【摘要】：生物質(zhì)炭成型燃料具有加工成本較低、便于儲存和運輸、燃燒性能好、熱效率高、燃燒無煙等優(yōu)點。因此,對生物質(zhì)炭化及其成型燃料品質(zhì)特性的研究,對保護生態(tài)環(huán)境和森林資源以及開發(fā)利用高品質(zhì)生物質(zhì)炭新能源,均具有十分重要的現(xiàn)實意義。其中,工業(yè)分析組分與熱值是衡量生物質(zhì)燃料品質(zhì)的重要指標(biāo)。常規(guī)的化學(xué)分析方法步驟繁瑣、工作量大,需要熟練的操作人員,且不能滿足在線分析的要求。因此,工業(yè)上迫切需要能對生物質(zhì)原料的組分和熱值含量進行快速測定的方法和檢測設(shè)備。 以松木、杉木和棉桿三種常見農(nóng)林生物質(zhì)為研究對象,以工業(yè)分析值為參比,利用光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)建模方法,建立快速測定生物質(zhì)原料水分、揮發(fā)分、灰分、固定碳含量以及熱值的數(shù)學(xué)預(yù)測模型。在此基礎(chǔ)上研究其較佳的生物質(zhì)炭化工藝條件,分析了原料種類、不同裝載量和最高炭化溫度等工藝參數(shù)變化對生物質(zhì)炭的揮發(fā)分、灰分、固定碳含量和熱值等熱工特性指標(biāo)以及炭化產(chǎn)率和能量得率的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)基于光譜技術(shù)的農(nóng)林生物質(zhì)原料組分和熱值的快速檢測 應(yīng)用可見-近紅外光譜建模方法對松木、杉木和棉桿三種農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)原料組分和熱值進行了測定。相比原始光譜,一階導(dǎo)數(shù)光譜PLS模型不僅精度顯著提高,而且PLS模型潛變量個數(shù)較少,模型比較簡單�；曳帧]發(fā)分和水分測試精度較高,達到實用水平。固定碳和熱值測試精度一般,但仍可用于生物質(zhì)原料分類。 (2)溫度與裝載量對生物質(zhì)炭化及其產(chǎn)物性能的影響 用馬弗爐與自制炭化裝置對松木、杉木和棉桿三種生物質(zhì)原料進行炭化試驗,研究炭化溫度與裝載量對生物質(zhì)炭化后的揮發(fā)分、灰分、固定碳含量和熱值等理化性能指標(biāo)以及炭化產(chǎn)率和能量得率進行分析研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在300～600℃溫度范圍內(nèi)的炭化過程是逐步熱解釋放揮發(fā)分的過程,且在此基礎(chǔ)上,每項熱工特性參數(shù)值都隨炭化溫度的變化而發(fā)生改變。隨溫度升高,炭化質(zhì)量不斷提高,500-C時三種生物質(zhì)炭產(chǎn)物的發(fā)熱量分別高達28.629MJ/kg、27.900MJ/kg和26.368MJ/kg,炭化程度達到高熱值煤的標(biāo)準(zhǔn)。隨溫度升高炭化產(chǎn)率和能量產(chǎn)率均隨之下降,在實驗室條件下,原料裝載量增大,不僅能顯著提升炭化產(chǎn)物的品質(zhì)指標(biāo),同時也能增加能量得率。 (3)木薯淀粉膠及木質(zhì)素添加劑對生物質(zhì)炭成型燃料力學(xué)性能的影響 通過改變膠粘劑中淀粉含量、溫度和剪切速率等條件,探討了這些因素對木薯淀粉的流變學(xué)特性的影響�；瘜W(xué)改性木薯淀粉的黏度隨著溫度的升高而增加,隨著剪切速率的增加,剪切應(yīng)力隨之增大而黏度隨之減小,呈現(xiàn)了假塑性流體剪切變稀的現(xiàn)象。 炭成型塊的抗壓強度或抗跌碎強度隨膠粘劑含量的增大而增大,且兩者呈現(xiàn)了很好的線性關(guān)系。松木炭和棉桿炭成型塊中的施膠量以27.5%(淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0%)較佳,杉木炭成型塊的施膠量則以30%(淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.6%)為較佳。 木質(zhì)素衍生物對松木、杉木以及棉桿炭成型塊的徑向抗壓熱強度和抗跌碎熱強度均有不同程度的提高,尤其以松木炭成型塊最為明顯,徑向抗壓熱強度提高將近56kPa,剩余質(zhì)量百分比和最大塊質(zhì)量百分比分別由71.8%和68.8%提高到了96.5%和88.1%。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK6

【參考文獻】

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