曾光

(遼寧省林產(chǎn)工業(yè)總公司，遼寧沈陽(yáng)110031)

　　摘要：該文利用熱重分析儀對(duì)以農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)剩余物的混合物作為原料成分的固化生物質(zhì)燃料的燃燒特性進(jìn)行測(cè)量，由測(cè)量結(jié)果可知：以農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)剩余物的混合物作為原料的高致密固化生物質(zhì)燃料的燃燒過(guò)程分為水分析出、揮發(fā)份釋放燃燒、固定碳燃燒和燃盡4個(gè)階段，水分析出的時(shí)間段較集中。固化生物質(zhì)燃料的揮發(fā)份含量很高，整個(gè)燃燒過(guò)程比煤要迅速，燃盡特性要優(yōu)于煤，燃燒階段更加的穩(wěn)定和持久。

　　高致密固化生物質(zhì)燃料的燃燒特性，主要包括固化生物質(zhì)燃料的燃燒過(guò)程以及燃燒所產(chǎn)生物質(zhì)的化學(xué)和物理性質(zhì)。進(jìn)行固化生物質(zhì)燃料燃燒特性研究的必要性在于固化生物質(zhì)燃料的燃燒特性對(duì)于其能量轉(zhuǎn)化裝置(包括鍋爐、氣化爐等)的設(shè)計(jì)制造，灰分資源化利用與污染控制都具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。隨著新技術(shù)、新儀器的不斷出現(xiàn)和發(fā)展，在這一領(lǐng)域內(nèi)，國(guó)內(nèi)外也不斷有學(xué)者進(jìn)行了較為深入的研究。國(guó)外最早始于20世紀(jì)80年代，ScottDS等就對(duì)生物質(zhì)粉體的熱解特性進(jìn)行了初步的研究；Demirabas又進(jìn)行了不同生物質(zhì)燃料燃燒特性的研究。我國(guó)開(kāi)展該項(xiàng)研究較晚，但樂(lè)園、尹曉路等也進(jìn)行了大量的研究和報(bào)道。但總的來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于生物質(zhì)粉體燃燒特性的研究比較多，而對(duì)于固化生物質(zhì)燃料的燃燒特性研究還處于探索階段。本研究?jī)?nèi)容包括利用熱重儀對(duì)使用農(nóng)林剩余物的混合物作為生產(chǎn)原料的固化生物質(zhì)燃料進(jìn)行燃燒特性的研究，分析并確定它的燃燒特性，為開(kāi)發(fā)更適合的固化生物質(zhì)燃料燃燒爐、氣化爐做必要的準(zhǔn)備和提供理論基礎(chǔ)。

　　1試驗(yàn)方法及條件

　　1.1試驗(yàn)方法

　　1.1.1試件制作

　　以農(nóng)、林剩余物的混合物作為原料，使用GSR800型固化生物質(zhì)燃料成型設(shè)備，制造出固化生物質(zhì)燃料的成型產(chǎn)品，從中選取成型效果好、產(chǎn)品質(zhì)量高的用于燃燒特性研究。

　　1.1.2熱重儀檢測(cè)

　　首先將直徑為32min的圓柱形固化生物質(zhì)燃料產(chǎn)品加工成直徑為1mm的顆粒樣品，并對(duì)樣品進(jìn)行編號(hào)，作為試驗(yàn)材料，然后將試件樣品放置于熱重分析儀中，對(duì)試件進(jìn)行燃燒處理。通過(guò)熱重分析儀的數(shù)據(jù)讀出系統(tǒng)，得到燃燒特性數(shù)據(jù)及TG、DTG曲線圖。試驗(yàn)結(jié)束后將選好的燃燒特性數(shù)據(jù)及TG、DTG曲線圖存放，用于研究分析。

　　1.2試驗(yàn)條件

　　試驗(yàn)采用美國(guó)Perkin-Elmer公司生產(chǎn)的熱重分析系統(tǒng)Pyris 1熱重分析儀，工作氣氛為空氣，流量為200mL／min，常壓，升溫速率為20℃／min，初始溫度為30℃。樣品為重約7.2mg的成型顆粒。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1燃燒特性分析

　　固化生物質(zhì)燃料的組分特征很明顯地表明其揮發(fā)份含量很高，而固定碳含量較少。這種組分結(jié)構(gòu)很大程度上決定著固化生物質(zhì)燃料的燃燒特性。表l描述了固化生物質(zhì)燃料的燃燒特性參數(shù)。其中，W1～W4分別表示在燃燒的4個(gè)階段固化生物質(zhì)燃料的失重百分率；T1和T2分別表示兩個(gè)失重速率最大時(shí)刻的溫度。

