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專業(yè)從事生物質(zhì)顆粒、生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)、研發(fā)

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生物質(zhì)顆粒燃料能的物質(zhì)基礎(chǔ)

發(fā)布日期:2018-12-20 作者: 點(diǎn)擊:

一、生物質(zhì)顆粒燃料原料的類型
  按原料的化學(xué)性質(zhì)分,生物質(zhì)顆粒燃料能資源主要為糖類、淀粉和木質(zhì)纖維素物質(zhì)。
按原料來(lái)源分,則主要包括以下幾類:
  ①農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物,主要為作物秸稈;
 ?、谛讲?、枝權(quán)柴和柴草;
 ?、坜r(nóng)林加工廢棄物、木屑、谷殼和果殼;
 ?、苋诵蠹S便和生活有機(jī)垃圾等;
 ?、莨I(yè)有機(jī)廢棄物、有機(jī)廢水和廢渣等;
 ?、弈茉粗参?,包括所有可作為能源用的農(nóng)作物、林木和水生植物資源等。
  能源植物包括糖類、淀粉和纖維素類原料,是未來(lái)建立生物質(zhì)顆粒燃料能工業(yè)的主要資源基礎(chǔ),是今后生物質(zhì)顆粒燃料能資源發(fā)展的主要方向。
  二、生物質(zhì)顆粒燃料能資源的特點(diǎn)
  與礦物能源相比,生物質(zhì)顆粒燃料在燃用過程中對(duì)環(huán)境污染小。
  生物質(zhì)顆粒燃料能蘊(yùn)藏量巨大,而且是可再生的能源。只要有陽(yáng)光照射,綠色植物的光合作用就不會(huì)停止,生物質(zhì)顆粒燃料能也就永遠(yuǎn)不會(huì)枯竭。
  生物質(zhì)顆粒燃料能源具有普遍性、易取性,幾乎不分國(guó)家、地區(qū),它到處存在,而且廉價(jià)、易取,生產(chǎn)過程極為簡(jiǎn)單。
  可再生能源中,生物質(zhì)顆粒燃料是唯一可以儲(chǔ)存與運(yùn)輸?shù)哪茉?,這給其加工轉(zhuǎn)換與連續(xù)使用帶來(lái)一定的方便。
  生物質(zhì)顆粒燃料揮發(fā)組分高,碳活性高,易燃。在400℃左右的溫度下,大部分揮發(fā)組分可釋出,而煤在800"C時(shí)才釋放出30%左右的揮發(fā)組分。將生物質(zhì)顆粒燃料轉(zhuǎn)換成氣體燃料比較容易實(shí)現(xiàn)。生物質(zhì)顆粒燃料燃燒后灰分少,并且不易黏結(jié),可簡(jiǎn)化除灰設(shè)備。
  提倡生物質(zhì)顆粒燃料能開發(fā)利用,有助于改善生態(tài)環(huán)境。大力開發(fā)生物質(zhì)顆粒燃料能,就要積極植樹、種菜,綠化大地,美化環(huán)境,凈化空氣,保持水土,減少風(fēng)沙。在用科學(xué)方法利用生物質(zhì)顆粒燃料的熱能后,剩余部分還可還田,改良土壤,提高肥力。
  生物質(zhì)顆粒燃料能源也有弱點(diǎn),從質(zhì)量密度的角度來(lái)看,’作為燃料與礦物能源相比不具優(yōu)勢(shì),是能量密度較低的低品位能源。它質(zhì)量輕,體積大,給運(yùn)輸帶來(lái)一定難度,并且風(fēng)、雨、雪、火等外界因素為它的保存帶來(lái)不利影響。
  三、生物質(zhì)顆粒燃料的化學(xué)組成
  糖類和淀粉類原料的化學(xué)組成相對(duì)簡(jiǎn)單,主要由葡萄糖單糖或多糖組成。
  廣泛利用的生物質(zhì)顆粒燃料主要屬于纖維素類,不同來(lái)源的生物質(zhì)顆粒燃料其化學(xué)組成也不盡相同。
  農(nóng)作物秸稈主要化學(xué)元素組成:碳40%~46%、氫5%~6%、氧43%~50%、氮O.6%~1.1%、硫O.1%~0.2%;經(jīng)完全燃燒,灰分3%~5%、磷1.5%~2.5%、鉀11%~20%。
  薪柴化學(xué)元素組成:碳49.5%、氫6.5%、氧43%、氮1%;經(jīng)完全燃燒,灰分少于1%,還有少量鉀和其他微量元素。
  纖維素類生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒過程中,各元素發(fā)揮了不同的作用,形成相應(yīng)的氧化產(chǎn)物。
  1)碳(c)是燃料中的主要元素,其含量多少?zèng)Q定著燃料發(fā)熱值的高低,含碳量越高,發(fā)熱量越多。燃燒后變?yōu)镃02或CO。lkg純碳完全燃燒約釋放33 913kJ的熱量。純碳不易燃燒,含碳越高,燃點(diǎn)越高,點(diǎn)火越難。碳以兩種形式存在:一種是它與氫和氮組成化合物,燃燒時(shí)以揮發(fā)物形式析出燃燒;另一種是固定碳,揮發(fā)物析出后在更高的溫度下才能燃燒。柴草中固定碳的含量比煤炭少得多,前者為12%~20%,后者為80%~90%,因此柴草易點(diǎn)燃和燃盡。
  2)氫(H)常以碳?xì)浠衔镄问酱嬖?。lkg純氫燃燒可放出142 300kJ的熱量。氫的燃燒產(chǎn)物是水蒸氣,汽化潛熱要帶走一部分熱量(22 600kJ),實(shí)際放熱為119 700kJ。氫禽量越多,越容易燃燒。
  3)硫(S)作為燃料是一種有害物質(zhì)。1kg純硫燃燒放出9210kJ熱,生成SO,或S03。箕在煙氣中若與水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸(H2s03)或硫酸(H2s04),腐蝕金屬,污染大氣,危害人體,影響植物生長(zhǎng)。
  4)磷(P)可燃,燃燒后生成五氧化二磷(P205),是草木灰中的磷肥。
  5)鉀(K)可燃,燃燒后生成氧化鉀(K20),是草木灰中的鉀肥。
  6)氮(N)和氧(o)。氯不能燃燒,氧可助燃。它們不產(chǎn)熱,會(huì)降低燃料的發(fā)熱量(吸熱)。農(nóng)作物秸稈和薪柴還含有一定量的水分和少量的其他礦物質(zhì)。水分在燃燒過程中產(chǎn)生水蒸氣,吸收熱量(稱為汽化潛熱),隨煙氣跑掉,帶走一部分熱量;其他礦物質(zhì)有Si02、A1203、CaO、Fe203等,它們是灰分。在纖維素生物質(zhì)顆粒燃料中,稻草與稻殼含灰量較大,超過10%;其他纖維素生物質(zhì)顆粒燃料含灰量通常小于3%。
  四、生物質(zhì)顆粒燃料燃料的熱值
  生物質(zhì)顆粒燃料燃料主要有農(nóng)作物秸稈、薪柴、野草、畜糞和木炭等,通常它們都含有不同比例的水分。lkg生物質(zhì)顆粒燃料完全燃燒所放出的熱量稱為它的高位熱值。水分在燃燒過程中變?yōu)檎魵?燃料中氫燃燒時(shí)也生成水蒸氣),吸收一部分熱量,稱為汽化潛熱。高位熱值減去汽化潛熱值得到的熱量,即為lkg生物質(zhì)顆粒燃料的低位熱值。國(guó)內(nèi)在燃用生物質(zhì)顆粒燃料過程中計(jì)算它的發(fā)熱量時(shí),常常取(如果不特別注明)低位熱值這個(gè)數(shù)據(jù)(表)。
  表1常見燃料熱值表

