Чжу Янь Янь, Чжан Линьхуа, Цуй Юнчжан, Ли Кай, Лев Венчао,
(1. Школа теплоэнергетического машиностроения, Шаньдун Цзяньчжу университета, Цзинань 250101, Китай; 2. Шаньдун Цзяньчжу университет лаборатория возобновляемой энергии здание Министерства образования, Министерства использования технологии, Цзинань 250101, Китай; 3. Шаньдун Цзяньчжу университет архитектуры и технологии фокуса провинции Шаньдун по энергоэффективности Лаборатория, Цзинань 250101, Шаньдун, Китай; 4. Школа экологического и муниципального строительства, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, Китай)
Реферат: Метод обогащенного кислорода сгорания является важным источником прямой биомассы температуры сгорания низкого решения проблемы статей являются кукурузой, хлопок стебель и испытание на огнестойкость древесины осуществляется с помощью термогравиметрического анализа, путем анализа различных концентраций кислорода в три соломе Тде. Влияние кривых ДТГ, три типичного исследования характеристик сгорания кИСЛОРОД биомассы гранул топлива экспоненциальных результаты показывают, что: три вида частиц сырья в выгорания интервале температур топлива, чтобы уменьшить коэффициент избытка кислорода вблизи 1000 ℃ воздуха, летучими максимальное количество осадков Скорость в 2-2,75 раза превышает воздух, условия, богатые кислородом, индекс горения топлива быстро рос и наибольшее увеличение кукурузного стебля, что указывает на то, что кислород-сильнейшее продвижение кукурузного стебля.
0 Введение
На биомассу приходится 14% мирового потребления энергии, чистая, возобновляемая и CO 2Преимущество почти нулевым уровнем выбросов. Биомасса нашу обширную отрасль, обильные ресурсы, сырьевые ресурсы могут быть преобразованы в общей сложности 650 млн т угля в год. В настоящее время в основном в биомассе прямого сжигания, как для жителей, проживающих энергию, которая сгорания вида является простым, легко получить, и низкую стоимость, но эффективность очень низок, что приводит к серьезным отходам энергии и загрязнения окружающей среды. кроме того, температура пламени горения брикетов из биомассы в целом не более 1000%, если прямое сжигание биомассы может решить проблему низкой температуры будет широко использоваться в промышленной энергии. сгорания на кислородном топливе может значительно повысить температуру прямого сжигания биомассы, биомасса является важным методом, чтобы решить проблему низкой температуры горения непосредственно.
В течение последних десяти лет и более обогащение и сжигание кислорода значительно развивались как внутри страны, так и за рубежом. Многие развитые страны выделили много трудовых ресурсов и ресурсов для изучения обогащенных кислородом технологий, особенно в Японии. В отличие от топливного газа, нефти и угля В связи с насыщенным кислородом испытанием на применение сделайте следующие выводы: 23% обогащенного кислородом горения могут быть энергосберегающими на 10-25%, при этом 25% -ное обогащение кислородом может сэкономить 20-40%, при этом 27% Энергосбережение достигает 30% -50% и т. Д. Rousey проанализировал характеристики горения кислородного топлива микронного топлива биомассы и подумал, что обогащение кислородом может улучшить характеристики сгорания микронного топлива биомассы и указывает, что, когда скорость обогащения кислородом составляет 40%, температура в печи До 1600 ℃.
Топливо для топлива из биомассы имеет высокое давление, плотную текстуру и имеет небольшую площадь контакта с воздухом при сжигании, поэтому его характеристики воспламенения и сгорания сильно отличаются от микронизированного топлива из биомассы. Метод оценки характеристик сгорания топлива из биомассы прост и прост, но он не может отображать температурный уровень, максимальную скорость осаждения и состояние потери массы биомассы для различных видов топлива из биомассы, поэтому тепло Q50 Три типа типичных топливных гранул биомассы были испытаны тяжелым анализатором. Кривая TG-DTG трех видов сжигания топлива использовалась для анализа характеристического индекса анализа волатильности, индекса стабильности горения и индекса горения Выбор сырья для производства гранул биомассы и крупномасштабная разработка печи для сжигания биомассы обеспечивают теоретическую основу, помимо улучшения энергетической структуры Китая, защиты окружающей среды и содействия экономическому развитию в сельской местности, также имеет важное практическое значение.
