水洗对生物质燃料特性及燃烧特性的影响

采用不同水温通过浸泡的方式对小麦秸秆、稻壳和桐木木屑进行水洗,对原样和水洗后样品分别进行燃料特性分析、热失重分析和灰熔融特性分析,研究了水洗对生物质燃料特性及燃烧特性的影响。结果表明,水洗能有效脱除生物质中对锅炉运行造成危害的K、Na、Cl和S元素,使燃烧过程中挥发分的析出和燃烧略有滞后,改善了小麦秸秆的灰熔融特性。随着水温增大,除Cl外,其他三种元素的脱除率单调变化,小麦秸秆的灰渣逐渐变"短"。     

生物质燃烧中碱金属和氯沉积烧结行为分析

采用化学热力学平衡的方法,对秸秆燃烧中K、Na、Cl的转化规律及形成的产物进行了研究,并与锅炉采样结果对照,讨论了生物质锅炉过热器严重积灰烧结的原因。研究结果表明,生物质中的K、Na、Cl在燃烧温度小于600℃时只存在于固相中。当温度大于600℃时产生气态的KCl、NaCl、KOH、NaOH、K、Na等。现场采样结果表明,生物质锅炉的过热器积灰烧结问题正是由这些气态碱金属化合物的凝结和硫酸盐化而引起的。     

生物质废弃物的烟气强化水洗脱碱研究

本文基于CO2溶于水形成碳酸的原理,提出生物质电厂烟气强化水洗法,对生物质中水不溶AAEM(如有机AAEM、CaCO3及CaSO4等)进行有效脱除,从而抑制其燃烧过程的结渣沾污.实验结果表明,烟气强化水洗对生物质中Na、P、S、Cl、K、Ca等无机元素均有很好的脱除效果,且明显优于传统水洗,K和Ca的脱除率分别达到87％和40％.烟气强化水洗明显抑制了生物质燃烧过程中灰的熔融结渣现象,灰的软化温度从原料灰的982℃提高到了1034℃.所以,烟气强化水洗是一种有效的抑制生物质燃烧过程中结渣沾污的方法.而且,此方法也提出了一条生物质电厂烟气资源化利用的新途径.     

基于工业分析/元素分析和可见-近红外光谱预测农作物秸秆高位热值（英文）

越来越多的农作物秸秆用于生产生物质成型燃料(生物质颗粒),作为民用和工业锅炉的生物质燃料。高位热值是衡量生物质燃料燃烧性能的主要参数之一,反映了生物质可用能含量,但利用传统的氧弹分析法测试高位热值费时费力,急需一种快速准确的方法评估农作物秸秆的高位热值,以制备高质量的生物质颗粒燃料。基于工业分析/元素分析和可见-近红外光谱分析,对比分析了五种农作物秸秆(稻秸、麦秸、棉秆、油菜秆和玉米秆)的高位热值预测模型。首先,利用多元线性回归(MLR)、逐步回归(SWR)和反向传播人工神经网络(BPNN)模型,在基于五种农作物秸秆工业分析和元素分析基础上,提出了高位热值预测模型并进行验证。MLR模型具有较好的相关系数(R2),预测均方根误差(RMSEP)和预测标准差与参比标准差比值(RPD),分别为0.921 1,0.135 1和3.49。此外,利用可见-近红外光谱分析了农作物秸秆,发现对光谱数据作最小二乘法回归(PLR),可建立高位热值预测模型,预测R2和RMSEP分别为0.881 2和0.412 9。研究结果表明MLR模型和PLR模型分别适用于基于工业分析/元素分析和可见-近红外光谱建模,对农作物秸秆的高位热值快速检测设备研发能提供基础模型支持。     