燃料熱值/(kJ/kg)

燃料 熱值/(kJ/kg)

燃料 熱值/(kJ/kg)

燃料 熱值,(kJ/m3)

煤炭 5 000

焦炭 28 470

洗精煤 26 377

洗中煤8 374




石油41 868

汽油43 124

柴油42 900

油渣 37 681

重油41 868

乙醇 26 780

煤油43 004

液化天然氣 35 588

油田伴生氣41 868

液化石油氣 50 242





焦?fàn)t氣 18 003

城市煤氣 16 747

甲烷 35 822

沼氣 20 934

氫    10 780

一氧化碳 12 628

電 3600[kJ/(kW.h)

  注:同一種燃料隨產(chǎn)出情況的不同,其所含可燃成分也不盡一致,其熱值在一定范圍內(nèi)變化;表中所列數(shù)值多為近似平均數(shù),是參考值;熱量單位國(guó)際上用焦耳(J),國(guó)內(nèi)有的文獻(xiàn)中還有用卡(cal)的,它們的換算關(guān)系是leal=4.1868J;熱量計(jì)算中還常出現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)煤”(煤當(dāng)量)的字樣,我國(guó)定義的標(biāo)準(zhǔn)煤量值(世界各國(guó)尚未統(tǒng)一)是熱值2930010為lkg標(biāo)準(zhǔn)煤;目前我國(guó)將原煤換算成標(biāo)準(zhǔn)煤,按平均熱值20 900kJ/kg計(jì)算,換算系數(shù)為O.714,原油按41868kJ/kg計(jì)算,換算系數(shù)為1.429,天然氣按38 979kJ/m3計(jì)算,換算系數(shù)為1.33,水力發(fā)電的熱功當(dāng)量計(jì)算,lkW·h水電等于3600kJ,換算系數(shù)為0.123;標(biāo)準(zhǔn)煤的符號(hào)為lkg標(biāo)準(zhǔn)煤——lkgce;It標(biāo)準(zhǔn)煤——1tce
  由于水分在轉(zhuǎn)變成蒸氣時(shí)吸收熱量,因此每種生物質(zhì)顆粒燃料都含水量不同導(dǎo)致其低位熱值不一樣,含水量越大,其低位熱值越小。


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