Zhu Yan Yan, Zhang Linhua, Cui Yongzhang, Li Kai, Lv Wenchao,
(1. Escola de Engenharia Térmica de Energia, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China; 2. Shandong Jianzhu Universidade edifício Renewable Energy Laboratory do Ministério da Educação, Ministério do uso da tecnologia, Jinan 250101, China; 3. Shandong Jianzhu Universidade de Arquitetura e Tecnologia de foco província de Shandong na eficiência energética Laboratório, Jinan 250101, Shandong, China; 4. Escola de Engenharia Ambiental e Municipal, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China)
Resumo: O método de combustão enriquecida de oxigénio é uma importante fonte de biomassa directa temperatura de combustão de baixo solução para o problema dos artigos são de milho, haste de algodão e teste de fogo de madeira realizada por análise termogravimétrica, analisando as diferentes concentrações de oxigénio de três palha TG-. efeito de curvas de DTG, três estudo típico características de combustão da biomassa oXIGÉNIO combustível sedimento de resultados exponenciais mostram que: três tipos de partículas de matéria-prima do intervalo de temperatura de queima de combustível para reduzir-se o excesso de razão de oxigénio perto de 1000 ℃ ar, precipitação máxima volátil A taxa de 2 a 2,75 vezes o ar, condições ricas em oxigênio, o índice de combustão do combustível aumentou rapidamente e o maior aumento no talo de milho, indicando que a promoção mais forte do oxigênio da haste de milho.
0 Introdução
A biomassa representa 14% do consumo primário de energia do mundo, com produtos limpos, renováveis e de CO 2Vantagem de emissões quase nulas. Biomassa nossa grande ramo, recursos abundantes, recursos de matérias-primas pode ser convertido em um total de 650 milhões de toneladas de carvão por ano. No presente principalmente na biomassa forma de queima direta para os residentes de energia vivos, que O método de combustão possui as vantagens de operação simples, extração de material conveniente e baixo custo, mas a eficiência de utilização é muito baixa, resultando em desperdício sério de energia e poluição ambiental. Além disso, a temperatura da combustão da combustão de biomassa geralmente não é superior a 1000% combust directa de biomassa pode resolver o problema da baixa temperatura irá ser amplamente utilizado em energia industrial. oxicorte combustão pode melhorar significativamente a temperatura de combustão directa de biomassa, a biomassa é um importante método para resolver o problema da baixa temperatura de combustão directamente.
Nos últimos dez anos, o enriquecimento e a combustão do oxigênio desenvolveram-se tanto no país como no exterior. Muitos países desenvolvidos dedicaram uma grande quantidade de mão-de-obra e recursos materiais ao estudo da tecnologia de enriquecimento de oxigênio, especialmente o Japão, que usava para alimentar diferentes tipos de combustíveis, como gás, petróleo e carvão Ocasião do teste de aplicação rica em oxigênio, tire as seguintes conclusões: com uma combustão com 23% de oxigênio pode economizar energia de 10% a 25%, com 25% de combustão rica em oxigênio pode economizar 20% -40%, com 27% A economia de energia é tão alta como 30% -50%, etc. Rousey analisou as características de combustão de oxigênio do combustível de micron de biomassa e pensou que o enriquecimento de oxigênio poderia melhorar as características de combustão do combustível micron de biomassa e apontou que quando a taxa de enriquecimento de oxigênio é de 40%, a temperatura do forno Até 1600 ℃.
O combustível de pelotização de biomassa possui uma textura densa e de alta pressão e tem uma pequena área de contato com o ar quando queimado, de modo que suas características de ignição e combustão são muito diferentes do combustível micronizado de biomassa. O método de julgar o desempenho da combustão dos combustíveis de biomassa é simples e fácil, mas não pode exibir o nível de temperatura, a taxa de precipitação máxima e o estado de perda de peso de biomassa de diferentes combustíveis de biomassa, portanto, o calor Q50 Os três tipos de combustível típico de pellets de biomassa foram testados por analisador pesado. A curva TG-DTG de três tipos de combustão de combustível foi utilizada para analisar o índice característico da análise de volatilidade, índice de estabilidade da combustão e índice de combustão A seleção de matéria-prima de pellets de biomassa e o projeto de fornalhas de combustão de biomassa em larga escala fornecem uma base teórica, além de melhorar a estrutura energética da China, a proteção ambiental e promover o desenvolvimento econômico rural também tem importante significado prático.