基于工业分析/元素分析和可见-近红外光谱预测农作物秸秆高位热值

越来越多的农作物秸秆用于生产生物质成型燃料(生物质颗粒),作为民用和工业锅炉的生物质燃料。高位热值是衡量生物质燃料燃烧性能的主要参数之一,反映了生物质可用能含量,但利用传统的氧弹分析法测试高位热值费时费力,急需一种快速准确的方法评估农作物秸秆的高位热值,以制备高质量的生物质颗粒燃料。基于工业分析/元素分析和可见-近红外光谱分析,对比分析了五种农作物秸秆(稻秸、麦秸、棉秆、油菜秆和玉米秆)的高位热值预测模型。首先,利用多元线性回归(MLR)、逐步回归(SWR)和反向传播人工神经网络(BPNN)模型,在基于五种农作物秸秆工业分析和元素分析基础上,提出了高位热值预测模型并进行验证。MLR模型具有较好的相关系数(R2),预测均方根误差(RMSEP)和预测标准差与参比标准差比值(RPD),分别为0.921 1,0.135 1和3.49。此外,利用可见-近红外光谱分析了农作物秸秆,发现对光谱数据作最小二乘法回归(PLR),可建立高位热值预测模型,预测R2和RMSEP分别为0.881 2和0.412 9。研究结果表明MLR模型和PLR模型分别适用于基于工业分析/元素分析和可见-近红外光谱建模,对农作物秸秆的高位热值快速检测设备研发能提供基础模型支持。     

生物质水洗脱灰及其废液的资源化利用研究

新疆农业废弃物资源丰富,为当地可再生能源发展奠定了原料基础,但过高的钾含量导致其燃烧过程发生严重的结渣沾污问题.水洗可从源头上解决问题,但所产生的废水难以处置或资源化利用,且新疆农田灌溉大都采用滴灌系统.因此,本研究自主设计了生物质的半连续水洗装置,并将此装置与滴灌系统结合,提出了可实现农作物生长所需营养元素从土壤—秸秆—土壤自循环的新型农田滴灌系统,实现了生物质水洗废水的资源化利用.结果 表明:此半连续水洗装置实现了棉杆中钾的高效脱除,热值提高了13.7％.棉杆中95.7％、93.6％、66.7％和49.4％的K、Na、P和Mg及大量的腐殖酸溶解到滤液中.通过此新型滴灌系统,可为新疆农业生产节省施肥费用44.5元/亩.此外,废液中大量的腐殖酸对改善新疆大面积的碱性土壤有很好的作用.可见,本研究对新疆生物质废弃物的能源化利用、新疆滴灌系统的优化改进和降低农业生产成本均有一定意义.     

铁锰硅对凤眼莲生物质结构的影响

分析了Fe,Mn,Si元素培养条件下凤眼莲(Eichhornia crassipes)秸秆不同部位的Fe,Mn,Si元素含量、吸附位点数以及重要官能团组成.结果表明,Mn和Si能提升生物质的酸性位点数,Mn的作用尤其明显,而铁降低生物质的酸性位点数;在铁、锰及其组合处理后,风眼莲秸秆三个部位的酸性位点数顺序为根>茎>叶...     

有机盐对生物质快速热解油生成特性的影响

采用浸渍法制备了不同甲酸钙负载量的玉米秸秆样品,通过热解装置对其催化生物质快速热解生油能力进行评价,利用元素分析、GC-MS等技术分析了液体产物组分的变化规律,同时以微晶纤维素、木质素为模化物,深入研究了生物质组分间交互作用对甲酸钙催化热解特性的影响.结果 表明,纤维素与木质素间的交互作用对甲酸钙催化生物质热解生油过程具有促进作用,增强了生物质组分的裂解反应和加氢反应,当甲酸钙含量为5％时,生物油产率获得最大值为301.2 g·kg-1,与秸秆非催化热解相比增幅为6％.甲酸钙对生物油组分具有明显选择性,导致脂肪族化合物含量增加,酚类化合物含量显著降低,而交互作用对二者的形成分别产生了促进和抑制作用效果.     