　　從表1和圖1可以發(fā)現(xiàn)，固化生物質(zhì)燃料的燃燒具有以下特點(diǎn)：

　　①固化生物質(zhì)燃料的燃燒特性曲線可以分為4段，即水分析出階段、揮發(fā)份釋放燃燒階段、固定碳燃燒階段和燃盡階段。

　　②水分析出的時(shí)間段較為集中。

　　③燃燒溫度較低，固化生物質(zhì)燃料開(kāi)始明顯失重時(shí)刻溫度在260℃左右，比煤的初始明顯失重溫度要低。固化生物質(zhì)燃料的燃燒過(guò)程迅速而且集中，失重主要發(fā)生在揮發(fā)份釋放燃燒階段，這階段的失重占初始重量的50.80％，這是因?yàn)楣袒镔|(zhì)燃料的揮發(fā)份含量很高。

　　④在固化生物質(zhì)燃料的固定碳燃燒階段，它的燃燒速率相對(duì)穩(wěn)定且緩慢，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的燃燒速率的峰值，這與生物質(zhì)粉體燃燒的固定碳燃燒階段情況不太一樣。這是因?yàn)楣袒镔|(zhì)燃料的體積和密度更大，在固定碳燃燒時(shí)，緊密的結(jié)構(gòu)使得試件內(nèi)部的原料物質(zhì)不能及時(shí)接觸外界空氣，致使它的燃燒更加穩(wěn)定。

　　⑤試件基本燃燒完畢時(shí)的溫度為526.3℃，這個(gè)溫度比煤的燃盡溫度要低一些，這反映出固化生物質(zhì)燃料的整個(gè)燃燒過(guò)程比煤要迅速。

　　從分析試件的TG和DTG曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，本試驗(yàn)中固化生物質(zhì)燃料試件的燃燒特性還是以生物質(zhì)原料粉體的燃燒特性為基礎(chǔ)的，但是也有明顯的提高，特別是固定碳燃燒階段更加的穩(wěn)定和持久。

　　2.2著火特性分析

　　著火特性是固化生物質(zhì)燃料燃燒過(guò)程的前提，是固化生物質(zhì)燃料沒(méi)有發(fā)生燃燒和發(fā)生燃燒的分界點(diǎn)，是固化生物質(zhì)燃料熱力應(yīng)用的重要表征特性。著火特性主要由著火溫度來(lái)體現(xiàn)。本文將固化生物質(zhì)燃料的DTG曲線峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的TG曲線上點(diǎn)的切線與初始失重時(shí)的基線交點(diǎn)定義為著火溫度。按照該定義，本試驗(yàn)的固化生物質(zhì)：燃料試件的著火溫度ti為276℃，該著火溫度要比煤低，這表明固化生物質(zhì)燃料更容易著火燃燒。

　　2.3燃盡特性分析

　　固化生物質(zhì)燃料的燃盡特性是進(jìn)行配套燃燒爐、氣化爐設(shè)計(jì)制造的重要參數(shù)。本文將DTG的值變?yōu)?時(shí)(即燃盡階段開(kāi)始時(shí))的溫度定義為燃盡溫度te固化生物質(zhì)燃料以及用來(lái)作為對(duì)比的煤樣的燃盡溫度和最終剩余物質(zhì)(即灰分)與原試件重量的百分比R如表2所示。可以發(fā)現(xiàn)，固化生物質(zhì)燃料的燃盡溫度為526.3℃，要低于煤樣的。這表明固化生物質(zhì)燃料的燃燒比較迅速，和煤相比較，它的燃燒溫度較低，持續(xù)性稍差。但是固化生物質(zhì)燃料的燃盡溫度卻要比生物質(zhì)原料粉體有明顯提高，這表明固化生物質(zhì)燃料壓縮成型后其燃燒持續(xù)性提高。從剩余物所占百分比R來(lái)看，固化生物質(zhì)燃料要遠(yuǎn)低于煤樣。

　　總結(jié)固化生物質(zhì)燃料的燃盡特性可以得出結(jié)論：固化生物質(zhì)燃料的燃盡溫度較低，燃燒較快，燃盡特性要優(yōu)于煤，與煤相比較更容易燃燒，產(chǎn)生灰分更少。

　　3小結(jié)

　　通過(guò)熱重儀檢測(cè)分析可知，以農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)剩余物的混合物作為原料的高致密固化生物質(zhì)燃料的燃燒過(guò)程分為水分析出、揮發(fā)份釋放燃燒、固定碳燃燒和燃盡4個(gè)階段，水分析出的時(shí)間段十分集中。固化生物質(zhì)燃料的揮發(fā)份含量很高，整個(gè)燃燒過(guò)程比煤要迅速，燃盡特性要優(yōu)于煤，燃燒階段更加的穩(wěn)定和持久。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]劉建禹，翟國(guó)勛，陳榮耀.生物質(zhì)燃料直接燃燒過(guò)程特性的分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，32(3)：290—294.

　　[2]俞國(guó)勝，肖江，袁湘月，等.發(fā)展中國(guó)林木生物質(zhì)成型燃料[J].生物質(zhì)化學(xué)工程，2006(S1)：45.50.

　　[3]劉軍，賈玉鶴.沈陽(yáng)市生物質(zhì)顆粒燃料推廣應(yīng)用前景分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2007，33(6)：12.14.