生物质秸秆燃烧特性的试验研究

生物质秸秆燃烧特性的试验研究

摘要：过对秸秆进行热分析与傅立叶红外光谱方面的研究，析了秸秆的燃烧放热机理以及燃通分

烧过程中释放的气 q-类，在燃烧特性方面与煤进行了对比。果表明：秆在燃烧中共有两段明￣种并结秸显的放热，一阶段从 2 5【热开始至 3 7结束，放的气体有 C、 O、烃、烃等；二阶段 第 5。放二 0℃释 O2 c烷烯第

从 4 3开始至 4 3结束， C和少量的 C放出，热大部分集中在第一阶段。通过与某烟煤 0℃ 4℃有 0 O放对比分析可知，秆的燃尽度较高，性较好，值为一般烟煤的一半之多，且高温燃烧时释放出秸活热并的气体对环境污染较小，水泥窑中是一种较好的可替代燃料。在关键词：秆；烧；红联用； -秸燃热气 f g

中图分类号： Q1 26 52 T 7 .2 . l引言

文献标识码： A

文章编号：0— 1 1 2 1 0 - 0 0 0 1 01 6 7 ( 0 0) 4 0 3 - 3

不多，而挥发分含量比烟煤 A高得多，到 6 .%,灰达 88而分则比烟煤 A低，只有 1 .%,说明秸秆很容易燃烧； 07这而秸秆的硫含量不高， 01%,以推断燃烧时放出的为 . 5可

据统计，全世界每年农村生物质的产量为 3 0亿 0吨，物质能在世界能源消耗中仅次于石油、炭及天生煤

然气等化石能源，第四，占 1%。我国生物质资源十居约 4分丰富，仅农作物秸秆的年产量便有 7亿吨以上，合折

硫化物较少，空气的污染也较小。为进一步探讨秸秆对的燃烧特性，对其进行热分析试验，先以下为试验条件：

标准煤约 3 .吨。秸秆是一种低碳燃料， 5亿其含硫量、含灰量均低于目前大量使用的煤炭，大气、境质量的对环影响较低，一种较为“洁”是清的可再生能源。许多国家已经利用生物质秸秆发电，而水泥窑的燃烧温度较高，对秸秆的充分燃烧提供了较好的条件。因此，分利用充

热分析仪器： E Z C T 0 P N T S H S A49C气体种类及流速： 21 mlmi;扫 N:0r/ i; O 3/ n吹 24 r m n d保护 N:0 lmi

21 m/ n样品称重：0 2 mg左右；试验温度：温- 0￣室 7 0C升温速率： .K mi 51/ n

秸秆燃料，于减少温室气体排放，善环境质量具有对改重要意义。

热分析仪器可以在高温条件下对样品进行 T G

(hr a G ai )D G (Df r t lT e a Gai ) T e l r t、T m vy ie ni hr l r t、 fe a m vy D C ie ni cn igC l ie r的检测，试 S (Df r t lSann a r t ) fe a om e等将验样品置于坩埚中，通入氮气和氧气，热到 7 0C多次加 0￣(试验证明 70 0%时秸秆已经燃烧完全 )图 1为秸秆在空。

如何有效利用生物质秸秆资源，已经成为国内外众多学者研究的热点课题之一，文通过热红联用试验本对秸秆进行了热分析与傅立叶红外光谱方面的研究，通

过与某烟煤对比分析可知，秆的燃尽度较高，性较秸活好，热值为一般烟煤的一半之多，且高温燃烧时释放并出的气体对环境污染较小，在水泥窑中是一种较好的可替代燃料。2秸秆的燃烧特性试验

气中加热到 7 0 0℃时的热分析曲线。 从图 1的失重曲线可以看出，秸秆共有三段明显的表 1秸秆与烟煤 A空气干燥基的工业分析。 %项目Ma d 43 .59 .