1 Índice de discriminação de características de combustão de partículas de biomassa
1.1 análise volátil do índice característico
A análise volátil do índice característico caracteriza a volatilidade do processo de combustão do desempenho de precipitação é determinar as características de combustão de combustível de partículas de biomassa de um indicador importante.
2 dispositivo e método experimental
2.1 dispositivo experimental
Neste experimento, utilizou-se o analisador termogravimétrico Q50 produzido pela TA Company dos EUA. O purificador consistiu em sistema de gás de purga, termobalança, corpo do forno, controle de temperatura e sistema de medição. Sistema de gás de reposição No forno de aquecimento, parte do gás de purga Após o controle de fluxo de massa digital, a amostra flui horizontalmente e a outra parte é o gás protetor. Depois de passar pela câmara de equilíbrio, o gás se funde com o gás de purga horizontal e sai da porta lateral do forno. A caldeira é colocada na câmara de equilíbrio para fornecer temperatura ambiente a 1000 ° C Excelente precisão e precisão de medição dentro do corpo do forno é um componente chave do analisador termogravimétrico, a maneira mais rápida e precisa de controle de temperatura na temperatura de temperatura ambiente a 1000 ℃; controlador de fluxo de massa digital com gás automático O dispositivo de comutação, não só pode efetivamente melhorar a estabilidade dos dados, mas também para troca rápida de gás inerte e atmosfera oxidante.
2.2 Métodos Experimentais
Para analisar as características de combustão do combustível de pelota de biomassa em condições ricas em oxigênio, o analisador termogravimétrico Q50 foi utilizado para testar três grânulos de biomassa típicos de talos de milho, talos de algodão e aparas de madeira em diferentes condições. Em primeiro lugar, A 40% de O 2, 21% O2, 14% O2E condições de pirólise de cerca de 20mg de teste de queima, taxa de aquecimento de 20 ℃ / min, taxa de fluxo de gás portador de 60mL / min, talos de milho, talos de algodão e curva TG-DTG de serragem, seguida da concentração de oxigênio e As experiências termogravimétricas foram realizadas em condições de 14% e 60 mL / min, 21% e 60 mL / min, 40% e 60 mL / min, 21% e 50 mL / min e 21% e 70 mL / min, respectivamente A análise da volatilização de três tipos de talos por condições de enriquecimento de oxigênio mostrou o índice característico Rh, o índice de discriminação da estabilidade de combustão Rw, a influência do índice característico de combustão P1.
3 resultados experimentais e análises
3.1 condições de enriquecimento de oxigênio biomassa biomassa combustão combustão características de perda de peso
3.1.1 haste de milho curva TG-DTG
Como pode ser visto na Figura 1, 21% de O 2Curve como as curvas TG e DTG da base podem ser divididas em três estágios: o primeiro estágio é a precipitação de água, a faixa de temperatura de 20 ~ 220 ℃. As quatro curvas são basicamente as mesmas, indicando as mudanças de concentração de oxigênio do processo de precipitação de água do milho Pouco efeito; o segundo estágio é o estágio de combustão volátil pode ser visto a partir da curva TG, 40% O 2Das condições ricas em oxigênio, a faixa de combustão é menor, a faixa de temperatura de combustão volátil de 220 ~ 290 ℃, 21% de O 2, 14% O2E a curva de pirólise não é muito diferente, a faixa de temperatura de 220 ~ 330 ° C. A partir da curva DTG, podemos ver que as quatro curvas mostraram a taxa de pico da análise volátil 40% O 2Das condições ricas em oxigênio, a taxa máxima de precipitação foi de 23% / min, 21% de O. 2, 14% O2E a taxa de precipitação máxima em condições de pirólise foi de 14% / min, 13% / min e 12% / minuto, respectivamente. O terceiro estágio foi um estágio fixo de combustão de carbono. A partir da curva TG, observa-se que 40% de O 2Sob a condição de enriquecimento de oxigênio, a faixa de queima de milho é obviamente reduzida, a faixa de temperatura de queima é de 390-440 ℃, 21% de O 2E 14% O 2A curva não é muito diferente, a faixa de temperatura de 220 ~ 330 ℃.
