胡威;胡建杭;王华;杨丽;邓双辉;李娟琴
【摘 要】从生物质原料的工业分析结果和木质素含量两个角度出发,分析了二者对生物质炭化的影响.对生物质炭化原料进行选择,认为木材类生物质适合作为生物质炭化的原料,可加强对树木枝条、锯末及薪炭林的炭化；为实现生物质炭化的工业化,还应设计利用烟气余热等热源来热解生物质的换热器,这项设计需知道生物质热解需热量.运用热重-差示扫描(TG-DSC)同步热分析仪对选用的木屑进行热解实验并利用DSC曲线对木屑炭化需热量进行分析.结果表明,木屑炭化终温为500℃时(初始温度为40℃),需热量为491 kJ/kg.提出DSC曲线在工业用热解换热器传热设计和校核中的应用方法.%Biomass materials for producing char had been selected after analyzing the influences of the two aspects on biomass carbonization. The two aspects are respectively the results of proximate analysis and lignin content of biomass materials. Forest biomass is suitable for biomass carbonization. The use of forest branches, sawdust and fuel forest for carbonization should been strengthened. In order to realize industrialization of biomass carbonization, heat exchanges for biomass pyrolysis utili zing residual heat of the flue should been designed. It needs to know the caloric requirement of pyrolysis. TG-DSC simultaneous thermal analyzer was used for experiments of sawdust. The analysis of caloric requirement of biomass carbonization was made. When the carbonization temperature was 500 ℃(the initial temperature was 40 ℃), caloric requirement was 491 kJ/kg. This paper also pointed out a DSC curve's application method in heat transfer design and verification of heat exchange for biomass pyrolysis.炭化
【期刊名称】《煤炭转化》
【年(卷),期】2012(035)003
【总页数】4页(P80-83)
【关键词】生物质;炭化原料选择;需热量;DSC
【作 者】胡威;胡建杭;王华;杨丽;邓双辉;李娟琴
【作者单位】昆明理工大学冶金与能源工程学院,冶金节能减排教育部工程研究中心,650093昆明;昆明理工大学冶金与能源工程学院,冶金节能减排教育部工程研究中心,650093昆明;昆明理工大学冶金与能源工程学院,冶金节能减排教育部工程研究中心,650093昆明;昆明理工大学冶金与能源工程学院,冶金节能减排教育部工程研究中心,650093昆明;昆明理工大学冶金与能源工程学院,冶金节能减排教育部工程研究中心,650093昆明;昆明理工大学冶金与能源工程学院,冶金节能减排教育部工程研究中心,650093昆明
【正文语种】中 文
【中图分类】TK69;X789
0 引 言
生物质热解产物的状态有气态、液态和固态.目前研究热解生物质制气和制油的较多，制生物质炭的相对较少.而生物质炭的用途很广泛，可用做冶炼金属的还原剂，制成活性炭来吸附物质，制造电磁屏蔽材料，具有较高农用价值，还可在水蒸气气化下制气体等.［1］本
实验目的在于推动以后热解生物质制炭的工业化，工业化应用时应选择合适的生物质炭化原料，热解的热源应考虑使用烟气余热等.在设计的换热器中对生物质进行炭化，换热器的设计需要知道生物质的需热量.目前在炭化原料对生物质制炭的影响研究上，一般是选用几种生物质进行热解制炭，根据实验结果简单描述哪种生物质原料更适合热解制炭，未进行深入分析和给出理论依据.本研究从不同角度进行分析并结合文献［2－6］的实验结果来选择适合制炭的生物质原料.在生物质需热量的研究基础上，何芳等［7，8］通过对DSC曲线进行积分计算需热量，但利用DSC曲线进行生物质热解传热设计鲜有报道.本研究将对生物质需热量进行分析并提出一种利用DSC曲线进行热解换热器传热设计和校核的方法.