Aa d1 . 07 2 .9 92

Va d6 . 882 .6 7o

f d。℃a 1 . 61

21秸秆的热分析试验 .本文采用的试验样品为天津附近郊区的废弃物农作物秸秆。秸秆经自然风干后粉碎至粒径为 2 0t作为 01 - n i试验样品。表 1为秸秆与某烟煤 A的空气干燥基的工业

秸秆烟煤 A

表 2秸秆空气干燥基的元素分析，%

分析， 2为秸秆空气干燥基的元素分析。表

项目秸秆

S d01 . 5

C d3. 98

风2O .5

N dO8 . 4

o d3. 8 5

从表 1表 2以看出，秆的水分和烟煤 A的差与可秸通讯地址：津水泥工业设计研究院有限公司，津天天

3 0 0;收稿日期：0 0 0— 3 0 4 0 2 1— 2 1;

编辑：沈

颖

3 0

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T TECHNOLOGY 4 01 /2 0

生物质秸秆燃烧特性的试验研究

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誊目= i

显的放热：第一阶段从 2 5 5℃

放热开始至 37 0℃结束，第二阶段从 43 0℃开始至 4 3 4℃结束，段放热量总计为 7 8 J两 86/ g这说明秸秆开始放热的温度，不是很高，比较容易点燃，这也是由于秸秆的有机物含量较高的原因。而它的发热量同比一般烟煤的发热量要少，第一段

放热占总放热量的绝大部分，并且此段燃烧起来要猛烈、迅

速。为了与煤的热分析进行详细对比， 2是某烟煤 A的热图分析曲线图，表 3是秸秆与烟

煤 A的热分析参数对比。图 1秸秆在空气中加热 7 O的热分析曲线 0℃

从图 2与表 3中可以看出：秸秆的总失重为 8 .3, 37%

比烟煤 A的失重量 6 .2 95%要多，这说明秸秆的燃尽度比烟

煤 A的高，是因为秸秆的主这要成分为纤维素、纤维素、半木质素等，比较容易燃尽；烟煤 A 的放热主要由挥发分与固定碳两部分组成，而秸秆的放热也是由两部分组成。它们的放热起始温度差不多，而放热结束温度秸秆要比烟煤 A提前 7℃,这说明秸秆的活性和烟 8煤 A差不多；从放热量来看，

秸秆的放热量要少于烟煤 A的不到一半，这里所说的放热图 2烟煤 A在空气中加热 l 0 0的热分析曲线 0 HC 0

量指热分析仪器直接测定的放热量，由于试验过程中坩埚是开口的，边燃烧边放热至出口，

失重曲线，一段为在空气中失水，重率为 42%,第失 .1这

和空气干燥基测得的水分相似；二段为一种有机物在第燃烧，部分有机物占了绝大部分，重率为 6 .9;这失 87%第三段为固定碳在燃烧，这部分占 1 .7可见秸秆与煤 62%,相比为低碳燃料。秸秆燃烧后留下的灰分大约为 1%, 0

所以要想求得相应的低位热值必须用经验公式求得。折合后的秸秆的低位热值为 1 0 lJ k,比煤的低位热 5 8 k/ g同

值为一半之多。 所以，秸秆的燃尽度、热起始温度与终止温度从放以及放热量来

看，秆在水泥窑中是一种较好的可替代秸燃料。 22秸秆的红外试验 .

这部分灰分主要成分为碳酸钾，植物根系从土壤中吸是收的矿物质。

从图 1的热分析曲线还可以看出，秆共有两段明秸

表 3秸秆与烟煤 A的热分析试验参数对比

试样秸秆烟煤 A

总失重，%8. 33 7 6. 95 2

放热起始温度，℃2 5 5 21 2

放热结束温度，℃4 3 4 5 21

放热量， g J i7 8 8 6 10 5 4 6

折合低位热值，Jk k/ g10 1 5 8 2 7 9 2 3

2 1/水泥技术 00 4

31

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强振动峰等。而第二阶段燃烧时，即从 4 3 0℃至 4 3, 4℃由于温度达到一定程度基本上只有 C和极少量的 C O: O放

出。这是因为秸秆基本上是由碳、、、、等元素组氢氧氮硫成，中含有一定量的水分，秆为低碳燃料，硫含量其秸且一

般为 01%~ .8 .2 0 1%。在低温燃烧时由于没有燃烧完全

会有 C烯烃、烃等气体放出，光谱图看出硫化物 O、烷从放出很少，和秸秆中的硫含量低有关系；当温度升这而高到一定程度即 4 3以上时，就只有 C: 4℃ O和极少量的 C O放出。这说明如果秸秆在水泥窑里燃烧，里的高温窑