Em comparação com as outras três curvas de pirólise, não existe uma transição óbvia entre o estágio de combustão volátil e o estágio fixo de combustão de carbono e o intervalo fixo de combustão de carbono é maior e a faixa de temperatura é de 330-900 ° C. Como se pode observar a partir da curva DTG, Exceto pela curva de pirólise, não há pico de taxa de perda de peso, e os outros três picos de perda de peso ocorrem. 40% O 2Da farinha de milho rica em oxigênio sob a taxa máxima de 11% / min, 21% de O. 2A taxa máxima de deposição é de 4% / min, 40% de O 2A taxa máxima de deposição em condições ricas em oxigênio é 2,75 vezes maior que a do ar, indicando que o enriquecimento de oxigênio pode encurtar a volatilização das aparas de madeira e o intervalo de queima de carbono fixo, aumentar a taxa de análise volátil e melhorar o desempenho de combustão do milho.
3.1.2 curva de TG-DTG de haste de algodão
Como pode ser visto na Figura 2, as curvas TG e DTG de talos de algodão são basicamente as mesmas que as de talos de milho e são divididas em três estágios. A faixa de temperatura do primeiro estágio é de 20 ~ 250 ℃. As quatro curvas desta etapa são basicamente as mesmas, A mudança de concentração teve pouco efeito sobre os talos de algodão. O segundo estágio foi o estágio de combustão da volatilização com a faixa de temperatura de 250-300 ° C. Pode ser visto a partir da curva TG que 40% de O 2Dos hálitos de algodão ricos em oxigênio, a temperatura de combustão volátil de 250 ~ 290 ℃, 21% de O 2, 14% O2E a curva de pirólise não é muito diferente, a faixa de temperatura de 220-350 ° C. Pode ser visto a partir da curva DTG, as quatro curvas também mostraram o pico da taxa de análise volátil e o pico das primeiras condições ricas em oxigênio. 40% O 2A taxa máxima de deposição de talos de algodão é de 19% / min, o que é obviamente maior do que as outras três curvas. O terceiro estágio é o estágio fixo de combustão de carbono. A partir da curva TG, observa-se que 40% de O 2Sob a condição de enriquecimento de oxigênio, a faixa de temperatura de combustão do algodão é de 390 ~ 440 ℃, 21% de O 2O intervalo de combustão diminuiu em 100 ° C. Pode ser observado a partir da curva de DTG que o pico da taxa de perda de peso apareceu em todos os três, exceto pelo pico da taxa de perda de peso na curva de pirólise e o mais antigo apareceu no pico de enriquecimento de oxigênio. 2Da farinha de milho rica em oxigênio com a taxa máxima de 12% / min, 21% de O. 2A taxa máxima de precipitação foi de 5% / min, 40% de O 2A taxa máxima de precipitação em condições ricas em oxigênio é 2,4 vezes a do ar, o que mostra que o enriquecimento de oxigênio pode encurtar o conteúdo volátil da haste de algodão e a faixa fixa de combustão de carbono, aumentar a taxa de análise volátil e melhorar o desempenho da combustão da haste de algodão.
3.1.3 curva TG-DTG de serragem
Como pode ser visto a partir da Figura 3, as curvas TG e DTG da serragem são mais parecidas com as dos talos de algodão, mas não há talos de milho e talos de algodão nos limites da combustão de carbono volátil e fixo. A primeira fase é o estágio de análise de água e as quatro curvas são basicamente as mesmas, Indicando que a alteração da concentração de oxigênio não tem efeito significativo no processo de análise de água da serragem, o segundo estágio é o estágio de combustão volátil.
