摘 要

生物质能作为一种特殊的能源形式，分布广、环保、可再生、储存方便等优势，经过烘焙预处理后改善性能、成型后密度大幅度加大，成本降低。为了研究生物质经过烘焙预处理后，对其经过成型后的燃料的燃烧特性的变化有何种影响以及整个燃烧机制会发生何种调整。本实验选取棉杆、麦秆两种典型生物质，研究在不同烘焙温度和时间下，生物质的成型品质、燃烧特性。采取热重分析仪来分析，得到不同烘焙条件下的热重曲线，从而确定了燃烧动力学参数，最终分析表明：烘焙时间和温度均对成型能耗、抗压性、耐久性有影响；棉杆的燃烧过程经历了脱水、挥发分和固定碳燃烧几个阶段；棉杆的着火温度降低，燃烧效率更高，烘焙温度越高，生物质燃烧放出的热量更高。所涉及的实验研究结果对于改善生物质品位、成型燃料规模化和工业化应用都有重大意义。

关键词：烘焙 生物质烘焙 成型燃料颗粒 TG-DTG 燃烧特性

英文摘要

As a special energy form, biomass energy has the advantages of wide distribution, environmental protection, renewable, convenient storage and so on. After baking pretreatment, the performance of biomass energy is improved, the density is greatly increased and the cost is reduced. In order to study the influence of biomass pretreatment on the combustion characteristics of the briquetted fuel and the adjustment of the whole combustion mechanism. In this experiment, two kinds of typical biomass, cotton stalk and wheat stalk, were selected to study the molding quality and combustion characteristics of biomass at different baking temperature and time. The thermogravimetric analysis was used to obtain the thermogravimetric curves under different baking conditions, and the combustion kinetic parameters were determined. The final analysis showed that the baking time and temperature had an effect on the molding energy consumption, compression resistance and durability. The burning process of cotton rod goes through several stages of dehydration, volatile matter and fixed carbon combustion, and the burning temperature of cotton stem is lower, the burning efficiency is higher, the higher the baking temperature is, the higher the heat released from biomass combustion is. The experimental results are of great significance for the improvement of biomass grade, the scale of briquetting fuel and the industrial application.

Keywords: Torrefaction；Biomass densification briquetting fuel pellet; Relax density；Combustion characteristic;

目录

中文摘要 I

英文摘要 II

第一章 绪论 1

1.1 生物质能 1

1.1.1 生物质能的定义 1

1.1.2 生物质能的特点 1

1.1.3 国内外生物质资源利用状况 2

1.2 生物质低温烘焙技术 3

1.2.1生物质低温烘焙技术简介 3

1.2.2生物质低温烘焙技术发展状况 3

1.3 生物质燃烧 4

1.4 研究意义与主要内容 5

第二章 实验部分 7

2.1实验材料与设备 7

2.1.1 实验材料 7

2.1.2 实验设备 7

2.2 实验步骤 9

2.2.1 烘焙实验过程 10

2.2.2 成型实验过程 10

2.2.3 燃烧实验过程 11

2.3 成型燃料的品质测试方法 11

2.3.1 成型能耗 11

2.3.2 松弛密度 12

2.3.3 耐久性 13

2.4 燃烧特性 14

2.4.1生物质成型燃料燃烧过程 14

2.4.2燃烧特性分析技术 15

2.5 燃烧动力学参数 15

第三章 结果与分析 18

3.1 成型燃料品质分析 18

3.1.1 不同温度下成型品质分析 18

3.1.2 不同时间下成型品质分析 20

3.2 成型燃料燃烧特性分析 23

3.2.1 不同烘焙温度下燃烧特性 23

3.2.2不同烘焙时间下燃烧特性 25

第四章 结论与展望 30

4.1 结论 30

4.2 展望 30

参考文献 32

致谢 34

绪论

1.1 生物质能

1.1.1 生物质能的定义

农作物的残留物、麦秆、玉米秆等都是生活中常见的有机化合物。作为有机体中一员的生物质，它通过光合作用所产生，同时，把太阳能转化成化学能而储存于生物体内，这种能量的形式被称为生物质能。作为可再生能源的重要组成部分之一，在整个能源结构的改善中，具有不容忽视的作用。它的能量主要来源是光合作用，而生物质能是一种比较特殊的能量形式，在各种各样的可再生能源中均有存在，此外，它不仅仅储存了太阳能，而且还是唯一的碳源，在一定条件下，可转化为常规型燃料。

1.1.2 生物质能的特点

生物质能来源相对广泛，其主要来源于柴火、畜牧业中生物的粪便、水里面生长的植物、可制糖的农作物、城市产生的垃圾和污水等，主要优势是可产生含硫元素很低的绿色环保燃料，存储方便，产量具有明显的季节性，同时，在某些特定的条件下，还可以提供十分便宜的能源，和将有机物转化成燃料，由此一来便大大减少了对环境的公害，比如城市垃圾燃料就是这一转化技术中很好的例子，最后，与其它非传统能源相比较，在技术方面所存在的难题也相对不多。

但是，生物质中水分的含量比较高，有机物的水分高达50%至95%^[1]，而且植物仅仅只能把很少的一部分太阳能转化为有机物进行贮存、能量密度相对低，单位土地面积的有机物能量比较低；亲水性较强；加之产地分散、缺乏适合栽种植物的土地一系列的缺点决定了生物能不能够在大规模大范围下充分地被我们所利用，那么随之而来的问题便产生了，如何提升生物质能的品位？ 如何解决生物质燃料在应用的过程中存在的种种问题，一直以来都是相关学者研究的方向，并指出：生物质燃料的预处理环节极其重要。然而，在现在发展起来的众多预处理技术当中，烘焙技术因为在生物质的储存和运输特性，及能源品质改善上面有良好的成效而受到格外地重视。

1.1.3 国内外生物质资源利用状况

作为一种可替代能源，生物质广泛存在于生物地球上，虽然总量巨大，但并非所有的生物质都有用途或被利用，只有被作为一种能源资源被利用起来的生物质才能被称作生物质资源，以前人们利用的主要方式是直接燃烧，但到了20世纪初，化石燃料开始短缺，环境也逐渐被恶化的同时，加速了生物质利用技术的发展，特别是近几十年来，生物质因为诸多的优点被人们普遍的关注并做了大量的相关研究。对生物质能源的利用也拓展了领域。主要在以下几方面被运用：

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