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《南华大学》 2015年
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生物沥青及水热炭化对木屑成型和燃料品质的影响

李士伟  
【摘要】:当前我国生物质成型产业普遍存在原料短缺、成型能耗高和成型燃料品质不佳的问题。本文以废弃生物质樟木和杉木为原料,经粉碎后分别做如下预处理(1)掺入一定比例的生物沥青;(2)在亚临界条件下进行水热炭化,然后制备成型燃料。考察了生物沥青掺加量及水热炭化温度分别对物料成型能耗(挤压能耗和推动能耗)和成型燃料品质(密度、Meyer强度、吸水性和燃烧特性)的影响规律,并深入分析了影响机理。研究结果表明:1)木屑成型所需挤压能耗随着生物沥青掺加量的提高而降低,当木屑中掺入20%生物沥青时,挤压能耗降低44%。生物沥青掺加量由0%提高至5%时,推动能耗降低较为显著,此时樟木和杉木成型燃料的推动能耗分别降低73%和39%,之后继续提高生物沥青的掺加量对推动能耗的影响较小。成型燃料的密度随着生物沥青掺加量的提高呈现先升高后降低的趋势,并在5%处取得最大值,樟木和杉木成型燃料的密度最大分别为1130 kg/m3和1150 kg/m3。在温度为30℃,相对湿度为90%环境中,生物沥青掺加量由0%为20%时,成型燃料的吸水能力持续降低,樟木和杉木成型燃料的平衡吸水率分别降低13.14%和8.33%。添加生物沥青降低了成型燃料的着火温度和最大燃烧速率,并扩大有效燃烧温度区间,从而提高了成型燃料燃烧的稳定性和持续性。2)木屑经水热炭化处理后,成型燃料的挤压能耗、推动能耗、密度、Meyer强度、热值和疏水性均得到提高。其次,随着水热温度由200℃提高至260℃,成型燃料的挤压能耗、推动能耗、Meyer强度、热值和疏水性呈现升高的趋势,而成型燃料的密度则呈现先升高后降低的趋势,并在240℃有最大值。樟木生物炭和杉木生物炭成型燃料密度的最大值分别为1274 kg/m3和1213 kg/m3。木屑经260℃水热处理后,成型燃料的Meyer强度提高3.1~5.5倍,热值增加35.1%~41.1%,平衡吸水率降低66.3%~70.2%。同时,木屑经水热炭化处理后,成型燃料的挥发分含量和最大燃烧速率降低,有效燃烧区间延长,使得成型燃料的燃烧更为稳定。
【关键词】:生物沥青 生物质 水热炭化 成型
【学位授予单位】:南华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TK6
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-12
  • 第1章 绪论12-26
  • 1.1 生物质能12-15
  • 1.1.1 生物质能的定义12-13
  • 1.1.2 生物质能的特点13-14
  • 1.1.3 生物质能转化利用技术14-15
  • 1.2 生物质成型技术15-19
  • 1.2.1 成型燃料品质评价指标16-18
  • 1.2.2 成型产业发展存在的问题18
  • 1.2.3 研究进展18-19
  • 1.3 水热处理技术19-24
  • 1.3.1 水热法介绍19-20
  • 1.3.2 水热法在生物质转化方面的应用20
  • 1.3.3 生物质水热炭化技术20-23
  • 1.3.4 水热炭化-成型联用技术研究进展23-24
  • 1.4 研究思路和主要内容24-26
  • 第2章 生物沥青对木屑成型和燃料品质的影响26-41
  • 2.1 引言26
  • 2.2 原料与设备26-28
  • 2.3 成型燃料的制备方法28-29
  • 2.4 能耗和品质测试方法29-32
  • 2.4.1 挤压能耗和推动能耗29-30
  • 2.4.2 成型燃料密度30
  • 2.4.3 成型燃料Meyer强度30-31
  • 2.4.4 成型燃料吸水性能31
  • 2.4.5 成型燃料燃烧特性31-32
  • 2.5 结果与分析32-39
  • 2.5.1 生物沥青掺加量对成型能耗的影响32-34
  • 2.5.2 生物沥青掺加量对成型燃料密度的影响34-35
  • 2.5.3 生物沥青掺加量对成型燃料Meyer强度的影响35-36
  • 2.5.4 生物沥青掺加量对成型燃料吸水性的影响36-37
  • 2.5.5 生物沥青掺加量对成型燃料燃烧特性的影响37-39
  • 2.6 小结39-41
  • 第3章 水热炭化对木屑成型和燃料品质的影响41-58
  • 3.1 引言41-42
  • 3.2 原料与设备42
  • 3.3 木屑的水热处理步骤42-44
  • 3.4 木屑和生物炭理化性质的表征44-45
  • 3.4.1 原料化学组成和元素组成44
  • 3.4.2 原料工业分析和发热量44
  • 3.4.3 原料粒径分析44
  • 3.4.4 原料的红外光谱分析44-45
  • 3.5 成型燃料的制备与测试45
  • 3.6 结果与分析45-56
  • 3.6.1 木屑及生物炭理化性质45-48
  • 3.6.2 水热温度对成型能耗的影响48-50
  • 3.6.3 水热温度对成型燃料密度的影响50-51
  • 3.6.4 水热温度对成型燃料Meyer强度的影响51-52
  • 3.6.5 水热温度对成型燃料吸水性能的影响52-54
  • 3.6.6 水热温度对成型燃料燃烧特性的影响54-56
  • 3.7 小结56-58
  • 第4章 结论与展望58-60
  • 参考文献60-66
  • 作者攻读硕士学位期间的科研成果66-68
  • 致谢68

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