Como pode ser visto a partir da curva TG, 40% de O 2Dos hálitos de algodão ricos em oxigênio, a temperatura de combustão volátil de 250-310 ℃, 21% de O 2Reduzida por 30 ° C. Como pode ser visto a partir da curva DTG, 40% de O 2Das condições ricas em oxigênio sob a taxa máxima de precipitação de 23% / min 2, 14% 02 e a taxa máxima de precipitação em condições de pirólise foram 17% / min, 16% / min e 15% / min; o terceiro estágio para a fase fixa de combustão de carbono pode ser visto a partir da curva TG, 40% O 2Sob a condição rica em oxigênio, a faixa de temperatura de queima das aparas de madeira é de 320 ~ 440%, que é 100cc menor do que a faixa de queima de 21% 02. Pode ser visto a partir da curva DTG que 14% O 2E a curva de pirólise não mostrou um pico significativo da taxa de perda de peso, indicando que as condições anaeróbicas no estágio de queima de carbono fixo dos obstáculos maiores.
40% O2Da farinha de milho rica em oxigênio com a taxa máxima de 12% / min, 21% de O. 2A taxa máxima de precipitação foi de 6% / min, 40% de O 2O enriquecimento de oxigênio nas condições da taxa máxima de 2 vezes no ar. O enriquecimento de oxigênio pode encurtar a volatilização de aparas de madeira e a zona de combustão fixada em carbono solicitada a aumentar a taxa de análise volátil, a combustão de aparas de madeira melhor desempenho.
3.2 condições de enriquecimento de oxigênio nas características do combustível de pelotização de biomassa
3.2.1 O efeito do enriquecimento de oxigênio nas características das partículas voláteis na biomassa
Os valores de Rh de três combustíveis de pellets de biomassa típicos são mostrados na Figura 4 sob diferentes fluxos de transportadores e concentrações de oxigênio.
A Figura 4 mostra que, com a alteração do teor de oxigênio, os compostos orgânicos voláteis (APIs) de três pellets de biomassa típicos mudam muito e, sob a condição de deficiência de oxigênio, os índices de análise de volatilidade de milho, tallo de algodão e serradura são 7.1 , 7,8 e 7,90 mg / (min · K 2), Indicando que as aparas de madeira mais voláteis e o talo de algodão em condições hipóxicas, a análise volátil mais difícil do milho. Quando 21% de O 2Sob as condições, os índices característicos da análise volátil de milho, tallo de algodão e serradura mostraram uma tendência ascendente, indicando que com o aumento do teor de oxigênio, a estabilidade da combustão da palha foi melhorada.
40% O2Sob a condição rica em oxigênio, a volatilidade do milho, tallo de algodão e serradura foram 16,3, 12,2 e 13,7 mg / (min · K 2), Indicando que, sob a condição de enriquecimento de oxigênio, a estabilidade da combustão da palha de três melhorou significativamente. Comparada com o ar, o índice característico de volatilização do milho sob enriquecimento de oxigênio aumentou 7.6mg / (min · K 2), Enquanto o milho e serradura aumentaram 4,1 e 4,8 mg / (min · K, respectivamente) 2), Indicando que, sob as condições ricas em oxigênio, a promoção da volatilização do milho é mais forte.
3.2.2 condições de enriquecimento de oxigênio na estabilidade da combustão de biomassa
Em condições diferentes, os valores de Rw dos três combustíveis típicos de pelota de biomassa são mostrados na figura 5.
A Figura 5 mostra que a estabilidade da combustão dos três combustíveis de pelotização de biomassa típicos varia muito com a mudança no teor de oxigênio. Os índices de estabilidade de combustão de milho, tallo de algodão e pellets de madeira são, respectivamente, 800, 740 E 880, indicando que a combustão de aparas de madeira com a melhor estabilidade ao oxigênio do melhor, ligeiramente milho, talcos de algodão pior, quando atingiu 21% de O 2O índice de estabilidade da combustão do milho, tallo de algodão e serradura foram 900, 960 e 930, respectivamente, o que indicou que com o aumento do teor de oxigênio, a estabilidade da combustão de três tipos de palha foi aumentada e o índice de estabilidade do talo de algodão aumentou 220, o milho e a serragem aumentaram cerca de 100, indicando que o aumento do teor de oxigênio em condições hipóxicas tem o efeito promocional mais forte em hastes de algodão e 21% de O 2Comparado com 40% de O 2Enriquecido, o índice de estabilidade do milho aumentou 640 e o do milho e a serragem aumentaram 260 e 430, respectivamente, o que indicou que o teor de oxigênio aumentou sob o enriquecimento de oxigênio teve o efeito de promoção mais forte sobre o milho, seguido de serradura, o talão de algodão foi o pior. A estabilidade da combustão dos três grânulos de biomassa típicos mudou parabolicamente para baixo com a mudança do caudal de gás do transportador.