生物质热解和燃烧过程中钾的析出迁移特性研究

生物质在热转化过程中,部分K进入到气相,会造成高温对流受热面积灰结渣和高温腐蚀等严重问题。本文利用固定床实验系统对生物质热解和燃烧过程中碱金属的析出迁移特性展开了研究。实验结果表明:温度升高有助于小麦秸秆中K元素的析出,而氧化性气氛能促进K元素的析出;小麦秸秆和稻壳的热解析出曲线差异较大,燃料种类对K元素的析出起着决定性作用;在所研究的温度范围内,水溶性K的析出占据着主导地位。     

玉米秸秆组分近红外漫反射光谱(NIRS)测定方法的建立

玉米秸秆是我国产量最大的秸秆生物质资源,但目前还没有快速高效的组分分析方法,本研究利用傅里叶变换近红外漫反射光谱 (NIRS) 技术,采用偏最小二乘法(PLS),在国内首次建立了NIRS测定玉米秸秆中灰分、半纤维素、纤维素、Klason木质素、酸不溶灰分和水分含量的校正模型,该模型稳定,适合不同地区、不同品种的玉米秸秆及其不同部位。实验结果表明,采用一阶导数+Karl Norris滤波预处理,谱区在4 100～7 500 cm-1,能得到理想的预测模型。该模型对玉米秸秆各组分的交叉验证均方差(RMSECV)范围为0.090 3～1.45,预测误差(RMSEP)范围为0.256 9%～2.581 9%,预测相关系数≥0.871 1。该研究对加速我国秸秆生物质的工业转化具有重要意义。     

锯屑与煤混烧过程积灰实验研究

积灰降低锅炉效率,危及安全运行,是生物质燃烧技术发展的主要障碍.本文基于高温一维下行炉,选用锯屑和兖矿原煤作为燃料,通过自动控温采样枪收集积灰,分析积灰的采集效率、撞击效率和捕集效率等宏观效果参数.结果显示,锯屑与兖矿混烧时积灰倾向性显着增加.扫描电镜/能谱微观分析发现:碱金属和碱土金属的存在是积灰倾向增加的原因,两条主要途径是:碱性物质在飞灰表面冷凝增加了飞灰的表面黏性;碱性物质与硅铝酸盐结合形成低熔点的化合物.     

玉米秸秆常压催化液化及产物分析

以玉米秸秆粉末为原料,浓磷酸为反应催化剂,选取多种有机溶剂为液化剂,170 ℃的条件下,在高压反应釜中制备秸秆生物质油。考察了三乙酸甘油酯复配碳酸乙烯酯、甘油复配碳酸乙烯酯以及聚乙二醇复配碳酸乙烯酯(均为6∶1ω/ω)三种不同的混合液化剂对液化得率和生物质油产品性能的影响。采用气质联用仪(GC-MS)分析秸秆生物质油的化学组成;傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析原料和液化残渣的主要官能团。实验结果表明聚乙二醇与碳酸乙烯酯混合溶剂液化时,秸秆生物质油得率为97.84%,三乙酸甘油酯与碳酸乙烯酯混合液化时得率为80.20%,甘油与碳酸乙烯酯混合液化时得率为36.97%。FTIR分析结果表明,以聚乙二醇与碳酸乙烯酯混合溶剂为液化剂,秸秆中纤维素、半纤维素和木素的特征官能团几乎全部消失,液化效果最好。GC-MS分析结果表明,生物质油的成分复杂,主要包括有机酸和酮类、醇和醚类、芳香类、糖类和酯类等化合物。     

