生物质与油泥掺混制备成型颗粒的燃烧特性研究

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为了实现棉花与玉米秆粉末的低能耗成型和油泥的能源化利用,将油泥按不同比例均匀掺混在棉花与玉米秆粉末中,在10MPa,50℃下制备成型颗粒,为了对比成型特性将纯的棉花与玉米粉末在50℃、80℃、100℃、120℃条件下制备成型颗粒。成型实验结果表明:纯生物质粉末随着温度的升高,成型颗粒密度增大,棉花秆成型颗粒密度从0.454 g/cm~3增加到0.582 g/cm~3;而玉米秆成型颗粒的密度从0.504 g/cm~3增加到0.770 g/cm~3;这是因为,生物质中的部分纤维素、半纤维素、木质素等成分在较高温度下熔融、糊化、紧密结合,使成型颗粒密度增大。因此温度对棉花和玉米秆成型颗粒起着密度增高的作用。低温下成型颗粒不能保持成型状态。添加油泥后,棉花与玉米秆粉末在50℃时即可实现成型,密度虽然比高温下的成型颗粒稍小,但可长时间维持成型形态。在棉花秆粉末中掺混5%油泥时,成型颗粒的密度就升高至0.519 g/cm~3,当油泥添加比例升高至20%时,成型颗粒的密度略有降低,降低至0.508 g/cm~3;在玉米秆粉末中掺混5%油泥后,成型颗粒的密度降低至0.479 g/cm~3,当油泥添加比例升高至20%时,成型颗粒的密度略有升高,升高至0.639 g/cm~3。这说明,在不同的生物质粉末中添加油泥,其密度特性是不同的。对制取的成型颗粒进行热天平分析和大颗粒燃烧失重实验,并采用等温热分析的双对数方法进行动力学分析。成型颗粒燃烧结果表明:当炉温较低时,添加油泥会降低成型颗粒挥发分的析出和燃烧速度,但当炉温较高时明显加速这一过程。纯棉花与玉米秆粉末在120℃条件制备的成型颗粒燃烧反应活化能分别为75.12 k J/mol和53.72 k J/mol,添加的油泥可降低反应活化能,当添加比例为20%时,棉花与玉米秆成型颗粒的活化能分别降低至34.46 k J/mol和37.58 k J/mol。为了获取温度对玉米秆成型颗粒热解特性的影响,将制取的成型颗粒在700℃、800℃、900℃和1000℃条件下进行热解实验。实验结果表明:当玉米秆粉末成型颗粒在700℃热解时,在150 s左右成型颗粒失重曲线出现了明显的拐点,拐点处的失重量约为70%左右,150 s之后的部分主要为焦炭燃烧。当温度升高至800℃,900℃和1000℃时,燃烧失重拐点所对应的时间缩小至60s左右。因此随着温度的增高成型颗粒热解速度提前,所需时间减少。
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