3.2.3 Efeitos das condições de enriquecimento do oxigênio no índice de combustão da biomassa
Em condições diferentes, os valores de P1 dos três grânulos típicos de biomassa são mostrados na Fig. 6.
A tendência de mudança do valor de P1 Rh e Rw e a tendência de mudança do valor são basicamente as mesmas, indicando que a precipitação de partículas de biomassa é favorável para reduzir a temperatura de ignição das partículas para melhorar a estabilidade da combustão e a taxa de combustão.
Sob a condição de anaeróbico, o índice de queima de milho, tallo de algodão e serradura é relativamente baixo, o que indica que o desempenho de ignição e burnout dos três tipos de pellets de biomassa são pobres sob condições hipóxicas, 21% de O 2Sob as condições, o índice de estabilidade de queima de milho, tallo de algodão e serradura mostrou uma tendência ascendente, em que o índice de estabilidade do algodão aumentou em 2,2 mg. 2/ (min · K 2), O milho e a serragem aumentaram 1,5, 0,9 mg 2/ (min · K 2), Indicando que com o teor de oxigênio aumentado, a estabilidade da combustão da palha foi melhorada e aumentar o teor de oxigênio da estria para promover a mais forte, e 21% de O 2Comparado com 40% de O 2Enriquecido, o índice de estabilidade do milho aumentou 4,0 mg 2/ (min · K 2), Talos de algodão e serradura aumentaram 2,4 e 3,6 mg, respectivamente 2/ (min · K 2) Mostrou que sob a condição de enriquecimento de oxigênio, as características de combustão dos três tipos de palha melhoraram significativamente e o aumento do teor de oxigênio teve o efeito de promoção mais forte nas características de ignição, combustão e burnout do milho, seguido de serragem, A estabilidade da combustão dos grânulos de biomassa muda parabolicamente para baixo com a mudança do caudal do gás portador.
4 Conclusão
(1) A curva de TG-DTG mostra que 40% de O 2Sob a condição de enriquecimento de oxigênio, o período de combustão da matéria volátil do combustível de pelotização de biomassa é encurtado em 30 ℃ do que o do ar e o período de queima do carbono fixo é reduzido em quase 100 ℃. O pico da análise volátil sob o enriquecimento de oxigênio é 2-2,75 vezes maior que o do ar, Mais cedo, o desempenho da combustão de biomassa foi significativamente melhorado.
(2) Com o aumento do teor de oxigênio, a análise da volatilidade da análise do índice de milho, cotonete e serragem do índice, a estabilidade da combustão do índice de discriminação eo índice de características de combustão apresentaram uma tendência ascendente nos 14% a 21% O aumento dos três índices é pequeno. 21% ~ 40% O 2Sob a condição de enriquecimento de oxigênio, os três índices mostram uma clara tendência ascendente, o que prova que 14% ~ 21% O 2Aumentar o teor de oxigênio dentro da faixa de concentração pode melhorar o desempenho da combustão da biomassa, mas o efeito não é óbvio: 21% ~ 40% O 2As condições enriquecidas com oxigênio podem melhorar substancialmente o desempenho da combustão dos combustíveis de biomassa.
(3)21% O2Sob as condições, os três índices de milho, tallo de algodão e serragem não são grandes diferenças, mas 40% 0: Três índices de grão de milho são, obviamente, mais altos do que o talo de algodão e serradura sob condição de enriquecimento de oxigênio, Combustível particulado para promover o papel de mais forte.
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