1 Показатель дискриминации характеристик сгорания частиц биомассы
1.1 летучий анализ характеристического индекса
Летучий анализ характеристического индекса характеризует волатильность процесса горения характеристик осадков, чтобы определить характеристики горения топлива в виде частиц биомассы важного показателя.
2 экспериментальное устройство и метод
2.1 экспериментальное устройство
В этом эксперименте использовался термогравиметрический анализатор Q50, выпускаемый компанией TA Company США. Очиститель состоял из системы продувочного газа, термобаланса, корпуса печи, системы контроля температуры и измерения. Пусковая газовая система. В нагревательной печи часть продувочного газа После цифрового контроля массового расхода образец протекает горизонтально, а другая часть является защитным газом. После прохождения через балансировочную камеру газ сливается с горизонтальным продувочным газом и вытекает из бокового порта печи. Термобаланс помещается в балансовую камеру для обеспечения комнатной температуры до 1000 ° C Превосходная точность измерения и точность в корпусе печи являются ключевым компонентом термогравиметрического анализатора, самым быстрым и точным способом регулирования температуры в температурном диапазоне от комнатной температуры до 1000 ℃, цифровой контроллер массового расхода с автоматическим газом Коммутационное устройство не только может эффективно улучшить стабильность данных, но и для быстрого переключения инертного газа и окислительной атмосферы.
2.2 Экспериментальные методы
Для анализа характеристик сгорания топлива из гранул биомассы в условиях, богатых кислородом, термогравиметрический анализатор Q50 использовался для испытания трех типичных гранул биомассы кукурузных стеблей, хлопковых стеблей и древесной щепы в разных условиях. Во-первых, При 40% O 2, 21% O2, 14% O2И пиролитические условия испытаний на горение около 20 мг, скорость нагрева 20 ℃ / мин, расход газа-носителя 60 мл / мин, стебли кукурузы, стебли хлопка и кривые TG-DTG опилок, а затем концентрация кислорода и Термогравиметрические эксперименты проводили в условиях 14% и 60 мл / мин, 21% и 60 мл / мин, 40% и 60 мл / мин, 21% и 50 мл / мин и 21% и 70 мл / мин соответственно Анализ улетучивания трех видов стеблей по условиям обогащения кислородом показал характерный индекс Rh, показатель дискриминации стабильности горения Rw - влияние индекса характеристик горения P1.
3 экспериментальных результата и анализ
3.1. Условия обогащения кислородом. Характеристики потери веса топлива биомассы биомассы
3.1.1 кривая кукурузы TG-DTG
Как видно из рисунка 1, 21% O 2Кривая, поскольку базовые кривые TG и DTG можно разделить на три этапа: первая стадия - осаждение воды, диапазон температур 20 ~ 220 ℃. Четыре кривые в основном одинаковы, что указывает на изменение концентрации кислорода в процессе осаждения воды из кукурузы Небольшой эффект, второй этап - летучая ступень сгорания, видна из кривой ТГ, 40% O 2Из условий, богатых кислородом, диапазон сжигания короче, диапазон летучих температур сгорания 220 ~ 290 ℃, 21% O 2, 14% O2И кривая пиролиза не очень отличается, диапазон температур 220-330 ° С. Из кривой DTG видно, что четыре кривые показали максимальную скорость летучего анализа 40% O 2Из богатых кислородом условий максимальная скорость осаждения составляла 23% / мин, 21% O. 2, 14% O2Максимальная скорость осаждения в условиях пиролиза составляла 14% / мин, 13% / мин и 12% / мин соответственно. Третьей стадией была фиксированная стадия сжигания углерода. Из кривой TG можно видеть, что 40% O 2При условии обогащения кислородом диапазон сжигания кукурузы, очевидно, сокращается, диапазон температур горения составляет 390-440 ℃, 21% O 2И 14% O 2Кривая не очень отличается, диапазон температур 220-300 ℃.
