内容发布更新时间 : 2024/11/5 5:04:23星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
生物质颗粒燃料理化特性变化规律
0引言
随着社会的进步、经济的发展，人类对能源的需求日益增加[1]，但是煤炭、石油、天然气等化石能源不断减少[2-3]。生物质能具有原料来源广泛，可再生等特点，越来越被人们关注[3-5]。其中，生物质颗粒燃料由粉碎的固体生物质原料通过成型机压缩成圆柱形的生物质固体成型燃料，直径一般不大于25mm，长度不大于其直径的4倍，压缩后密度为原来的5～10倍[6]，具有储存空间小，运输方便，使用时清洁环保，热效率高，可持续利用等特点，具有广阔的发展前景。
生物质颗粒燃料在生产后，一般不会立即得以利用，需要在工厂内进行至少6个月的储藏，在这段较长的时间内，采用何种储藏形式，储藏过程中对于温湿度有何要求，才能保障颗粒燃料不出现发霉、变质是一个重要的环节。
目前，国内外对于生物质颗粒燃料储藏机理的研究很少[7]。黄文等研究了木薯干颗粒在广西地区储藏的温湿度的要求[8]，结果表明为达到储藏期长、储藏效果好的目的，需要降低仓房内空气湿度、木薯含水率、以及仓房和木薯堆内的温度，减少木薯与空气的接触面积。谢祖琪等研究了小麦秸秆的储藏机理[9]，结果表明：无论是正常年份，还是相对湿度较大的特殊年份，麦秸捆储存期前后绝干热值没有明显影响，麦秸捆均可安全储存并作能源利用。樊峰鸣以华北产量较大的玉米秸秆、大豆秸秆为原料制成的大粒径成型燃料经抗水性试验发现其耐水浸蚀性能好，最长达300h[10]。AthanasiosA.Rentizelas等研究了生物质燃料供应过程中，储藏条件对燃料的影响[11]，结果表明颗粒燃料在较低全水分下（15%～20%）储藏，对环境要求较低。但对于生物质颗粒燃料受当地气候、储藏方式、储藏时间等因素影响试验研究则未见报道。
本文拟通过采取3种不同的储藏方式（袋装、半封闭、露天），针对玉米秸秆颗粒和木质颗粒2种燃料，开展长期储藏试验，按月测量其全水分、灰分、热值、机械耐久性等理化特性，分析生物质颗粒燃料在北方气候下是否可以长期储藏及不同储藏方式（袋装、半封闭、露天）对颗粒燃料性能的影响，以期为生物质颗粒燃料的安全储存提供理论依据，为中国北方地区生物质成型燃料规模化利用奠定基础。
1材料及方法 1.1试验材料
中国北方地区普遍种植的农作物为玉米，试验选取了2009年秋季北京南郊地区所产玉米秸秆。试验材料由HM485型生物质固体燃料成型机压制而成。
另外选取木质颗粒燃料。颗粒燃料的规格为：直径为8mm，长度20～30mm，主要理化特性见表1。
1.2试验设备
本试验仪器主要包括：YBJL-8901型温湿度记录仪（北京威铭首旺电子机械设备有限公司）、GJ-2袋装式化验制样粉碎机（河南省鹤壁市天弘仪器有限公司）、XL-1箱型高温炉（河南省天弘仪器有限公司）、SA223S-CW型分析天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）、101-1A型电热鼓风干燥箱（河南省鹤壁市天弘仪器有限公司）、ZDHW-5型微机全自动量热仪（河南省鹤壁市天弘仪器有限公司）、KER-2400型转鼓试验机、堆积密度测量装置（容积为5L）。
1.3试验方法 1.3.1试验时间
中国北方地区，3月份气温逐渐回暖，至8月份温度一直处于上升期，在此期间温度变化由低至高，6月份进入雨季，空气湿度变大，天气状况对于颗粒燃料的储藏机理影响较大。所以，选择2011年3月至8月期间作为试验时间。
为准确记录试验期间空气温湿度变化量，采用YBJL-8901型温湿度记录仪每8h记录1次空气温湿度，每月记录90组数据，分别计算月记录数据平均值作为每月平均温度和湿度，见图1。
1.3.2储藏方式的选择
目前，生物质颗粒燃料储藏方式多数为采用袋装的形式堆积在仓库中[12]，储藏过程中通风条件较差。另外，也有采用料堆和料仓[13]等形式。为了对比生物质颗粒燃料在不同储
藏条件下，长期储藏时其理化特性的变化规律，采用了编织袋袋装、自制半封闭储藏装置、露天平铺等3种方式，每种方式开展1组试验。
计算试验中堆积密度、全水分等测量所需颗粒燃料质量，预计6个月份试验共需颗粒燃料24kg，考虑试验过程中的损耗等，每组试验颗粒燃料准备50kg。 试验在北京南郊工厂内进行，储藏环境为普通厂房室内环境。
袋装储藏：每种颗粒燃料分别称量50kg，采用聚丙烯塑料编织袋装，扎紧袋口，横向放置于地面。按照《NY/T1881.2-2010生物质固体成型燃料采样方法》使用取样铲分4层采样，每层取1kg样品。每次采样完成后，重新扎紧袋口袋装。
半封闭储藏：每种颗粒燃料分别称量50kg，采用边长为4mm的方形孔筛网，自制的半封闭储藏装置储藏，保证装置边缘储藏的颗粒燃料与空气部分接触。采样时，放倒容器使燃料流出，使用取样铲分4层采样，每层取1kg，每次采样完成后，将燃料放回半封闭容器并直立放置。
露天储藏：每种颗粒燃料分别称量50kg，堆积成山状，平铺放置于地面带孔铁板上，使颗粒燃料与空气充分接触。采样时，依据标准，对颗粒燃料堆划分8个区，每个区取0.5kg样品。每次采样完成后，颗粒燃料重新堆积放置。考虑料堆高度可能仅影响颗粒燃料机械性能，对其他特性影响不大，本文未考虑该因素。图2为颗粒燃料3种储藏方式实物图。
1.3.3试验测定参数选择及测试方法
生物质颗粒燃料在储藏一段时间后，运输到工厂、家庭，应用于供暖、供热。在储藏期内，随着储藏时间的增加，颗粒燃料的理化特性均会发生变化，随之影响其运输特性及燃烧产生的热值。其中，全水分变化会影响堆积密度和热值，堆积密度决定储藏机构的结构设计及容量计算，机械耐久性表征在储藏、运输过程中抗破碎能力，工业分析可判定颗粒燃料储藏过程中灰分、挥发分、水分的变化，热值反映颗粒燃料可供热能力。因此，本试验选取了全水分、密度、堆积密度、机械耐久性、热值等参数作为试验指标，并对颗粒燃料进行工业分析，得出储藏时间对各种参数的影响。