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芝麻秸秆热解特性实验研究
摘要:
生物质能源是仅次于煤、石油、天然气而居于世界能源总量第四位的能源。预计到21世纪中叶生物质能源将占总能源使用的40%。农作物秸秆是生物质资源最重要的来源之一,主要包括粮食作物、油料作物、棉花、麻类和糖料作物等5大类。农业作为我国基础产业，发展规模比较大，农作物生产过程中产生大量秸秆。芝麻秸秆是生物能资源的重要组成部分，且我国芝麻秸秆资源丰富。秸秆的处理本来就是一个棘手的问题，直接焚烧和掩埋不仅污染环境而且浪费资源。如果能够深入研究芝麻秸秆的热解特性并运用到生物质能利用中，可以大大提高能源利用率。不仅解决了农业问题，也带动了能源行业的发展，同时对生态环境和社会经济都有巨大的正面效益。
一．研究背景
随着社会的快速发展，人类对能源的需求总量逐渐增加，传统化石燃料（煤、石油和天然气）的快速消耗导致其储量匮乏，按照当前的能源消耗量，预测在 2000年至2050年间燃料消耗可能会增加一倍[1]。因此减少对化石燃料的依赖，促使寻找开发一种新型可替代的可再生能源的任务迫在眉睫。生物质能约占世界能源的14%,是继石油、煤炭、天然气等石化能源之后的第四大能源，主要优点为可再生性，低污染，总量大，分布广泛等[2]。
农作物秸秆是生物质资源最重要的来源之一,主要包括粮食作物、油料作物、棉花、麻类和糖料作物等5大类。农业作为我国基础产业，发展规模比较大，农作物生产过程中产生大量秸秆。倘若采用传统的焚烧处理方法，于环境不利，大量堆积又会占用农村土地面积。无论地区政府，还是环境保护部门，都要对秸秆处理及生态环境保护工作引起足够重视。结合区域情况，探索科学性与可行性兼备的秸秆综合利用方法，加大秸秆还田技术推广力度，使用秸秆发电、栽培食用菌等，保护农业生态生态环境，促进地区经济发展[3]。据统计,我国各种农作物秸秆年产量约6亿吨,占世界作物秸秆总产量的20%～ 30%[4]。
生物质能的具体转化途径主要包括物理、化学和生物转化三种，生物质最终可以被转化为固体燃料、液体燃料、气体燃料、热能和电能等二次能源。物理转化是指生物质成型，成型后的燃料挥发分高，发热量并没有提高，同时成型过程中增加了生产成本；生物转化主要是沼气技术，沼气的热值在 20.8～23.6MJ/m3，属于高热值气体，但生产沼气对生产条件的要求较高，例如温度低于 10℃时，产气率很低；化学转化包含直燃、气化、热解等，其中直接燃烧后的烟气处理问题没有经济性，气化技术中的集中气化，原料的运输受半径的影响，单条生产线的处理规模较小，气化发电只有在10MW以上的机组才有经济性，若是分散气化，没有集中的缓冲设备，产气量不稳定，在农村也不能达到劳动强度集中、改善生活环境的目的；生物质热解气体的热值在 15～17MJ/m3，属于中等热值的气体，并且热解的条件温和，较容易控制，单条生产线的投资比较低，产品的可调幅度较大[5]。
热解技术能够将生物质能转化为固体、液体、可燃气体等主要能源产品。热解得到的气体成分可以作为燃料，也可以将其作为化工原料；生物油可以合成高级的燃料油；固体半焦不仅可以作为燃料，还可以对其进行气化作用，经过进一步活化后可以用作活性炭。
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