烘焙气氛对生物质燃料特性影响的研究
文献综述
0前言
生物质能是利用绿色植物的光合作用把太阳辐射能以生物质形式固定下来的能源。生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，因此生物质燃料与传统化石燃料相比具有运输和储存成本低、污染物排放少的优点，对经济和社会发展具有重要意义。当前生物质能的利用量占世界总能耗的15%左右，已经大规模化正在应用的生物质能利用方式有生物质发电、生物液体燃料、沼气和生物质成型燃料等[1]。由此可见生物质烘焙处理技术在生物质能利用领域是占据了重要地位的一项具有开发研究潜力的技术。
- 生物质能利用技术现状
生物质能利用的转化技术主要有：直接燃烧技术、致密成型技术、气化技术、裂解、植物油酯化技术、城市垃圾填埋气发电和供热、生物质发酵乙醇技术、炭化技术以及沼气发电技术等[2]。当前使用最为普遍的还是直接燃烧技术，产生的能量大多用于供热和发电。在国外，许多国家和地区近些年一直在加强对生物质能利用技术的研究和应用推广，欧美等发达国家已经在应用推广方面取得领先地位,譬如生物质发电、与矿物质燃料混燃、产气等。国内这些年在生物质烘焙技术方面的研究主要还是侧重于测试而不是应用，与国外相比还有着不小的差距。
- 生物质燃料的特性
生物质燃料是利用光合作用的机理而成的复杂有机化合物，其中主要的可燃成分是C、H、N、S。一般生物质燃料的密度比较小，结构松散，迎风面积大，容易被吹起，悬浮燃烧的比例大。生物质燃料水分含量较高，需要较长时间的干燥时间和较高的干燥温度[3][4]。与传统烟煤相比，生物质燃料的低位发热量明显低于烟煤，但是氢、氧以及挥发份的含量远高于烟煤。从燃烧产物的污染程度来看，生物质燃料排放出的SO2和NOX显然少于普通烟煤，所以在一定程度上保护了环境，因为其自身所含有的氮和硫的比例远远少于普通烟煤，而且较好的着火的燃烧性能也是因为挥发份的含量高于普通烟煤，在温度250~300℃时挥发份就开始大量析出并且剧烈燃烧，此时若空气供应量不足，将会增加燃料的化学不完全燃烧损失。随着挥发份的析出并燃尽后收到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃烧速度缓慢，燃尽困难。若不采取适当的措施，将会导致灰烬中残留较多的余碳，增加机械不完全燃烧损失[5][6][10]。
- 烘焙预处理对燃料特性的影响
烘焙是指在200~300℃的较低温度下的热处理过程，生物质原料在烘焙后燃料热值密度变大，降低了含水量，可以和现役燃煤电厂混合燃烧用来发电、供热[7]。烘焙预处理是生物质气化或混合煤炭燃烧之前的预处理过程。陈登宇等人研究了烘焙脱氧处理对秸秆热解产物、能量分布、品质的影响，得出了烘焙处理改善了生物油的品质、增大了可燃气的热值和生物质炭的能量产率的结论[8][9]。陈勇等人通过研究烘焙处理对玉米秸秆燃料品质的影响得出了烘焙处理很大程度的提高了玉米杆的燃烧品质的结论[9]。在生物质热解这方面，烘焙处理能够使生物质内部的结构改变，有利于热解过程的进行，加快了挥发份的析出[10]。凌云逸等人对典型的五种生物质原料进行了烘焙实验，研究表明：在0.5h 的烘焙条件下，不同类型生物质原料的理想烘焙温度是不一样的。随着烘焙温度的升高，对于温度的敏感程度由高到低依次为：草本类gt;软木类gt;硬木类。一般来说，高温烘焙（290℃以上）并不利于提高能量产率，因此在中温烘焙（250℃左右）不能达到理想效果时，可适当延长时间，避免过度升温。并且通过此研究结合国外文献资料建立了综合评价生物质烘焙效果的指标包括；质量产率、能量产率、氧碳比、含水量、研磨能耗、高热值[11，13][16]。
- 烘焙处理后生物质性质与结构转变的研究
张岚清等人则研究了不同停留温度和含氧量气氛对生物质产物内部组成成分的影响，同一温度下的氧浓度不同时，烘焙过程在开始和结束的时候，表明在稻杆烘焙过程中起决定性影响的是温度，而氧浓度对反应的起始点影响不大，第二个失重段结束后曲线逐渐趋于平缓，而此时同一温度下不同氧浓度的失重曲线逐渐散开，并且氧浓度越高，失重曲线越向下。说明氧的参与加深了分解反应的进行，且氧浓度越高发生分解的物质越多，固体质量剩余越少[14]。车庆丰等人对棉秆烘焙处理后催化热解的研究，我们可以从工业分析和元素分析两个方面了解到，随着温度的升高，烘焙后棉秆的C含量明显增大，最高达42.1%；O含量明显减小，最高减小57.7%，降低了氧碳比，主要以CO2、CO、H2O 和有机酸等形式脱除；H含量呈减小趋势，N含量变化较小。烘焙后棉秆的挥发分含量减小，固定碳含量增大，烘焙后的原料的高位发热量较原来提高了38.9%，改变了原料的品质[15]。当前我国对生物质烘焙处理技术的研究还是与国外存在一定的差距，缺少规范和相关政策的推扶，迫切需要加强对这项技术的实际运用。
参考文献
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