische Experimente unter verschiedenen unterschiedlichen Bedingungen. Zur einem temperaturprogrammierten Verfahren zu analysieren Bei 40% O 2, 21% O2, 14% O2Und ein Verbrennungstest unter Pyrolysebedingungen von etwa 20 mg Probe, die Aufheizrate von 20 ℃ / min, Trägergasströmungsgeschwindigkeit betrug 60 ml / min, TG-DTG Graph Mai Stover zu geben, Baumwollstengel und Sägemehl, gefolgt von der Sauerstoffkonzentration und Trägergasströmungsgeschwindigkeit um 14% und 60 ml / min, bei 21% und 60 ml / min, 40% und 60 ml / min, 21% und 50 ml / min und 21% und 70 ml / min fünf Arten von Bedingungen TGA-Experiment, und analysieren dann drei Stroh Verflüchtigung von überschüssiger Sauerstoff Analyse ein charakteristisches Index Rh, Einfluss auf die Stabilität der Verbrennung der Verbrennungseigenschaften Rw Index P1 bestimmt.
3 experimentelle Ergebnisse und Analysen
3.1 Merkmale der Schwerelosigkeit überschüssiger Sauerstoffverbrennung von Biomassebrennstoffpartikel
3.1.1 Maisstängel TG-DTG-Kurve
Wie aus 1 ersichtlich, sind 21% O 2TG und DTG-Kurven mit Referenzkurven können in drei Phasen unterteilt werden: Die erste Phase Feuchtigkeits präzipitiert wird, ist der Temperaturbereich von 20 ~ 220 ℃ vier Kurven im Wesentlichen gleich sind, eine Änderung in der Sauerstoffkonzentration der corn stalk Wasseranalyse eines Prozesses. Wenig Wirkung, die zweite Stufe ist flüchtige Verbrennung Stufe kann von der TG-Kurve gesehen werden, 40% O 2Von den sauerstoffreichen Bedingungen ist der Verbrennungsbereich kürzer, der volatile Verbrennungstemperaturbereich von 220 ~ 290 ℃, 21% O 2, 14% O2Thermogramms und wenig Unterschied, der Temperaturbereich von 220 ~ 330 ℃. DTG aus dem Diagramm ersichtlich ist, wurden vier Kurven analysiert erschien Verflüchtigungsrate Spitzen. 40% O 2Von den sauerstoffreichen Bedingungen war die maximale Ausfällungsrate 23% / min, 21% O. 2, 14% O2Pyrolyse- und maximale Niederschlagsrate betrug 14% / min, 13% / min und 12% / min, die dritte Stufe ist eine feste Kohlenstoff Verbrennungsstufe kann aus der TG-Kurve, 40% O gesehen werden 2Corn Verbrennungsabschnitt OXYGEN signifikant reduziert Verbrennungstemperaturbereich von 390 bis 440 ℃, 21% O 2Und 14% O 2Die Kurve ist nicht sehr unterschiedlich, der Temperaturbereich von 220 ~ 330 ℃.
Pyrolyseprodukte Kurve als im Vergleich zu den anderen drei, flüchtiger Verbrennungsstufe zwischen der festen Kohlenstoffverbrennungsstufe ohne offensichtlichen Übergangsabschnitt, ein längeres Intervall von festen Kohlenstoffverbrennungstemperaturbereich von 330 ~ 900 ℃. Wie aus den DTG-Kurven zu sehen sind, Abgesehen von der Pyrolysekurve gibt es keinen Peak der Gewichtsverlustrate und die anderen drei Peaks des Gewichtsverlustes treten auf 2Von dem sauerstoffreichen Maisstroh unter der maximalen Rate von 11% / min, 21% O. 2Die maximale Abscheidungsrate beträgt 4% / min, 40% O 2Die maximale Abscheidungsrate ist 2,75 mal der überschüssige Sauerstoff in der Luft. Beschreibung angereicherte Verbrennungszone verkürzt werden kann und die festen Holzkohle flüchtigen Bestandteile, besser um die Rate der Entfernung der flüchtigen Bestandteile, um die Verbrennungsleistung von Mais zu erhöhen.