酸洗处理对生物质炭表面吸附特性及光谱特性的影响

生物质炭表面灰分的存在会严重影响生物质炭的表面结构特性及吸附能力。采用HCl-HF对400和600 ℃两种温度制备的玉米秸秆生物质炭进行酸洗处理,去除生物质炭表面的灰分。通过对比酸洗前后玉米秸秆生物质炭的元素含量、比表面积、孔径分布、红外光谱分析图和吸附平衡试验结果探究酸洗处理对生物质炭表面吸附特性和光谱特性的影响。结果表明：酸洗处理能有效去除生物质炭表面存在的无机盐、焦油等一系列副产物,显著改变生物质炭的表面结构特性,提高生物质炭的吸附性能。(1)酸洗后生物质炭的碳含量相对增加,疏水性及芳香官能团含量增加,极性降低;(2)酸洗处理显著增加了生物质炭的比表面积,处理后炭比表面积分别增加了3.46倍和6.75倍;酸洗还显著提高了生物质炭的孔容及介孔含量,从而大大增加了生物质炭的吸附能力;(3)两种生物质炭酸洗前后的红外光谱上关键官能团峰强差异显著,尤其在3 398～3 447,2 924～3 056,1 378～1 439 cm-1范围内,酸洗后生物质炭的振动峰强度显著减小,表明生物质炭在酸洗后其表面脂肪结构和羟基减少。(4)酸洗前后的吸附试验表明,酸洗处理能够去除炭表面的灰分,增加生物质炭的吸附位点,进而提高其对2,4-D的吸附量。     

共聚焦显微拉曼光谱在木质纤维细胞壁预处理中的应用进展

在能源紧缺和环境恶化的双重压力下,利用农林生物质替代化石资源生产生物燃料、生物基化学品和材料逐步发展成为世界范围内的研究热点,而细胞壁中纤维素、半纤维素、木质素以及其他少量组分的空间分布不均一性和化学结构复杂性构成了天然抗降解屏障,严重阻碍生物质的转化效率,因此需要对木质纤维原料进行预处理,以期破坏细胞壁的宏观壁垒,实现生物质的低成本高效转化。在此过程中,全面了解木质纤维细胞壁的化学组成、结构特性及其在生物质转化过程中的解构机理是高效利用农林生物质的重要前提。由于拉曼光谱具有样品制备要求低、灵敏度高、且能在原位状态下对样品进行定性、定量分析等特点,使得拉曼光谱成为研究木质细胞壁结构的有力工具。尤其与显微技术相结合时,可以同时获得木质纤维细胞壁主要组分的微区分布与超分子结构信息,实现生物质转化过程中化学组分动态变化的可视化研究。首先介绍了拉曼光谱成像的工作原理,并对纤维素、半纤维素和木质素的拉曼特征信号进行了归属。其次,总结了近几年拉曼光谱在生物质转化领域内的应用与研究进展,综述了拉曼光谱在未处理状态下以及稀酸、水热、稀碱等不同预处理过程中的分析方法,对细胞壁主要组分的分布进行表征,以揭示预处理过程中各组分的溶出过程及迁移规律,为在细胞及亚细胞水平探究预处理诱导细胞壁主要组分动态溶解机制提供了有效路径。此外,针对检测中收集的光谱数量过多、分析难等问题,文章重点介绍了主成分聚类分析法和顶点成分分析法两种拉曼数据分析方法,用于提取特征信息并对光谱进行分类研究,以深入探究特定组分的空间分布和分子结构。最后,根据上述分析展望了拉曼光谱在生物质转化领域的研究趋势,为相关研究提供技术参考。     

常压连续反应性萃取法由预处理生物质制备乙酰丙酸(cited: 2)

采用双相联系流反应性萃取技术实现常压下小麦秸秆向乙酰丙酸的转化,其中生物质在水相中完成降解,形成乙酰丙酸,而后比水密度大的有机相作为乙酰丙酸的萃取相,把生成的乙酰丙酸萃取到有机相,并经过虹吸到收集瓶中,有机相经蒸馏可反复使用,实现了预处理生物质到乙酰丙酸的高效转化,乙酰丙酸最大的产率为30.66%.     

