于娟 1, 於洪亮 2, 齊菁 2, 李慶2
(1.遼寧省林業種苗管理總站, 遼寧瀋陽110036; 2.遼寧省森林經營研究所, 遼寧丹東118002)
摘要: 文章採用高頻機械振動篩和錐形量熱儀對稻殼生物質顆粒使用性能進行檢測, 結果表明, 稻殼生物質顆粒的運輸性, 儲存性均符合生物質顆粒燃料標準, 其熱效性能接近原煤, 而環保性能優於原煤, 完全能夠滿足作為替代能源的各項要求, 作為生物質能源具有巨大的利用前景.
生物質能源是可再生能源中重要的一種, 生物質能源很大程度上可以補充常規能源的短缺. 與其他生物質能源技術相比, 生物質顆粒燃料技術更容易實現大規模生產和使用, 使用生物質顆粒的方便程度可與燃氣, 燃油等能源媲美. 利用農林廢棄物如稻殼, 木屑, 秸稈等生產顆粒燃料是生物質能源中具有較好的經濟效益和社會效益的一種. 在生物質顆粒產品中, 稻殼顆粒是一種新興產品. 與其它種類的生物質顆粒產品相比, 稻殼顆粒的原料來源更廣泛, 價格更低廉, 成型效果更好, 生產過程更簡單, 具有很好的經濟, 生態和社會效益.
目前對於稻殼顆粒產品的使用性能的研究還處於探索階段, 隨著新技術, 新儀器的出現而不斷的發展. 生物質能源顆粒作為一種替代能源, 其使用性能就成為了能否廣泛應用的重要前提. 本文採用高頻機械振動篩和錐形量熱儀對稻殼生物質顆粒使用性能進行檢測, 以期為稻殼生物質顆粒燃料技術的開發和產業化應用提供依據.
1檢測材料和方法
1.1檢測材料及儀器
試材: 稻殼生物質顆粒, 圓柱狀, 規格為: 長80mm, 直徑8mm.
儀器: 高頻機械振動篩(丹東隆昌機械製造有限公司), 錐形量熱儀(英國FTT公司).
1.2檢測方法
試件製作: 以稻殼作為原料成分, 製造出稻殼生物質顆粒的成型產品, 從中選取成型質量好的用於使用性能試驗.
使用性能檢測:
①運輸性能檢測: 將高頻機械振動篩作為測定顆粒產品機械碎料率的檢測設備, 該振動篩的篩孔直徑為5mm. 取稻殼生物質顆粒產品5kg, 依次放于振動篩中進行高頻振動處理, 振動處理時間為2h. 振動處理結束後, 測量振動篩中剩餘顆粒產品的質量, 從而計算得出該顆粒產品的機械碎料率. 具體的計算公式如下:
②貯存, 熱效和環保性能檢測: 按照ISO5660-1進行檢測. 首先, 將稻殼生物質顆粒產品均勻排列, 放置於燃燒試件盒中, 並將該盒鋪滿, 試件盒的規格為100mm×100mm. 然後, 將燃燒試件盒放置於錐形量熱儀的燃燒台上, 點火燃燒, 當燃燒過程結束後, 停止測量, 記錄檢測數據.
2檢測結果與分析
2.1運輸性能
稻殼生物質能源顆粒作為一種商品, 免不了要對其進行運輸. 而在運輸過程中稻殼生物質顆粒產品都會受到不同程度顛簸和振動, 有些結合強度不高的顆粒就會破碎成粉料, 從而嚴重影響生物質顆粒產品的使用性能. 顆粒產品的機械碎料率主要就是由其原料結合強度決定的, 因此可以作為表徵稻殼生物質顆粒運輸性能的指標. 通過檢測數據可知(表1), 稻殼生物質顆粒的機械碎料率為2.5% , 完全滿足顆粒產品運輸性能的要求.
2.2貯存性能
本研究的顆粒貯存性能主要是指稻殼生物質顆粒在貯存過程中是否容易引發火災, 威脅安全生產. 其具體的性能指標包括點燃時間和熱釋放速率.