3.1.2 Baumwollstiel TG-DTG-Kurve
Wie aus Abbildung 2, Baumwolle stalk TG und DTG-Kurven, die mit Maisstiele, unterteilt in drei Phasen zu erkennen. Die erste Stufe Temperaturbereich 20 ~ 250 ℃. Diese Stufe vier Kurven im Grunde die gleichen sind, was anzeigt, daß die Wasserphase analysiert Sauerstoff Konzentration wenig Wirkung auf Baumwollstiel verändern, eine zweite flüchtige Verbrennungsstufe, so ergeben die Temperatur Stufe von 250 ~ 300 ℃ können aus der TG-Kurve, 40% gesehen wird O. 2Von den sauerstoffreichen Baumwollhalmen flüchtiger Verbrennungstemperaturbereich von 250 ~ 290 ℃, 21% O 2, 14% O2Und -Thermogramm wenig Unterschied, den Temperaturbereich von 220-350 ℃. Wie aus den DTG-Kurven zu sehen ist, wurden vier Kurven auch Spitzen erschien Verdampfungsrate analysiert, und die Spitze des überschüssigen Sauerstoffs frühest. 40% O 2Die maximale Abscheidungsrate der mit Sauerstoff angereicherten Baumwollstiele ist unter 19% / min, war signifikant höher als bei den anderen drei Kurven, dritte Stufe, feste Kohlenstoff Verbrennungsstufe ist, kann aus der TG-Kurve, 40% O gesehen werden 2Unter der Bedingung der Sauerstoffanreicherung ist der Temperaturbereich der Verbrennung von Baumwolle 390 ~ 440 ℃, 21% O 2Die Verringerung der Verbrennungszone bei Bedingungen von 100 ℃. DTG aus dem Diagramm zu sehen ist, zusätzlich zur Pyrolyse Rate der Gewichtsverlustkurve ohne Spitze, sind die anderen drei die Spitzenrate des Gewichtsverlusts aufgetreten ist, und der überschüssige Sauerstoff Peak erscheint frühest. 40% O 2Von dem sauerstoffreichen Maisstroh unter der maximalen Rate von 12% / min, 21% O. 2Die maximale Niederschlagsrate betrug 5% / min, 40% O 2Die maximale Abscheidungsrate ist die 2,4-fache von überschüssigem Sauerstoff in der Luft. Beschreibung angereicherten Verbrennungszone verkürzt werden kann, und Baumwolle-flüchtige feste Kohlenstoff, die Rate der Entfernung der flüchtigen Bestandteile der Erhöhung die Verbrennungseigenschaften von Baumwollstab zu verbessern.
3.1.3 Sägemehl TG-DTG-Kurve
Wie die Sägespäne TG und DTG-Kurven ähnlichen Baumwollstiel, feste Kohlenstoff und flüchtige Stoffe aus Figur 3 ersichtlich ist, aber nicht Maisstengel und Baumwollstengel wesentlich an der Grenze zu verbrennen. Die erste Stufe der Analyse-Phase ist Wasser, vier Kurven im Wesentlichen gleich sind, Beschreibung der Sauerstoffkonzentration ändert sich während der Einfluss auf die Wasseranalyse ist nicht groß Chips; zweite Stufe flüchtige Verbrennungsstufe.
Wie aus der TG-Kurve ersichtlich ist, sind 40% O 2Von den sauerstoffreichen Baumwollhalmen flüchtiger Verbrennungstemperaturbereich von 250-310 ℃, 21% O 2Reduziert um 30 ° C. Wie aus der DTG-Kurve ersichtlich, sind 40% O 2Von den sauerstoffreichen Bedingungen unter der maximalen Niederschlagsrate von 23% / min 214% 02 und die maximale Ausfällungsrate unter Pyrolysebedingungen waren 17% / min, 16% / min und 15% / min, die dritte Stufe für die Verbrennungsphase mit festem Kohlenstoff kann aus der TG-Kurve, 40% O, gesehen werden 2OXYGEN Holzverbrennungstemperaturbereich von 320 bis 440%, mehr als 21% unter den Bedingungen des Verbrennungsabschnittes 02 auf 100 cm³ zu reduzieren. Es kann aus den DTG-Kurven ersichtlich ist, 14% O 2Und die Pyrolysekurve zeigte keinen signifikanten Höchstwert der Gewichtsverlustrate, was darauf hinweist, dass die anaeroben Bedingungen auf der fixierten Kohlenstoffbrennstufe der größeren Hindernisse liegen.
