烘焙预处理工艺的选择

烘焙预处理工艺的选择

1生物质的利用与管理利用研究随着传统能源的逐渐匮乏和环境问题的恶化，可支配能源的积极开发和利用已成为各国能源发展的重要战略。生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质内的能量形式,其燃烧产生的CO开发和利用生物质能需要解决一系列和其本身性质有关的问题。例如:生物质一般具有较高的含水量和较低的能量密度,因此利用效率和相应的运输存储成本较高;强韧的纤维结构增加了加工利用的工艺难度等2烘焙预处理过程烘焙是指在200~300°C的较低温度下的热处理过程,生物质原料通过烘焙后,燃料能量密度增大,基本与低品质煤相当,含水量降低,因此更适合于直接投入火电厂与煤炭混合燃烧发电供热生物质的种类很多,本文以草芦和秸秆(草本类)、松木屑和锯末(软木类)、柳树木屑(硬木类)为代表烘焙预处理过程一般包括:预热、预干燥、升温、烘焙、冷却等工序(1)预热阶段原料温度由室温开始上升,该阶段结束时,自由水开始蒸发。(2)预干燥阶段温度维持在稳定数值,原料中大量自由水蒸发。(3)升温阶段温度迅速升至200℃,原料中结合水开始释放,其他少量物质也开始蒸发。(4)烘焙阶段指温度从200℃升至实验温度再降回200℃的阶段,该过程中的最高温度即烘焙温度,该过程的时间即烘焙时间,大量物质在这一阶段发生反应。(5)冷却阶段指产物从200℃降至室温的阶段。在这5个工序中,除烘焙以外的4个阶段固体质量均不发生变化,仅在前3个阶段原料含水量会降低,其他结果影响不大3生物质烘焙标准一般来说,评价烘焙效果的主要指标包括:质量产率、能量产率、高热值、含水量、研磨能耗、氧碳比质量产率为原料烘干前后质量的比值,能量产率为质量产率乘以烘干前后低温热值的比值。这2个指标是评价烘焙过程能量致密效率的参数,通常以质量产率70%左右,能量产率90%左右作为一次理想烘焙的变化比例高位热值(HHV)是生物质的一项重要指标。在烘焙生物质原料的过程中,随着温度的升高,若高位热值的增大不足以弥补由于质量损失而减少的能量时,就没有必要追求更高的高位热值氧碳比为原料中氧元素含量与原料中碳原料含量的比值。通常氧碳比越低越适合燃烧,煤炭的氧碳比一般在0.2以内含水量为原料中结合水的质量与原料总质量的比值。含水量是影响生物质燃料运输存储成本的重要因素,本文以含水量降低50%作为理想烘焙的评价标准。研磨能耗是将烘焙后的生物质原料研磨为直径小于1.5mm所需的单位能耗,是衡量生物质材料研磨难易程度的重要参数。未经处理的生物质原料研磨能耗非常大,通常在200kWh/t以上,烘焙可以将生物质的研磨能耗降低至20~70KWh/t左右综合相关文献,本文拟确定表2所示的理想烘焙标准。4典型的生物烤实验4.1锯子松木屑烘焙实验数据如表3所示。对照表2,对于松木屑(烘焙时间为0.5h)烘焙温度以250~275℃为宜。4.2烘焙温度和时间对研磨能耗的影响锯末实验数据如表4所示,对照表2,对于锯末(烘焙时间为0.5h)烘焙温度可选择250℃,若对研磨能耗要求较高,可选择适当升高10~20℃。4.3烘焙温度对草芦的影响草芦烘焙实验数据如表5所示。对照表2,草芦在0.5h的烘焙时间下,难以找到合适的烘焙温度。因此,草芦作为生物质燃料的可行性需要进一步研究。4.4稻草秸秆烘焙实验数据如表6所示。对照表2,对于秸秆(烘焙时间为0.5h)烘焙温度可选择230~250℃。4.5烘焙温度不达标柳树木屑实验数据如表7所示。对照表2,0.5h烘焙时间内并无达标的烘焙温度。柳树木屑烘焙1h的实验数据如表8所示。对照表2,烘焙温度230℃即可。5烘焙过程的特性结合5种生物质原料的烘焙实验数据,确定其理想的烘焙温度与时间如表9所示。根据表9,主要结论如下:(1)在0.5h的烘焙条件下,不同类型生物质原料的理想烘焙温度是不一样的。(2)随着烘焙温度的升高,对于温度的敏感程度由高到低依次为:草本类>软木类>硬木类。(3)一般来说,高温烘焙(290℃以上)并不利于提高能量产率,因此在中温烘焙(250℃左右)不能达到理想效果时,可适当延长时间,避免过度升温。通过研究可以看出,本文建立的烘焙技术综合评价标准,即:质量产率、能量产率、高热值、含水量、研磨能耗、氧碳比,能够综合的反应烘焙过程的效果。利用该综合评价标准,本文对常见的不同类型生物