于娟 1, 于洪亮 2, 齐菁 2, 李庆2
(1.辽宁省林业种苗管理总站, 辽宁沈阳110036; 2.辽宁省森林经营研究所, 辽宁丹东118002)
摘要: 文章采用高频机械振动筛和锥形量热仪对稻壳生物质颗粒使用性能进行检测, 结果表明, 稻壳生物质颗粒的运输性, 储存性均符合生物质颗粒燃料标准, 其热效性能接近原煤, 而环保性能优于原煤, 完全能够满足作为替代能源的各项要求, 作为生物质能源具有巨大的利用前景.
生物质能源是可再生能源中重要的一种, 生物质能源很大程度上可以补充常规能源的短缺. 与其他生物质能源技术相比, 生物质颗粒燃料技术更容易实现大规模生产和使用, 使用生物质颗粒的方便程度可与燃气, 燃油等能源媲美. 利用农林废弃物如稻壳, 木屑, 秸秆等生产颗粒燃料是生物质能源中具有较好的经济效益和社会效益的一种. 在生物质颗粒产品中, 稻壳颗粒是一种新兴产品. 与其它种类的生物质颗粒产品相比, 稻壳颗粒的原料来源更广泛, 价格更低廉, 成型效果更好, 生产过程更简单, 具有很好的经济, 生态和社会效益.
目前对于稻壳颗粒产品的使用性能的研究还处于探索阶段, 随着新技术, 新仪器的出现而不断的发展. 生物质能源颗粒作为一种替代能源, 其使用性能就成为了能否广泛应用的重要前提. 本文采用高频机械振动筛和锥形量热仪对稻壳生物质颗粒使用性能进行检测, 以期为稻壳生物质颗粒燃料技术的开发和产业化应用提供依据.
1检测材料和方法
1.1检测材料及仪器
试材: 稻壳生物质颗粒, 圆柱状, 规格为: 长80mm, 直径8mm.
仪器: 高频机械振动筛(丹东隆昌机械制造有限公司), 锥形量热仪(英国FTT公司).
1.2检测方法
试件制作: 以稻壳作为原料成分, 制造出稻壳生物质颗粒的成型产品, 从中选取成型质量好的用于使用性能试验.
使用性能检测:
①运输性能检测: 将高频机械振动筛作为测定颗粒产品机械碎料率的检测设备, 该振动筛的筛孔直径为5mm. 取稻壳生物质颗粒产品5kg, 依次放于振动筛中进行高频振动处理, 振动处理时间为2h. 振动处理结束后, 测量振动筛中剩余颗粒产品的质量, 从而计算得出该颗粒产品的机械碎料率. 具体的计算公式如下:
②贮存, 热效和环保性能检测: 按照ISO5660-1进行检测. 首先, 将稻壳生物质颗粒产品均匀排列, 放置于燃烧试件盒中, 并将该盒铺满, 试件盒的规格为100mm×100mm. 然后, 将燃烧试件盒放置于锥形量热仪的燃烧台上, 点火燃烧, 当燃烧过程结束后, 停止测量, 记录检测数据.
2检测结果与分析
2.1运输性能
稻壳生物质能源颗粒作为一种商品, 免不了要对其进行运输. 而在运输过程中稻壳生物质颗粒产品都会受到不同程度颠簸和振动, 有些结合强度不高的颗粒就会破碎成粉料, 从而严重影响生物质颗粒产品的使用性能. 颗粒产品的机械碎料率主要就是由其原料结合强度决定的, 因此可以作为表征稻壳生物质颗粒运输性能的指标. 通过检测数据可知(表1), 稻壳生物质颗粒的机械碎料率为2.5% , 完全满足颗粒产品运输性能的要求.
2.2贮存性能
本研究的颗粒贮存性能主要是指稻壳生物质颗粒在贮存过程中是否容易引发火灾, 威胁安全生产. 其具体的性能指标包括点燃时间和热释放速率.