По сравнению с другими тремя кривыми пиролиза, нет очевидного перехода между летучей стадией горения и стадией сжигания с фиксированным углеродом, а фиксированный интервал сгорания углерода длиннее, а температурный диапазон составляет 330-900 ° С. Как видно из кривой DTG, За исключением кривой пиролиза, нет пика скорости потери веса, а остальные три пика потери веса происходят. 40% O 2Из богатого кислородом кукурузного пюре при максимальной скорости 11% / мин, 21% O. 2Максимальная скорость осаждения составляет 4% / мин, 40% O 2Максимальная скорость осаждения в обогащенном кислородом состоянии в 2,75 раза выше, чем в воздухе, что указывает на то, что обогащение кислородом может сократить улетучивание древесной стружки и фиксированный интервал горения углерода, увеличить скорость летучего анализа и повысить эффективность сгорания кукурузы.
3.1.2 Кривая ТГ-ДТГ
Как видно из рисунка 2, кривые TG и DTG хлопковых стеблей в основном такие же, как у кукурузных стеблей, и делятся на три этапа: первая стадия имеет температурный диапазон от 20 до 250 ° C. Четыре кривые этой стадии в основном одинаковы, Изменение концентрации мало повлияло на хлопковые стебли. Второй этап состоял в стадии горения улетучивания с температурным диапазоном 250-300 ° C. Из кривой TG видно, что 40% O 2Из богатых кислородом хлопковых стеблей летучий диапазон температуры горения 250 ~ 290 ℃, 21% O 2, 14% O2Кривая пиролиза не очень различна, диапазон температур 220-350 ° C. Из кривой DTG видно, что четыре кривые также показывают пик скорости летучего анализа и пик самых ранних обогащенных кислородом условий. 40% O 2Максимальная скорость осаждения хлопчатобумажных стеблей составляет 19% / мин, что, очевидно, выше, чем у остальных трех кривых. Третий этап - стадия с фиксированным углеродным сжиганием. Из кривой TG видно, что 40% O 2При условии обогащения кислородом диапазон температур горения хлопка составляет 390-440 ℃, 21% O 2Интервал сгорания уменьшился на 100 ° C. Из кривой DTG видно, что пик скорости потери веса проявился во всех трех, за исключением пика скорости потери веса на кривой пиролиза, и самые ранние появились на пике обогащения кислородом. 2Из богатого кислородом кукурузного пюре при максимальной скорости 12% / мин, 21% O. 2Максимальная скорость осаждения составляла 5% / мин, 40% O 2Максимальная скорость осаждения в условиях, богатых кислородом, в 2,4 раза выше, чем в воздухе, что показывает, что обогащение кислородом может сократить летучее содержание хлопкового стебля и фиксированного диапазона сжигания углерода, увеличить скорость летучего анализа и улучшить характеристики сгорания хлопкового стебля.
3.1.3 Кривая TG-DTG опилок
Как видно из рисунка 3, кривые TG и DTG опилок более похожи на кривые стебля хлопка, но на границах летучего и фиксированного сжигания углерода нет стеблей кукурузы и хлопковых стеблей. Первая фаза - это этап анализа воды, и четыре кривые в основном одинаковы, Указание на то, что изменение концентрации кислорода не оказывает существенного влияния на процесс водного анализа опилок, вторая стадия - летучая ступень горения.
Как видно из кривой TG, 40% O 2Из богатых кислородом хлопчатобумажных стеблей летучий диапазон температуры горения 250-310 ℃, 21% O 2Уменьшение на 30 ° C. Как видно из кривой DTG, 40% O 2Из богатых кислородом условий при максимальной скорости осаждения 23% / мин 2, 14% 02 и максимальная скорость осаждения в условиях пиролиза составляли 17% / мин, 16% / мин и 15% / мин, третья стадия для фазы с фиксированным углеродным сгоранием была видна из кривой ТГ, 40% О 2В условиях, богатых кислородом, диапазон температуры горения опилок составляет 320-440%, что на 100 см меньше, чем диапазон горения ниже 21% 02. Из кривой DTG видно, что 14% O 2И кривая пиролиза не показала значительного пика скорости потери веса, что указывает на то, что анаэробные условия на фиксированной стадии сжигания углерода в больших препятствиях.
40% O2Из богатого кислородом кукурузного пюре при максимальной скорости 12% / мин, 21% O. 2Максимальная скорость осаждения составляла 6% / мин, 40% O 2Обогащение кислородом в условиях максимальной скорости в 2 раза в воздухе. Обогащение кислородом может сократить улетучивание древесной щепы и фиксированной зоны сжигания углерода, требуемой для увеличения скорости летучего анализа, сжигания древесной стружки.