40% O2Von dem sauerstoffreichen Maisstroh unter der maximalen Rate von 12% / min, 21% O. 2Die maximale Niederschlagsrate betrug 6% / min, 40% O 2Die maximale Abscheidungsrate ist 2mal von überschüssigem Sauerstoff in der Luft. Beschreibung angereicherten Verbrennungszone feste Kohlenstoff verkürzt werden kann und die flüchtige Holz gefragt, Entgasung wird Rate erhöht, die Verbrennungseigenschaften von Hackschnitzeln besser.
3.2 Sauerstoffanreicherungsbedingungen für die Eigenschaften von Biomassepelletbrennstoff
3.2.1 Die Wirkung der Sauerstoffanreicherung auf die Eigenschaften von flüchtigen Partikeln in Biomasse
Die Rh-Werte von drei typischen Biomasse-Pellet-Brennstoffen sind in Fig. 4 unter verschiedenen Trägerflüssen und Sauerstoffkonzentrationen gezeigt.
Abbildung 4 zeigt, dass mit der Veränderung des Sauerstoffgehaltes, volatile drei Arten von Rohmaterialteilchen der Kraftstoffanalyse ist typischerweise ein charakteristisches Index stark ändert. Unter hypoxischen Bedingungen, Verflüchtigung Mai, Baumwollstengel und Analyse der Eigenschaften von Holz-Index betrug 7,1 , 7,8 und 7,90 mg / (min · K 2), Dass die am meisten flüchtigen Holzspäne und Baumwolle Stiel unter hypoxischen Bedingungen, die schwierigste volatile Analyse von Mais. Wenn 21% O 2Die Bedingung, Verflüchtigung Mai, Baumwollstengel und Analyse der Eigenschaften von Holz-Index zeigte eine steigende Tendenz, das anzeigt, dass als der Sauerstoffgehalt zunimmt, hat die Verbrennungsstabilität von drei Stroh verbessert.
40% O2Unter dem sauerstoffreichen Zustand betrug die Flüchtigkeit von Mais, Baumwollstiel und Sägemehl 16,3, 12,2 und 13,7 mg / (min · K 2Zeigt), dass überschüssiger Sauerstoff, die Verbrennungsstabilität von drei Stroh deutlich verbesserte im Vergleich zu der Luft, flüchtiger Mais überschüssigen Sauerstoffindex erhöht durch Analyse der Eigenschaften von 7,6 mg / (min · K 2), Während Mais und Sägemehl um 4,1 bzw. 4,8 mg / (min · K) anstiegen 2), Die anzeigt, dass unter den sauerstoffreichen Bedingungen die Förderung der Maisverflüchtigung am stärksten ist.
3.2.2 Sauerstoffanreicherungsbedingungen für die Verbrennungsstabilität von Biomasse
Unter verschiedenen Bedingungen sind die Rw-Werte der drei typischen Biomassepelletbrennstoffe in Fig. 5 gezeigt.
5 zeigt, dass mit der Veränderung des Sauerstoffgehaltes, wodurch die Stabilität von drei typischen Verbrennung von Biomassebrennstoffpartikel können auch variieren. Unter hypoxischen Bedingungen, Mais, Baumwollstengel und Holzverbrennungsstabilitätsindex 800 war, 740 Und 880, darauf hinweist, dass die Verbrennung von Holzspänen unter der besten Sauerstoffstabilität der besten, leicht Mais, Baumwolle Stiele am schlechtesten, wenn 21% O erreicht 2Der Bedingung, Mai, Baumwollstengel und Holzverbrennungsstabilitätsindex betrug 900, 960 und 930, die anzeigt, dass, wie der Sauerstoffgehalt zunimmt, hat die Verbrennungsstabilität drei Arten von Stroh, Baumwollstängel erweitert, die den Stabilitätsindex erhöht 220, ein Anstieg von etwa 100 Maischips, erhöhtem Sauerstoffgehalt anzeigt, unter hypoxischen Bedingungen, die stärksten Baumwollstiele fördern; mit 21% O 2Im Vergleich zu 40% O 2Unter aeroben Bedingungen durch Sägespäne die Stabilitätsindex 640 Mais, Maischips und erhöhte sich um 260 und 430, was eine Erhöhung der Sauerstoffgehalt von überschüssigem Sauerstoff zu fördern stärksten Mais, gefolgt zu erhöhen, Stengel Baumwolle schlimmsten Weitere Die Verbrennungsstabilität der drei typischen Biomassepellets änderte sich parabolisch mit der Änderung der Trägergasströmungsrate nach unten.
