烘焙处理对木质类生物质燃烧与热解特性影响

0 前言

目前的生物质能众多转化利用技术中，生物质热解成为热门^[1-2]。热解油是由于热解产生的液体燃料^[3]。其优点有：具有便于储存和运输，灰分含量低，同时也存在着缺点：水分含量大，黏度大，腐蚀性强^[4-5]。所以说采用合理的预处理方式成为未来的研究热门^[6]。Meng 指出烘焙是可以提高热解生物油品质的方法之一^[7]。生物质烘焙的过程是在低温常压、惰性氛围下的一种慢速热解的过程。Phanphanich 认为^[8]烘焙的温度逐渐上升，存在于木屑中的 H、O 元素大幅度减少，但是 C 元素却增加，其热值也随之变化，从 18.46 MJ/kg 上升至 25 MJ/kg，Prins ^[9]落叶和柳枝等木屑选作为标本，通过半工业化及热重以的试验平台进行了燃烧特性的初步研究，得出结果：样品燃烧时排放的烟气量远低于原样的燃烧产生的烟气量， Kim 等^[10]研究了黄杨屑烘焙后的化学和物理特性，认为烘焙可以提高了生物质的物化燃烧特性，Fisher 等^[11]将柳树块气化特性和烘焙前后的燃烧进行了对比，得出结论：烘焙使生物焦的活性降低，Couhert 等^[12]研究山毛榉材烘焙前后的气流床气化时，烘焙后的气化气中 CO 和 H² 的产量提高。本课题以木质类为研究对象，通过进行烘焙预处理，来研究烘焙预处理条件对于木质类生物质燃烧与热解特性的影响。

1研究背景

我国是一个以工业发展为龙头推动经济发展的发展中国家，我国现阶段的工业发展正处于快速发展阶段。工业的迅猛发展伴随着大量的能源消费，人口基数大，等基本国情决定了我国的能源消费数量的庞大。能源储备量与能源需求量之间矛盾逐渐增大，《BP世界能源统计年鉴2006》有数据表明，全球煤炭资源可供生产年限已经不足160年，石油和天然气仅剩70年。由于工业技术发展的落后，煤炭燃烧所排放的CO₂、SO₂和NO_X等产物引发了环境污染严重，温室效应等一系列环境问题。

2 国内外研究现状

2.1 烘焙处理对生物质理化性质的影响

当烘焙温度的升高时，烘焙过程中导致水分的脱除以及含氧挥发分的析出，伴随着固体产物的产率的也减少。然而在烘焙温度较低时（220℃），元素组成的变化却不是很明显，只有当烘焙温度较高时，元素的含量才会有明显的变化^[13]。要同时考虑到热值提高和系统的能量产出。Chen 等^[17]人在研究椰壳、竹子、柳条等木质类生物质燃料的烘焙特性时指出获得高能量密度的生物质能源合适。运用很多因素试验方法，烘焙预处理的过程运用四种不同方法，接着把烘焙前后的生物质进行多次试验。最后得出的数据发现，未经预处理过的和只是经过低温烘焙过的生物质可磨性比较差。反而随着烘焙温度提高和煤性质比较相近，两者的哈氏可磨性系数都比较小。烘焙之前，芒草的可磨性系数要比柳树的大，但烘焙预处理后，发现芒草的粒径分布和标准煤样的对比却很类似，而柳树必须在比较高的烘焙温度下才可以达到相同的效果。这已经接近烟煤的的粉碎能耗水平，而且烘焙样品粉碎后的粒径分布相比原样的粉碎结果更加均匀，而这对生物质的气化、燃烧以及与煤的混和利用都有积极作用。

2.2 烘焙对燃烧影响的研究现状