生物質(zhì)烘焙預處理技術是改善生物質(zhì)燃料特性的一種手段,有著廣闊的前景。烘焙生物質(zhì)具有低水分、高熱值、疏水性強、可研磨性強等顯著優(yōu)點,因此已得到學界和業(yè)界的廣泛關注。但是關于烘焙生物質(zhì)高溫火焰下的燃燒特點,以及與燃燒密切相關的熱解成焦特性仍然鮮有研究涉及。本文著眼于生物質(zhì)高溫火焰燃燒特性,以及烘焙對熱解成焦、產(chǎn)油的影響,旨在加深對烘焙生物質(zhì)高溫熱轉(zhuǎn)化的理解。本文首先通過單顆粒燃燒反應器研究了烘焙預處理對荷木顆粒在高溫火焰下的燃燒特性的影響。實驗發(fā)現(xiàn)烘焙后的木顆粒揮發(fā)分燃燒時間變短,而焦燃燒時間變長。烘焙預處理顯著促進了更多的焦生成,使燃燒時間變長燃燒時間與焦顆粒的質(zhì)量和尺寸的關系可以用固體顆粒的擴散控制反應模型進行很好的描述。另外,發(fā)現(xiàn)鉀離子的存在也會促進了更多焦的生成,但鉀離子同時催化了焦的氧化反應,提高了焦的反應性,總體上縮短了焦的燃燒時間。焦是生物質(zhì)燃燒過程的重要中間產(chǎn)物,對燃燒過程有決定性的影響,本文通過分步熱解的手段研究了烘焙對生物質(zhì)高溫熱解產(chǎn)焦的影響。研究發(fā)現(xiàn)烘焙預處理會提高荷木焦產(chǎn)率的同時,降低焦在熱重分析儀中的氧化反應性。不過,上述作用也很大程度上取決于熱解步驟的加熱速率。本文還更進一步研究了烘焙對生物質(zhì)三種主要組分的成焦作用。研究結(jié)果顯示,烘焙預處理對纖維素、木聚糖、木質(zhì)素三種模型化合物均有顯著的焦產(chǎn)率提升作用,但作用的機理不同。此外,烘焙顯著削弱了纖維素和木質(zhì)素的焦反應性,但對木聚糖焦反應性的影響則可以忽略。最后,本文還對比了干烘焙和濕烘焙兩種重要生物質(zhì)熱處理方法對生物質(zhì)熱解氣相產(chǎn)物的影響。結(jié)果表明,濕烘焙后的生物質(zhì)揮發(fā)分含量更高,而干烘焙后揮發(fā)分含量則顯著降低。另外Py-GC/MS分析發(fā)現(xiàn),盡管兩種烘焙方法對油產(chǎn)物分布的影響有一定差異,但由于酸類和含氮雜環(huán)類物質(zhì)的減少,整體而言生物質(zhì)的熱解油質(zhì)量都有所提升。綜上所述,本文對烘焙生物質(zhì)的燃燒和熱解特性作了大量有意義的基礎研究,首次發(fā)現(xiàn)烘焙預處理對荷木和纖維素、木聚糖、木質(zhì)素等三種模型化合物的焦產(chǎn)率和焦反應特性起作用必須符合一定的熱解溫度和加熱速率的要求,加深了烘焙對熱解焦形成過程作用的理解。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

第 1 章 緒論質(zhì)烘焙是指在 200-300℃下對生物質(zhì)進行 0.5-2 小時的輕度熱解[11]，從而料性質(zhì)得以改善的技術。一般而言，烘焙生物質(zhì)保留了原來 90%的能量，及質(zhì)量，因而能量密度得以明顯提升[12,13]。另外，由于生物質(zhì)在烘焙過程中了全部的水分，并且令包括羥基在內(nèi)的大量親水性基團分解，既干燥了生物降低了生物質(zhì)的吸濕能力[14]，大幅改善了生物質(zhì)燃料的儲存和燃燒性能。以外，由于烘焙過程中生物質(zhì)原生的纖維結(jié)構(gòu)被破壞，纖維韌性顯著下降碎性大幅提升[15,16]。該特點使生物質(zhì)更適應于高效粉末爐和與煤混燃摻燒

圖 1-2 生物質(zhì)組分在不同烘焙溫度下的失重率和發(fā)生的反應[44]。但有關生物質(zhì)的主要組分烘焙后的熱解特性研究還比較缺乏。近兩年，浙江的王樹榮等人陸續(xù)開展了烘焙對白皮松[37]、半纖維素[45]和纖維素[46]熱解特響的研究，以焦產(chǎn)率來說，熱重分析儀熱解得到的生物質(zhì)及主要成分烘焙后對焦產(chǎn)率都升高，而絕對焦產(chǎn)率基本不變，也不受烘焙溫度升高的影響。他一步使用固態(tài) 13C 核磁共振技術[46,37]、二維紅外相關光譜[45]對烘焙生物質(zhì)

圖 2-1 單顆粒燃燒反應器特性實驗在一 SPR 反應器上進行，其結(jié)構(gòu)詳見為燃料，使樣品暴露在高溫 H2火焰下燃燒。反應保護管，其作用在于在進樣的短時間內(nèi)隔離樣.3 mm 的鎢絲穿上，固定在另一根可活動的陶瓷制樣品進出。待進樣后，迅速抽離保護管，則反火、揮發(fā)分燃燒（脫揮發(fā)分），以及焦燃燼過程像機(Allied Vision Technologies stingray F-033)記多相關操作可參見早前的研究[57,58]。
【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 修木;;全世界顆粒燃料產(chǎn)量增長[J];國際木業(yè);2015年11期

2 方升佐;關于加速發(fā)展我國生物質(zhì)能源的思考[J];北京林業(yè)管理干部學院學報;2005年02期

本文編號：2841592