点燃时间又被称为着火感应时间, 是检测产品从开始点火到被点燃为止所需要的时间, 这项指标可以衡量产品的热稳定性. 检测发现稻壳生物质颗粒的点燃时间在85S以上, 与绝大多数木材差不多, 热稳定性处于安全范围.
热释放速率是指在设定的外加热辐射强度下, 燃料引燃后单位表面积上释放热量的速率. 该项指标可以用来评定材料的火灾安全性能, 它的峰值越大, 在火灾中, 该种材料越容易加速火焰的传播. 采用锥形量热仪对稻壳生物质颗粒的热释放速率进行测量可知, 稻壳生物质颗粒在被点燃后, 其热释放速率迅速提高, 在305S时达到峰值, 而且能够在100kW/ m 2以上较高的热释放速率下维持较长的时间. 经过检测, 稻壳生物质颗粒的热释放速率的有效值为138.9kW/ m 2, 与绝大多数木材相近, 处于安全范围.
2.3热效性能
由表1检测数据可知, 稻壳生物质颗粒的热值在18003.2kJ/ kg以上, 而原煤的热值一般在20934kJ/ kg左右. 这表明稻壳生物质颗粒燃烧时产生的热值接近原煤, 完全满足替代能源的热效要求. 此外, 稻壳生物质颗粒完全燃烧后产生的灰分含量比率(<13% )远小于原煤燃烧后所产生的灰分含量比率(>25% ). 而燃烧时释放一氧化碳(CO)量的有效值为0.02kg/ kg, 比原煤燃烧时释放一氧化碳(CO)量的有效值(0.06kg/ kg)dx. 这表明在相同燃烧条件下, 稻壳生物质颗粒要比原煤燃烧完全, 热能损失小, 释放的灰分物质少.
2.4环保性能
2.4.1烟尘排放性能
本研究主要采用排烟黑度(林格曼级)来评价燃料燃烧过程中排放烟尘的浓度. 该指标分0(全白)至5六个等级. 在标准状态下, 林格曼1度(级)的烟尘浓度相当于0.25g/ m 3, 4度(级)相当于2.3g/ m 3, 5度(级)相当于4~ 5g/ m 3. 我国《工业炉窑烟尘排放标准》(GB9078.88)规定城市生活地区燃煤炉窑排烟黑度不得超过林格曼l级, 其他地区不超过2级, 燃油炉窑一律不得超过1级. 由表1可知, 稻壳生物质颗粒燃烧时的排烟黑度确定小于1级. 完全符合我国关于烟尘排放量的各项规定.
2.4.2碳排放性能
稻壳生物质颗粒燃料的碳排放性能主要是指二氧化碳(CO 2)和一氧化碳(CO)两种气体的释放量. 其中, 一氧化碳释放量的有效值为0.02kg/ kg, 而二氧化碳属于温室气体的一种, 它的大量排放造成了全世界最为担忧的 '温室效应' . 但是作为有机燃料, 燃烧过程中二氧化碳的释放是不可避免的, 作为替代能源的稻壳生物质颗粒也不能幸免.
由表1可知, 稻壳生物质颗粒燃烧时释放的二氧化碳(CO 2)量的有效值为1.42kg/ kg. 而原煤燃烧时释放的二氧化碳(CO 2)量的有效值为2.6kg/ kg, 几乎是混合物生物质颗粒的二倍, 此外原煤在燃烧过程中还产生二氧化硫(SO 2), 氮氧化物等污染气体, 而生物质颗粒完全不存在这些污染排放问题.
3结论
本试验通过对稻壳生物质颗粒使用性能进行检测性试验, 得出了它的使用性能的重要表征指标. 稻壳生物质颗粒产品的使用性能优良, 部分指标优于原煤, 尤其是环保性能指标. 一氧化碳(CO)排放量只有0.02kg/ kg, 二氧化碳(CO 2)排放量只有1.42kg/ kg, 远低于原煤. 其使用性能和污染排放指标完全能够满足作为替代能源的各项要求, 从而表明稻壳生物质能源颗粒产品具有巨大的利用前景.
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