發(fā)布時間：2020-04-09 23:54

【摘要】：生物質(zhì)燃料自燃是其生產(chǎn)、運輸和儲存過程中的重要災(zāi)害之一,是生物質(zhì)燃料利用過程中需要重點關(guān)注的熱安全性問題。眾所周知,低溫氧化是生物質(zhì)燃料儲存過程中自加熱及自燃的主要機理之一,研究低溫氧化特性有助于為生物質(zhì)燃料自加熱過程的描述、自燃的預(yù)報和有效防治提供理論依據(jù)。因此,論文研究主要采用自行設(shè)計的杜瓦瓶絕熱自加熱反應(yīng)裝置,通過控制水分含量和顆粒尺寸,研究稻草秸稈和稻殼兩種生物質(zhì)燃料在室溫下儲存時的自加熱過程特性。然后以工業(yè)分析、量熱分析和熱重分析(TGA)等基礎(chǔ)特性分析方法和漫反射傅立葉變換紅外光譜分析方法(DRIFTS)、pH測試作為輔助手段,綜合分析生物質(zhì)燃料儲存前后樣品的組成及物理化學(xué)特性、燃燒特性的差異和表面官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的演變,通過系統(tǒng)的比較探索儲存時自加熱對生物質(zhì)燃料特性的影響。自加熱實驗研究結(jié)果表明,稻草秸稈和稻殼在不同初始條件下儲存時,樣品內(nèi)部都發(fā)生了明顯的自加熱過程,總體可以分為誘導(dǎo)期、溫度上升期、溫度下降平穩(wěn)期三個階段。顆粒尺寸相同時,當(dāng)水分含量由40%逐漸增加至70%時,自加熱開始的誘導(dǎo)時間逐漸縮短,自加熱速率逐漸加快,樣品內(nèi)部溫升也逐漸增加;水分含量相同時,顆粒尺寸越小,自加熱速率越快,自加熱達(dá)到的峰值溫度越高,樣品內(nèi)部溫升越明顯,但是誘導(dǎo)時間卻更長。在相同條件下儲存時,稻殼樣品內(nèi)部溫升明顯低于稻草,說明在同等條件下稻殼的熱穩(wěn)定性要明顯高于稻草秸稈。燃料特性分析結(jié)果表明,自加熱實驗后,樣品的水分和灰分含量都有不同程度的增加,且隨初始儲存水分含量增加,增幅越明顯,說明生物質(zhì)燃料儲存時內(nèi)部自加熱過程消耗了部分易于降解的物質(zhì),生成了水和二氧化碳等物質(zhì)。同時非等溫TGA結(jié)果表明,對于稻草秸稈和稻殼,自加熱反應(yīng)后樣品的氧化性明顯低于原樣,這表明自加熱過程造成了易降解物質(zhì)的消耗,引起一定的干物質(zhì)和能量損失。對于稻草秸稈,干物質(zhì)損失和能量損失約在8.5-35.5%之間變化,而稻殼的干物質(zhì)損失和能量損失略低,其值范圍為3.8-13.5%。DRIFTS分析結(jié)果表明,自加熱實驗后樣品表面含氧和C-H官能團(tuán)峰強度顯著增強,其歸屬主要包括:-OH鍵、-CH、-CH_2和-CH_3鍵、-C=O(醛和酮等)、-C=O(酯等)和-COOH中的-C=O鍵,同時在1300-1110cm~(-1)附近還有些許苯氧基結(jié)構(gòu)中-C-O和-C-H鍵以及1100-1000cm~(-1)附近有芳香醇和酯的產(chǎn)生。這表明稻草和稻殼儲存過程中發(fā)生了明顯的低溫氧化過程,生成大量水、醛、酮、酸、醇等物質(zhì)。同時自加熱反應(yīng)后,樣品的pH值較反應(yīng)前有明顯的增加,也表明樣品內(nèi)部發(fā)生了顯著的氧化反應(yīng)及自加熱過程。
【圖文】：

第二章 實驗研究方法試系統(tǒng)以杜瓦瓶絕熱控制反應(yīng)器為主體，容積為 1.7 L，外圍由與杜瓦 10 mm 的保溫棉包裹構(gòu)成底部和高度方向的絕熱環(huán)境，而上部保持與空氣 型熱電偶布置于一根直徑 5 mm 的絕緣塑料棒上，然后將塑料棒由杜瓦瓶底部絕緣基板上，通過預(yù)先測量使熱電偶位置正好位于樣品中心及底部向三分之一處，溫度由上至下分別記為溫度 1、溫度 2 和溫度 3，同時一支置于空氣中監(jiān)測環(huán)境溫度。溫度采集系統(tǒng)通過 4 支熱電偶自動以 10 min行數(shù)據(jù)采集，將得到的數(shù)據(jù)同步輸入 PC 機，并以數(shù)字的形式保存為 Exce圖形的形式實時顯示溫度隨時間的變化曲線。圖 2-4 為溫度采集系統(tǒng)軟驗時將預(yù)先準(zhǔn)備好的實驗樣品（一定顆粒尺寸和水分）稱重記錄，然后通帶孔的蓋子裝入并壓實，每組實驗都固定樣品體積占杜瓦瓶容積的一半，時保持樣品上部與空氣接觸。然后將熱電偶輸出端與數(shù)據(jù)采集器連通，通據(jù)采集程序開始實驗，每隔十分鐘記錄一次溫度數(shù)據(jù)，每組實驗持續(xù)約一生物活動、化學(xué)低溫氧化等產(chǎn)熱外，外部沒有任何溫度控制器，這樣的設(shè)部產(chǎn)熱全部用來提高樣品溫度而最大程度減少向外擴(kuò)散。實驗結(jié)束后，仔按內(nèi)部三個熱電偶位置順序分為上（溫度 1）、中（溫度 2）、下（溫度 3封塑料袋貼標(biāo)簽保存，用于后續(xù)實驗分析。溫度數(shù)據(jù)由Excel表格記錄，，導(dǎo)件中繪制溫度變化曲線。

自加熱實驗裝置
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK6

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