3.2. Условия обогащения кислородом по характеристикам топлива для топливных гранул биомассы
3.2.1 Влияние обогащения кислородом на характеристики летучих частиц в биомассе
Значения Rh трех типичных топливных гранул биомассы показаны на рисунке 4 при различных потоках носителей и концентрациях кислорода.
На рисунке 4 показано, что с изменением содержания кислорода летучие органические соединения (API) трех типичных гранул биомассы сильно изменяются, и при условии отсутствия кислорода показатели анализа волатильности кукурузы, хлопкового стебля и опилок составляют 7,1 , 7,8 и 7,90 мг / (мин · K 2), Указав, что наиболее летучие древесные щепы и хлопчатобумажные стебли в гипоксических условиях - самый сложный летучий анализ кукурузы. Когда 21% O 2В условиях характерные показатели летучего анализа кукурузы, хлопкового стебля и опилок показали тенденцию к повышению, что указывает на то, что с увеличением содержания кислорода повышалась стабильность горения трех соломинок.
40% O2В условиях богатого кислородом волатильность кукурузы, хлопкового стебля и опилок составляла 16,3, 12,2 и 13,7 мг / (мин · К 2), Указав, что при условии обогащения кислородом стабильность горения трех соломы значительно улучшилась. По сравнению с воздухом характерный показатель улетучивания кукурузы при обогащении кислородом увеличился на 7,6 мг / (мин · К 2), В то время как кукуруза и опилки увеличились на 4,1 и 4,8 мг / (мин · К, соответственно) 2), Указав, что в условиях, богатых кислородом, продвижение улетучивания кукурузы является самым сильным.
3.2.2 условия обогащения кислородом на устойчивость к сгоранию биомассы
В разных условиях значения Rw трех типичных топливных гранул биомассы показаны на фиг.5.
На рисунке 5 показано, что стабильность горения трех типичных топлив гранул биомассы сильно варьируется в зависимости от изменения содержания кислорода. Показатели стабильности горения кукурузы, хлопкового стебля и древесных гранул составляют соответственно 800, 740 И 880, что указывает на то, что сжигание древесной щепы с лучшей кислородной стабильностью лучших, немного кукурузы, хлопковые стебли худшие, когда достигнуто 21% O 2Показатель стабильности горения кукурузы, хлопкового стебля и опилок составлял соответственно 900, 960 и 930, что указывало на то, что с увеличением содержания кислорода повышалась стабильность горения трех видов соломы и повышался индекс стабильности хлопкового стебля 220, кукуруза и опилки увеличились примерно на 100, что указывает на то, что увеличение содержания кислорода в гипоксических условиях оказывает наиболее сильное стимулирующее воздействие на хлопковые стебли и 21% O 2По сравнению с 40% O 2Обогащенное состояние, индекс стабильности кукурузы увеличился на 640, а кукуруза и опилки увеличились соответственно на 260 и 430, что указывает на то, что содержание кислорода, увеличивающееся при обогащении кислородом, оказало самое сильное влияние на кукурузу, за которым следовали опилки, хлопковый стебель был наихудшим. Стабильность горения трех типичных гранул биомассы изменялась параболически вниз с изменением расхода газа-носителя.
3.2.3. Влияние условий обогащения кислородом на показатель сжигания биомассы
В разных условиях значения Р1 трех типичных гранул биомассы показаны на рис.6.
Тенденция изменения значения Р1 Rh и Rw и меняющегося тренда значения в основном одинаковы, что указывает на то, что осаждение частиц биомассы способствует уменьшению температуры воспламенения частиц для улучшения ее стабильности сгорания и скорости горения.
