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于娟1，于洪亮2，齊菁2，李慶2
(1.遼寧省林業(yè)種苗管理總站，遼寧沈陽110036；2.遼寧省森林經(jīng)營研究所，遼寧丹東118002)
摘要：文章采用高頻機(jī)械振動篩和錐形量熱儀對稻殼生物質(zhì)顆粒使用性能進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，稻殼生物質(zhì)顆粒的運輸性、儲存性均符合生物質(zhì)顆粒燃料標(biāo)準(zhǔn)，其熱效性能接近原煤，而環(huán)保性能優(yōu)于原煤，完全能夠滿足作為替代能源的各項要求，作為生物質(zhì)能源具有巨大的利用前景。
生物質(zhì)能源是可再生能源中重要的一種，生物質(zhì)能源很大程度上可以補(bǔ)充常規(guī)能源的短缺。與其他生物質(zhì)能源技術(shù)相比，生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)更容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和使用，使用生物質(zhì)顆粒的方便程度可與燃?xì)?、燃油等能源媲美。利用農(nóng)林廢棄物如稻殼、木屑、秸稈等生產(chǎn)顆粒燃料是生物質(zhì)能源中具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的一種。在生物質(zhì)顆粒產(chǎn)品中，稻殼顆粒是一種新興產(chǎn)品。與其它種類的生物質(zhì)顆粒產(chǎn)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(chǎn)過程更簡單，具有很好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益。
目前對于稻殼顆粒產(chǎn)品的使用性能的研究還處于探索階段，隨著新技術(shù)、新儀器的出現(xiàn)而不斷的發(fā)展。生物質(zhì)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(yīng)用的重要前提。本文采用高頻機(jī)械振動篩和錐形量熱儀對稻殼生物質(zhì)顆粒使用性能進(jìn)行檢測，以期為稻殼生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供依據(jù)。
1檢測材料和方法
1.1檢測材料及儀器
試材：稻殼生物質(zhì)顆粒，圓柱狀，規(guī)格為：長80mm、直徑8mm。
儀器：高頻機(jī)械振動篩(丹東隆昌機(jī)械制造有限公司)，錐形量熱儀(英國FTT公司)。
1.2檢測方法
試件制作：以稻殼作為原料成分，制造出稻殼生物質(zhì)顆粒的成型產(chǎn)品，從中選取成型質(zhì)量好的用于使用性能試驗。
使用性能檢測：
①運輸性能檢測：將高頻機(jī)械振動篩作為測定顆粒產(chǎn)品機(jī)械碎料率的檢測設(shè)備，該振動篩的篩孔直徑為5mm。取稻殼生物質(zhì)顆粒產(chǎn)品5kg，依次放于振動篩中進(jìn)行高頻振動處理，振動處理時間為2h。振動處理結(jié)束后，測量振動篩中剩余顆粒產(chǎn)品的質(zhì)量，從而計算得出該顆粒產(chǎn)品的機(jī)械碎料率。具體的計算公式如下：
?、谫A存、熱效和環(huán)保性能檢測：按照ISO5660-1進(jìn)行檢測。首先，將稻殼生物質(zhì)顆粒產(chǎn)品均勻排列，放置于燃燒試件盒中，并將該盒鋪滿，試件盒的規(guī)格為100mm×100mm。然后，將燃燒試件盒放置于錐形量熱儀的燃燒臺上，點火燃燒，當(dāng)燃燒過程結(jié)束后，停止測量，記錄檢測數(shù)據(jù)。
2檢測結(jié)果與分析
2.1運輸性能
稻殼生物質(zhì)能源顆粒作為一種商品，免不了要對其進(jìn)行運輸。而在運輸過程中稻殼生物質(zhì)顆粒產(chǎn)品都會受到不同程度顛簸和振動，有些結(jié)合強(qiáng)度不高的顆粒就會破碎成粉料，從而嚴(yán)重影響生物質(zhì)顆粒產(chǎn)品的使用性能。顆粒產(chǎn)品的機(jī)械碎料率主要就是由其原料結(jié)合強(qiáng)度決定的，因此可以作為表征稻殼生物質(zhì)顆粒運輸性能的指標(biāo)。通過檢測數(shù)據(jù)可知(表1)，稻殼生物質(zhì)顆粒的機(jī)械碎料率為2.5％，完全滿足顆粒產(chǎn)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(zhì)顆粒在貯存過程中是否容易引發(fā)火災(zāi)，威脅安全生產(chǎn)。其具體的性能指標(biāo)包括點燃時間和熱釋放速率。