3.2.3 Auswirkungen der Sauerstoffanreicherungsbedingungen auf den Biomasseverbrennungsindex
Unter verschiedenen Bedingungen sind die P1-Werte der drei typischen Biomassepellets in 6 gezeigt.
Trendwerte P1 und Rh und Rw Wert Trend ist im wesentlichen der gleiche, was darauf hindeutet, dass die Biomassepartikel volatile Präzipitation Hilfe Partikel Zündtemperatur, die Verbrennungsstabilität zu reduzieren und die Verbrennungsgeschwindigkeit zu verbessern.
Unter hypoxischen Bedingungen sind der Verbrennungskennindex Mai, Baumwollstengel und Hackschnitzeln relativ niedrige anzeigt, dass die drei Arten von rohen Hypoxie schlechte Zündleistung und Eigenschaften von Materialteilchen Brennstoff verbrennen; 21% O 2Die Bedingung, Mais, Baumwolle Stiele und Holzverbrennungsstabilitätsindex des Anstiegs, der den Stabilitätsindex Baumwolle Stiele 2,2 mg erhöht 2/ (min · K 2), Mais und Sägemehl um 1,5, 0,9 mg erhöht 2/ (min · K 2An), daß, wenn der Sauerstoffgehalt zunimmt, hat die Verbrennungsstabilität von drei Stroh verbessert und erhöht den Sauerstoffgehalt des Baumwollstiele stärksten fördern, und mit 21% O 2Im Vergleich zu 40% O 2Angereicherter Zustand, der Maisstabilitätsindex stieg um 4,0 mg 2/ (min · K 2), Baumwollstiele und Sägemehl stieg um 2,4 bzw. 3,6 mg 2/ (min · K 2), Dass sauerstoffreichen Bedingungen Zeigen, drei Arten von Strohverbrennungseigenschaften deutlich verbessert, und erhöht den Sauerstoffgehalt der Mais Zündung, Verbrennung und Burnout Eigenschaften fördern die stärkste, durch Sägemehl gefolgt, Baumwolle Stiel Schlimmste. Ferner drei typische Stabilität der Verbrennung von Biomasse Brennstoffpartikeln mit der Trägergasströmungsrate ändert, sondern zeigte auch eine parabolische Form Öffnung nach unten.
4 Fazit
(1) TG-DTG-Kurve zeigt, dass 40% O 2Sauerstoffteilchen Biomassebrennstoffverbrennung volatilen kürzeren Intervall als 30 deg.] C in Luft, die Verbrennung von festem Kohlenstoff das Intervall zu verkürzen, fast 100 ℃. OXYGEN Entgasungsverfahren 2-2,75 facht die Spitze in der Luft ist, und die Spitze der Zuvor wurde die Biomasseverbrennung erheblich verbessert.
(2) Mit dem Anstieg des Sauerstoffgehaltes, volatilem Mai, Baumwollstengel und Analyse der Eigenschaften der exponentiellen Holzes, die Verbrennungsstabilität und Verbrennungseigenschaften Bestimmung Index Index steigt. In einem 21% 0 14%, ein Konzentrationsbereich, Der Anstieg der drei Indizes ist gering: 21% ~ 40% O 2Unter der Bedingung der Sauerstoffanreicherung zeigen alle drei Indizes einen klaren Aufwärtstrend, was beweist, dass 14% ~ 21% O 2Die Erhöhung des Sauerstoffgehalts innerhalb des Konzentrationsbereichs kann die Biomasseverbrennung verbessern, aber der Effekt ist nicht offensichtlich: 21% ~ 40% O 2Mit Sauerstoff angereicherte Bedingungen können die Verbrennungsleistung von Biomassebrennstoffen wesentlich verbessern.
(3)21% O2Unter drei verschiedenen Indikatoren Mai, Baumwollstengel und Sägemehl ist nicht groß, während 40% 0: OXYGEN drei Indizes höher als Getreide Mai waren Baumwolle Stiel und Hackschnitzeln, die anzeigt, dass überschüssiger Sauerstoff Maize Partikelkraftstoff zur Stärkung der Rolle des Stärkeren.
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