1 生物质炭化原料选择
热解生物质制炭的效果因生物质种类的不同而有差异.因为生物质种类繁多，某个研究机构单独研究出适合炭化的生物质较困难.本研究旨在分析生物质原料对炭化的内在影响并结合文献［2－6］中的实验结果，选择出适合工业化制炭的生物质.由生物质原料工业分析结果和木质素含量两个角度来选择适合炭化的生物质.
1.1 原料工业分析
根据国家标准（GB／T17664－1999）规定可知：炭中固定碳含量越高且灰分含量越低，其品质越高.可见生物质炭工业分析结果是衡量炭品质的重要指标.考虑到生物质原料工业分析的方法和原料热解的过程，可知生物质炭的灰分和固定碳含量等与原料工业分析结果是存在着紧密联系的，可以由此生物质原料的工业分析角度来选择热解后生物质炭品质高的原料.主要生物质原料与相应生物质炭的工业分析结果见表1和第81页表2.
表1 常见生物质原料的工业分析（%）Table 1 Proximate analysis of common biomass raw materials（%）Biomass M V A FC Almond tree pruning［2］10.6 72.2 1.2 16 Rice husk［3］ 70.01 18.17 11.82 Sawdust［4］ 9.87 76.77 0.42 12.94 Corn stalk［4］ 3.7 72.62 6.3 17.38 Wheat straw［4］ 6.36 67.68 8.84 17.12 Eucalyptus［5］7.73 74.91 0.98 16.38
表2 常见生物质炭性能Table 2 Properties of common biomass charBiomass char V／% A／% FC／%Heat value／（MJ·kg－1）Almond tree pruning［2］33.2 Sawdust［3］ 10.8 79.4 28.05 Corn stalk［3］ 9.8 73.2 25.95 Rice husk［3］ 9.5 72.6 25.6 Cotton stalk［6］ 11.21 11.81 76.98 Rice straw［6］10.08 30.79 59.13
由表1和表2可以看出，木材类生物质的灰分较小，热解制得的生物质炭中固定碳含量和热值均较高；稻壳、玉米秸秆和麦秆等农作物类的灰分较高，生物质炭中灰分含量也较高，固定碳含量低.原料中灰分含量低，一般制得的炭中灰分含量低，相应固定碳含量和热值会高一些.由表1还可以看出，生物质原料中灰分含量的区间范围是较大的，灰分含量小的可不到1%，灰分含量高的可接近20%.热解制炭的生物质材料应选择灰分含量低的生物质.
木材类生物质的灰分含量一般低于1%［9，10］，远远小于农作物类灰分含量，适合作为炭化的原料.
1.2 原料木质素含量
热解制炭的一个现实是生物质炭的产量普遍不太高.一方面应将制炭与制气和制油进行联产来提高整个热解过程的能量利用率；另一方面要选用有助于提高炭含量的生物质原料.
de Jongh等［11，12］认为，木质素分解比半纤维素和纤维素分解能得到更多产量的炭.若原料中木质素含量越高，则生物质炭的产量就越大.可以从原料木质素含量角度来选择热解后生物质炭产量高的原料.常见生物质的木质素、纤维素和半纤维素等含量见表3.由表3可以
看出，在主要被利用的生物质中，木材类的木质素含量是较高的，选用木材类生物质热解制炭有利于提高生物质炭的产量.
表3 常见生物质的木质素和纤维素及非纤维素含量（%）Table 3 Lignin，cellulose and hemi－cellulose content of common biomass（%）Biomass Lignin Cellulose Hemi－cellulose Almond tree pruning［2］25 33.7 20.1 Subabul wood［13］ 24.7 39.8 24 Rice husk［13］ 14.3 31.3 24.3 Rice straw［13］ 13.6 37 22.7 Wheat straw［13］ 16.4 30.5 28.9 Corn stalks［13］ 17.5 42.7 23.6 Corn cob［13］ 16.6 40.3 28.7 Bagasse［13］18.3 41.3 22.6
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