點燃時間又被稱為著火感應(yīng)時間，是檢測產(chǎn)品從開始點火到被點燃為止所需要的時間，這項指標(biāo)可以衡量產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性。檢測發(fā)現(xiàn)稻殼生物質(zhì)顆粒的點燃時間在85S以上，與絕大多數(shù)木材差不多，熱穩(wěn)定性處于安全范圍。
熱釋放速率是指在設(shè)定的外加熱輻射強(qiáng)度下，燃料引燃后單位表面積上釋放熱量的速率。該項指標(biāo)可以用來評定材料的火災(zāi)安全性能，它的峰值越大，在火災(zāi)中，該種材料越容易加速火焰的傳播。采用錐形量熱儀對稻殼生物質(zhì)顆粒的熱釋放速率進(jìn)行測量可知，稻殼生物質(zhì)顆粒在被點燃后，其熱釋放速率迅速提高，在305S時達(dá)到峰值，而且能夠在100kW／m2以上較高的熱釋放速率下維持較長的時間。經(jīng)過檢測，稻殼生物質(zhì)顆粒的熱釋放速率的有效值為138.9kW／m2，與絕大多數(shù)木材相近，處于安全范圍。
2.3熱效性能
由表1檢測數(shù)據(jù)可知，稻殼生物質(zhì)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(zhì)顆粒燃燒時產(chǎn)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(zhì)顆粒完全燃燒后產(chǎn)生的灰分含量比率(<13％)遠(yuǎn)小于原煤燃燒后所產(chǎn)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(zhì)顆粒要比原煤燃燒完全，熱能損失小，釋放的灰分物質(zhì)少。
2.4環(huán)保性能
2.4.1煙塵排放性能
本研究主要采用排煙黑度(林格曼級)來評價燃料燃燒過程中排放煙塵的濃度。該指標(biāo)分0(全白)至5六個等級。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，林格曼1度(級)的煙塵濃度相當(dāng)于0.25g／m3，4度(級)相當(dāng)于2.3g／m3，5度(級)相當(dāng)于4～5g／m3。我國《工業(yè)爐窯煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB9078.88)規(guī)定城市生活地區(qū)燃煤爐窯排煙黑度不得超過林格曼l級，其他地區(qū)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(zhì)顆粒燃燒時的排煙黑度確定小于1級。完全符合我國關(guān)于煙塵排放量的各項規(guī)定。
2.4.2碳排放性能
稻殼生物質(zhì)顆粒燃料的碳排放性能主要是指二氧化碳(CO2)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，而二氧化碳屬于溫室氣體的一種，它的大量排放造成了全世界最為擔(dān)憂的“溫室效應(yīng)”。但是作為有機(jī)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(zhì)顆粒也不能幸免。
由表1可知，稻殼生物質(zhì)顆粒燃燒時釋放的二氧化碳(CO2)量的有效值為1.42kg／kg。而原煤燃燒時釋放的二氧化碳(CO2)量的有效值為2.6kg／kg，幾乎是混合物生物質(zhì)顆粒的二倍，此外原煤在燃燒過程中還產(chǎn)生二氧化硫(SO2)、氮氧化物等污染氣體，而生物質(zhì)顆粒完全不存在這些污染排放問題。
3結(jié)論
本試驗通過對稻殼生物質(zhì)顆粒使用性能進(jìn)行檢測性試驗，得出了它的使用性能的重要表征指標(biāo)。稻殼生物質(zhì)顆粒產(chǎn)品的使用性能優(yōu)良，部分指標(biāo)優(yōu)于原煤，尤其是環(huán)保性能指標(biāo)。一氧化碳(CO)排放量只有0.02kg／kg，二氧化碳(CO2)排放量只有1.42kg／kg，遠(yuǎn)低于原煤。其使用性能和污染排放指標(biāo)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(zhì)能源顆粒產(chǎn)品具有巨大的利用前景。
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