足以使秸秆燃烧完全，秸秆放出的气体对环境污染很小。 3结论图 3秸秆在空气中燃烧第一、阶段的气体红外光谱二

通过对天津郊区秸秆的热分析及红外试验，以得可到以下结论：

为了探讨秸秆燃烧时排放的气体种类，对秸秆做在热分析试验的同时对其气体排放特性也做了热红联用试验，就是利用德国布鲁克生产的傅立叶红外光谱仪也器对其排放的气体进行了检测分析，以下是其热红联用实验条件： 气氛：气 ( 27/ n,扫 N:0/ n,护空 O:mlmi吹 22 mlmi保N:0/nn。 21 mlri)

( )秆在燃烧过程中共有两段明显的放热：一 1秸第阶段从 2 5 5℃放热开始至 3 7 0℃结束，第二阶段从 4 3C 0 o开始至 43 4℃结束，第一阶段的放热占总放热量的绝大部分；

( )秆

的燃尽度较高，热起始温度与终止温度 2秸放与烟煤类似，热量较一般烟煤有一半之多，水泥窑放在中是一种较好的可替代燃料； ( )秆在高温燃烧时只有 C 极少量的 C 3秸 O和 0放

样品：秆；量：0 g左右。秸质 2r a

温度：温￣ 0℃;温速率：K mi。室 70升 5/ n红外波谱范围：0~ 0 0 m 6 0 4 0 c;扫描次数：0;分辨 1率：。 8

出，泥窑里的高温可以使秸秆燃烧完全，烧时释放水燃出的气体对环境污染较小。参考文献：

热分析仪器：国 N tsh S A 0 P红外仪器：德 ezc T 4 9 C;德国 B U R T NS 7 R KE E OR 2。

【]勇， .洁生物质秸秆能源研究进展【]用化工，0 5 3 (o, 1周等清 J应 . 2 0,41) 5 5 5 7 9 - 9 .

热红联用实验意指热分析仪器与红外仪器相连接， 在做热分析试验的同时对秸秆燃烧时排放的气体进行在线监测，图 3是其燃烧时各个阶段的气体排放结果。

[】春财， .物质秸秆热重分析及几种动力学模型结果比较 f. 2宋等生 J燃 1料化学学报，0 3 V 1 1 o 3 1 1. 2 0, o. N . 1 - 3 5 3 4, 1

f]凡飞， .物质燃烧模式及燃烧特性的研究[ .炭学报，0 5 3闵等生 J煤 1 20,V 1 0 1,0— 0 . o. ( ) 1 4 1 5 3

用红外光谱图识别气体成分的原理为：种气体都每有一特定的特征吸收峰，同气体对应的特征吸收峰不不同，数也不同。从特征吸收峰的形状以及所在的波数波位置就可以判定不同的气体。图 3的横坐标为波数 (m,坐标为吸收度。从图 3中可以看出，秆在第 c )纵秸一

[】Mir .A nw ad s l m to o et t ( ad k( 4 ua K e n i e eh d t smaefE)n oE) mp ii t e d srbu e a tv t n e e g mo e fo n h it i td c i ai n r y o d l r m t r e s t o h e es f

ep r na dt J.nry& ul,95,( )32 3 7 xe metl a

a[] eg F es19 9 2:0— 0 . i E 【] Va e Lr P dre L T, ne A,t l d ln 5 n d r at R P,e esn s】 sn e e a, e ig Mo l ad E p r ns f t w C mbsi i a rt F rae[ . n xe met i o Sr o ut n n gae un c J a o ]Bima s Bi e e g 2 0 1 1 9 2 8 o s& o n r y, 0 0, 9: 9 - 0 .

阶段也就是从 25 3 7 5 - 0℃燃烧时，放出多种气体，有

【1 6 Wete, Se gr M, H r e E U, e a. C m ut n o r rJ ane h at g t 1 o b so f i

C C H烷烃、烃等的混合物，中 1 9 c O、 O、 0、烯其 7 0 m波

ar utr rs u s[ . gi l a ei e J c ul d】s i n e 2 0 2 1 7. c e c。 0 0, 6: -2

Po es n nr ad o b s o rg s i E eg n C m ut n r y i

数的气体成分不确定，有可能是芳烃泛频峰、= C O双健

3 2

CEM ENT TECHNOLOGY 4 201 / 0

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