碱金属凝结特性的实验研究

生物质在锅炉中燃烧时,碱金属蒸气在高温对流受热面上的凝结是形成积灰层的初始必要条件。本文利用一维沉降炉和凝结采样器,对KCl、K_2SO_4及两者混合物的凝结特性进行了实验研究。结果表明KCl、K_2SO_4及两者混合物的凝结温度分别为770、745和764℃左右。利用扫描电镜对不同温度范围的凝结产物表面形貌进行了分析,得到了两种凝结机制:"异相凝结-部分熔融'和"均相成核颗粒沉积"。     

火焰发射光谱对K元素激光诱导击穿光谱测量的影响

在煤和生物质燃烧过程中,燃料中的碱金属元素会发生气态释放,并在随烟气降温的过程中凝结,产生热力设备结渣、腐蚀、积灰等问题,影响设备的安全运行。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是测量煤/生物质火焰中碱金属元素分布的有效手段。建立了一套火焰场内K元素的LIBS测量系统,分别测量了不同ICCD门宽时间条件下火焰场内K元素的火焰发射光谱(FES)信号和LIBS信号,并计算、比较了二者的信号强度随测量系统ICCD门宽时间变化的规律。实验结果表明,相同ICCD门宽时间条件下,火焰场内K元素LIBS信号强度显著高于FES信号强度。随着ICCD门宽时间的增加,二者的信号强度均逐步增加,但是二者的增速变化规律并不相同:K元素LIBS信号强度的增加速度呈现出先快后慢的变化规律;K元素FES信号强度则呈现出线性增加的规律。同时,相同ICCD门宽时间条件下,K元素LIBS信号强度与FES信号强度的比值在ICCD门宽时间为0~8μs的范围内迅速升高至约4;之后,随着ICCD门宽时间的增加,该比值缓慢下降并逐步趋近于1。通过分析火焰场内K元素FES对LIBS测量影响的原理,提出了合理选取LIBS测量系统ICCD门宽时间,使得K元素LIBS信号强度与FES信号强度的比值最大化,从而降低K元素FES对LIBS测量影响,优化了提高火焰场内K元素LIBS信号测量准确度的方法。     

老化作用对生物炭理化特性的影响

以松木屑、玉米秸秆、小麦秸秆和花生壳四种生物质热解制备的生物炭为对象,分别采用自然老化、高温老化、冻融老化对四种生物炭进行5个月老化培养。结合元素分析、扫描电镜分析(SEM)、N2吸附/脱附分析、X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)和pH测定等表征分析,研究了老化方式对生物炭理化特性的影响。结果表明,老化过程能够显著提高生物炭的BET比表面积,改善生物炭的微观孔隙结构,降低C元素含量,增加O元素含量,提高H/C、O/C和(O+N)/C以及表面含氧官能团数量,并降低生物炭的pH值,老化方式对生物炭理化特性改善效果顺序为高温老化■冻融老化■自然老化。     

生物质在闪速加热条件下的挥发特性研究

生物质快速热裂解技术是实现生物质液化的重要手段。研究在闪速加热条件下(达到104K／s)生物质的热挥发特性对于热裂解装置的设计非常重要。在等离子体加热的层流炉上对于几种典型的生物质材料,包括玉米秸秆、麦秸、稻壳、椰子壳等,进行了实验研究,获得了它们热挥发的活化能、反应频率因子等。研究发现,在闪速加热条件下,生物质热挥发的动力学参数与升温速率无关。     

高碱煤的烟气强化水洗脱碱研究

本工作基于燃煤电厂烟气(CO2)溶于水形成的碳酸可促进高碱煤中碱金属碱土金属(AAEM)水洗脱除的理论基础，研究了关键工艺参数对脱碱效果的影响规律，考察了洗液循环利用的可行性和烟气强化水洗对重金属的脱除作用。结果表明，烟气强化水洗对红沙泉煤中Na、K最高脱除率分别可达86.8%和62.7%；宜化煤脱Ca率达到44.7%；准东煤脱Mg率达35.4%；脱碱率随水洗时间的增加和原料粒径的减小而增大；洗液盐浓度与循环次数呈正相关，Ca和Mg的脱除率受循环液浓度影响强于Na和K；煤中As、Ni等重金属脱除率甚至超过90%。