玉米秸秆颗粒状燃料的初步研究

【摘要】：生物质能源作为可再生地新型能源,跟传统煤和石油等能源相比具有清洁、安全、可再生及来源广泛等优点,在能源日趋紧张地今天如何更好地开发利用这些能源受到越来越多人的关注。在众多的生物质利用技术中,生物质固体燃料加工技术具有投资小、成本低、产量高等特点,是比较适合在中国大规模推广和应用的技术之一。本次课题研究所采用原料为留髓玉米秸秆和去髓玉米秸秆。研究结果如下： (1)作为三大粮食之一的玉米,在中国种植广,产量大,其副产品——玉米秸秆的低位发热量接近二类烟煤,试验从化学组分、工业分析、元素分析和发热量等方研究表明：玉米秸秆的低位发热量与二类烟煤相似在16325J/g—16536 J/g之间,S含量仅为煤1/2—1/3是制造环境友好型颗粒燃料理想的原料优选择。 (2)从原料的含水率和原料粒径以及有无髓芯三方面探讨了玉米颗粒燃料的成型因素以及对物理力学性能的影响。通过方差分析发现在工业化生产中含水率是影响颗粒燃料最显著的因子,在原料含水率为17.4%-29.7%时,制作的颗粒燃料密度较高且耐久性最好。 (3)玉米秸秆颗粒燃料燃烧分为三个阶段依次包括水分的蒸发、挥发分燃烧、固定碳燃料,第一阶段燃烧主要为低着火点的挥发分燃烧,在升温速率为5℃/min时着火点在237℃—247℃,随着升温速率的提高,玉米秸秆的着火点也提高在268℃—283℃,但升温速率到15℃/min时着火点留髓玉米秸秆的燃烧特性指数为2.55×10-7%2min-2℃-3,去髓玉米秸秆的燃烧特性指数为2×10-7%2min-2℃-3,留髓玉米秸秆的燃烧特性指数值高,燃烧动力学采用不同的反应级数的机理函数进行描述,秸秆燃烧第一阶段符合1级反应,第二阶段符合2级反应,得出固定碳燃烧时的活化能和频率因子均大于挥发分燃烧时的活化能和频率因子,且留髓玉米秸秆燃烧时的活化能和频率因子均大于留髓玉米秸秆,表明前者的燃烧需要更多的能量且燃烧时的反应更加剧烈。灰熔点测定则发现留髓玉米秸秆变形温度为1173℃,软化温度为1258℃,属中等结渣倾向灰；去髓玉米杆变形温度为1285℃,软化温度为1441℃,属轻微结渣倾向。 (4)通过计算得出玉米秸秆颗粒燃料成本约为750元/t,建立一个企业盈亏平衡点为47.4%,国外颗粒燃料市场相对成熟并形成一个成熟的体系,但是国内相对落后,建议从加大科技投入、规范建立相关标准、充分发挥政府引导作用等方向来促进中国的颗粒燃料市场化进程。 【关键词】：玉米秸秆 颗粒状燃料 物理性能 燃烧动力学
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ517.3
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 玉米秸秆及其利用9-11
• 1.1.1 玉米的种植和分布10
• 1.1.2 玉米秸秆利用10-11
• 1.2 研究背景及意义11-12
• 1.3 研究现状12-18
• 1.3.1 生物质固体燃料压缩成型技术12-13
• 1.3.2 固体燃料成型工艺和设备13-14
• 1.3.3 压缩成型影响因素14-16
• 1.3.4 影响燃烧因素16-17
• 1.3.5 燃烧设备17-18
• 1.4 研究内容和技术路线18-21
• 1.4.1 研究内容18-19
• 1.4.2 本研究的技术路线和创新点19-21
• 2 玉米秸秆原料特性研究21-30
• 2.1 化学成分21-22
• 2.2 燃料特性22-29
• 2.2.1 元素分析22-23
• 2.2.2 工业分析23-26
• 2.3.3 发热量的测定26-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 成型工艺与物理性能指标研究30-49
• 3.1 颗粒燃料物理性能及主要影响因素分析30-48
• 3.1.1 成型燃料成型实验设备30-31
• 3.1.2 压缩成型原理31-34
• 3.1.3 颗粒燃料压缩密度的研究34-39
• 3.1.4 原料含水率、原料粒径和原料种类对颗粒燃料耐久性的影响39-48
• 3.3 本章小结48-49
• 4 玉米秸秆颗粒燃料燃烧动力学特性研究49-68
• 4.1 生物质成型燃料燃烧动力学研究49-50
• 4.2 实验设备和方法50-63
• 4.2.1 试验设备50
• 4.2.2 热天平系统的影响因素50-51
• 4.2.3 燃烧试验条件51
• 4.2.4 生物质颗粒成型燃料动力学试验结果及分析51-62
• 4.2.5 分析与讨论62-63
• 4.3 颗粒燃料的灰熔点的测定63-67
• 4.3.1 灰熔点测定仪器64-65
• 4.3.2 灰熔点测试结果65
• 4.3.3 分析与讨论65-67
• 4.4 本章小结67-68
• 5 颗粒燃料市场化及成本分析68-75
• 5.1 市场分析68-70
• 5.1.1 国外市场68-69
• 5.1.2 国内市场69-70
• 5.2 成本核算70-72
• 5.2.1 原料来源70-71
• 5.2.2 生产成本71-72
• 5.3 颗粒燃料应用及其市场化建议72-75
• 5.3.1 颗粒燃料的应用72-73
• 5.3.2 生物质颗粒燃料市场化障碍73-74
• 5.3.3 生物质颗粒燃料市场化部分建议74-75
• 6 结论与展望75-78
• 6.1 结论75-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-81
• 详细摘要81-82
• Abstract82-83

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