毛竹焙烧炭成型工艺及性能研究

摘要

能源危机和环境问题严重已经成为制约国家经济发展的桎梏，寻求新能源已经迫在眉睫，生物质能素来以来源丰富、环境友好，可持续利用而跻身世界能源的舞台。其中生物质能源化利用最简单、最直接的途径便是生物质固体成型燃料，但其原料产地分散、储运成本大，研究以焙烧原理为基础的技术，可以有效改善原料的储存和运输问题，并能提高固体燃料的能量密度。　　本文以不同竹龄、不同部位的毛竹焙烧炭为研究对象，对其成型过程采用响应曲面优化确定最佳工艺，利用锥形量热仪探究成型燃料的燃烧性能，为毛竹焙烧燃料作为一种清洁能源提供理论依据。　　论文主要研究内容和结论如下：　　（1）毛竹焙烧炭随竹龄的增加，含水率、灰分和挥发分降低，固定碳增加，C元素含量增加，O元素含量减少，密度、热值和得率增加，研磨性降低；同年生毛竹焙烧炭随部位的降低，含水率和挥发分降低，灰分和固定碳增加，C元素含量增加，O元素含量减少，密度、热值和得率增加，研磨性降低。以焙烧炭的热值与得率的乘积作为评判其优劣的指标，最佳的焙烧原料是6年生下部。　　（2）研究施胶量、原料含水率、粉碎粒度三个外在可变影响因素对成型燃料品质特性的单独影响，得出的结论主要有，随着施胶量的增加，燃料的热值、密度和抗压性增加，而破碎率和渗水性降低；随着含水率的提高，燃料的热值、密度和抗压性先增后减，在10％左右取得最大值，而破碎率先减后增，在10%左右取得最小值，渗水性呈下降趋势；随着原料粒径的增加，热值略有降低，密度和抗压性降低，破碎率和渗水性增加。　　（3）对毛竹焙烧炭成型工艺的响应曲面设计优化最终经软件分析，在本次试验数据里，不考虑其他因素，毛竹焙烧炭成型燃料的最大热值为29.189MJ/kg，则最加优化条件为：施胶量46%，含水率8%，粉碎粒度0.3~0.5mm；毛竹焙烧炭成型燃料的最大密度为1.113g/cm，则最加优化条件为：施胶量46%，含水率8.41%，粉碎粒度0.3~0.5mm；毛竹焙烧炭成型燃料的最小破碎率为3.703%，则最加优化条件为：施胶量46%，含水率9.75%，粉碎粒度0.3~0.5mm；毛竹焙烧炭成型燃料的最大抗压性为34.644N/cm，则最加优化条件为：施胶量46%，含水率9.60%，粉碎粒度0.3~0.5mm；毛竹焙烧炭成型燃料的最小渗水性为0.678%，则最加优化条件为：施胶量46%，含水率12%，粉碎粒度0.3~0.5mm。综合考虑5个响应值，联系实际生产，毛竹焙烧炭的最优成型工艺为：施胶量46%，含水率10%，粉碎粒度0.3~0.5mm。　　（4）通过红外光谱图的分析，毛竹焙烧过程中，纤维素分解，木质素基本未变化，综合对比三种物质，可知毛竹焙烧炭成型过程中并未发生化学键的断裂和重新结合，而是依靠分子间力的作用紧密结合在一起的。通过显微图的观测分析，毛竹焙烧炭颗粒表面粗糙多楞无吸附，竹焦油是一种粘稠流体状物质，综合对比三种物质，可知毛竹焙烧炭的成型是靠竹焦油的粘结作用而紧密结合在一起的。　　（5）通过在不同辐射热通量下毛竹焙烧炭成型燃料的锥形量热仪燃烧实验，得出随着辐射热通量增加，毛竹焙烧炭成型燃料的点燃时间缩短，点燃时间均方根倒数与辐射热通量之间成线性关系；随着辐射热通量增加，热释放速率均值、热释放速率峰值和热释放总量都增加，而烟释放速率及产烟量也随之增加，时产生的CO减少，而CO2增加，质量损失量和质量损失速率均值都增加。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究意义、内容方法和技术路线

1.4 小结

2 不同毛竹焙烧炭的制备及性能分析

2.1 实验材料和仪器设备

2.2 实验内容

2.3 实验测定

2.4 结果与讨论

2.5 小结

3 毛竹焙烧炭成型影响因素研究

3.1 实验材料和仪器设备

3.2 实验内容

3.3 实验测定

3.4 结果与讨论

3.5 小结

4 毛竹焙烧炭成型工艺响应曲面设计优化研究

4.1 实验材料与设备

4.2 实验内容

4.3 实验测定

4.4 结果与分析

4.5 本章小结

5 毛竹焙烧炭成型燃料的结构表征

5.1 实验材料和仪器设备

5.2 实验内容与方法

5.3 结果与讨论

5.4 小结

6 毛竹焙烧炭成型燃料燃烧特性分析研究

6.1 毛竹焙烧炭成型燃料燃烧机理

6.2 实验材料和仪器

6.3 实验内容

6.4 实验测定

6.5 实验结果与分析

6.6 小结

7 结论与建议

7.1 结论

7.2 不足与建议

参考文献

个人简介

致谢