При состоянии анаэробного показателя горения кукурузы, хлопкового стебля и опилок относительно низки, что указывает на то, что показатели горения и выгорания трех видов гранул биомассы в условиях гипоксии низки, 21% O 2В условиях этого показателя показатель стабильности горения кукурузы, хлопкового стебля и опилок показал тенденцию к росту, в которой индекс стабильности стебля хлопка увеличился на 2,2 мг 2/ (min · K 2), Кукуруза и опилки увеличились на 1,5, 0,9 мг 2/ (min · K 2), Указав, что при увеличении содержания кислорода повышалась стабильность горения трех соломин и повышалась концентрация кислорода в полосе, чтобы способствовать наиболее сильному, и 21% O 2По сравнению с 40% O 2Обогащенное состояние, индекс стабильности кукурузы увеличился на 4,0 мг 2/ (min · K 2), Хлопковые стебли и опилки увеличились на 2,4 и 3,6 мг соответственно 2/ (min · K 2) Показано, что при условии обогащения кислородом характеристики горения трех видов соломы значительно улучшаются, а увеличение содержания кислорода оказывает самое сильное стимулирующее влияние на характеристики воспламенения, сгорания и выгорания кукурузы, за которыми следуют опилки, Стабильность сгорания гранул биомассы изменяется параболически вниз с изменением скорости потока газа-носителя.
4 Заключение
(1) Кривая TG-DTG показывает, что 40% O 2В условиях обогащения кислородом период горения летучих веществ в топливе гранул биомассы укорачивается на 30 ℃ по сравнению с воздухом, а период горения фиксированного углерода сокращается почти на 100 ℃. Пик летучего анализа при обогащении кислородом в 2-2,75 раза выше, чем в воздухе, Ранее эффективность горения биомассы значительно улучшилась.
(2) При увеличении содержания кислорода анализ летучести анализа кукурузы, хлопкового стебля и опилок индекса, стабильности горения индекса дискриминации и индекса характеристик горения показал тенденцию к росту в 14-21% Увеличение трех индексов невелико: 21% ~ 40% O 2При условии обогащения кислородом три индекса показывают явный восходящий тренд, который доказывает, что 14% ~ 21% O 2Увеличение содержания кислорода в пределах диапазона концентраций может улучшить характеристики сгорания биомассы, но эффект не очевиден: 21% ~ 40% O 2Обогащенные кислородом условия могут существенно улучшить характеристики горения биомассовых топлив.
(3)21% O2В условиях три индекса кукурузы, хлопкового стебля и опилок не имеют большой разницы, но 40% 0: три индекса зерна кукурузы, очевидно, выше, чем хлопковые стебли и опилки в условиях обогащения кислородом, Частичное топливо для повышения роли сильнее.
Ссылки:
'1' Национальное бюро статистики Китая .2009 Китайский статистический ежегодник «М». Пекин: China Statistics Press, 2009.
«2» Рен Минна, Цуй Юнчжан, Ли Сяо и др. Характеристики горения восьми видов частиц биомассы «J». Журнал Университета Шаньдун Цзяньчжу, 2012, 27 (3): 298-301.
«3» Тянь Хэчжун, Чжао Дэн, Ван Ян. «J». Китайский журнал по окружающей среде, 2011, 2 (31): 349-357.
'4' Rousei Yi. Предварительное исследование по обогащенному кислородом сжиганию порошков биомассы. Ухань: Университет науки и технологий Хуажжун, 2007.
'5' Rousei Yi. Анализ характеристик горючего топлива биомассы Micron Fuel 'J. Journal of Northeast Forestry University, 2009, 5 (5): 86-87.
«6» Чэнь Цзяньюань, Сунь Синьсин. Определение летучих характеристик высвобождения и индекса горения угля [J]. Power Engineering, 1987, 5: 13-18.
«7» JING Zhentao, LIANG Jing, WANG Qin и др. Исследование кинетики горения двух биомассы стебля [J]. Гидроэнергетика и возобновляемая энергия, 2010, 3 (3): 69-71.
«8» Цуй Юнчжан, Ли Сяо, Рен Минна и др. Экспериментальные исследования влияния объема воздуха на сжигание соломенного твердого топлива [J]. Журнал Университета архитектурной науки и технологии Шаньдун, 2012, 27 (2): 167-171.
«9» WEI Zhao-long, GUO Chao-ling, YANG Yi-bo. Экспериментальное исследование по стабильности сжигания угля [J] .Boiler Technology, 1999, 10 (1): 6-9.
Экспериментальные исследования характеристик горения и горения слоя стеблевой биомассы «D». Шанхай: Шанхайский университет Цзяотун, 2008.