點燃時間又被稱為著火感應時間, 是檢測產品從開始點火到被點燃為止所需要的時間, 這項指標可以衡量產品的熱穩定性. 檢測發現稻殼生物質顆粒的點燃時間在85S以上, 與絕大多數木材差不多, 熱穩定性處於安全範圍.
熱釋放速率是指在設定的外加熱輻射強度下, 燃料引燃後單位表面積上釋放熱量的速率. 該項指標可以用來評定材料的火災安全性能, 它的峰值越大, 在火災中, 該種材料越容易加速火焰的傳播. 採用錐形量熱儀對稻殼生物質顆粒的熱釋放速率進行測量可知, 稻殼生物質顆粒在被點燃後, 其熱釋放速率迅速提高, 在305S時達到峰值, 而且能夠在100kW/ m 2以上較高的熱釋放速率下維持較長的時間. 經過檢測, 稻殼生物質顆粒的熱釋放速率的有效值為138.9kW/ m 2, 與絕大多數木材相近, 處於安全範圍.
2.3熱效性能
由表1檢測數據可知, 稻殼生物質顆粒的熱值在18003.2kJ/ kg以上, 而原煤的熱值一般在20934kJ/ kg左右. 這表明稻殼生物質顆粒燃燒時產生的熱值接近原煤, 完全滿足替代能源的熱效要求. 此外, 稻殼生物質顆粒完全燃燒後產生的灰分含量比率(<13% )远小于原煤燃烧后所产生的灰分含量比率(>25% ). 而燃燒時釋放一氧化碳(CO)量的有效值為0.02kg/ kg, 比原煤燃燒時釋放一氧化碳(CO)量的有效值(0.06kg/ kg)dx. 這表明在相同燃燒條件下, 稻殼生物質顆粒要比原煤燃燒完全, 熱能損失小, 釋放的灰分物質少.
2.4環保性能
2.4.1煙塵排放性能
本研究主要採用排煙黑度(林格曼級)來評價燃料燃燒過程中排放煙塵的濃度. 該指標分0(全白)至5六個等級. 在標準狀態下, 林格曼1度(級)的煙塵濃度相當於0.25g/ m 3, 4度(級)相當於2.3g/ m 3, 5度(級)相當於4~ 5g/ m 3. 我國《工業爐窯煙塵排放標準》(GB9078.88)規定城市生活地區燃煤爐窯排煙黑度不得超過林格曼l級, 其他地區不超過2級, 燃油爐窯一律不得超過1級. 由表1可知, 稻殼生物質顆粒燃燒時的排煙黑度確定小於1級. 完全符合我國關於煙塵排放量的各項規定.
2.4.2碳排放性能
稻殼生物質顆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)兩種氣體的釋放量. 其中, 一氧化碳釋放量的有效值為0.02kg/ kg, 而二氧化碳屬於溫室氣體的一種, 它的大量排放造成了全世界最為擔憂的 '溫室效應' . 但是作為有機燃料, 燃燒過程中二氧化碳的釋放是不可避免的, 作為替代能源的稻殼生物質顆粒也不能倖免.
由表1可知, 稻殼生物質顆粒燃燒時釋放的二氧化碳(CO 2)量的有效值為1.42kg/ kg. 而原煤燃燒時釋放的二氧化碳(CO 2)量的有效值為2.6kg/ kg, 幾乎是混合物生物質顆粒的二倍, 此外原煤在燃燒過程中還產生二氧化硫(SO 2), 氮氧化物等汙染氣體, 而生物質顆粒完全不存在這些汙染排放問題.
3結論
本試驗通過對稻殼生物質顆粒使用性能進行檢測性試驗, 得出了它的使用性能的重要表徵指標. 稻殼生物質顆粒產品的使用性能優良, 部分指標優於原煤, 尤其是環保性能指標. 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, 遠低於原煤. 其使用性能和汙染排放指標完全能夠滿足作為替代能源的各項要求, 從而表明稻殼生物質能源顆粒產品具有巨大的利用前景.
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