整包秸稈的微波熱解特性研究.pdf

1、我國的生物質(zhì)尤其是農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，但其能源化利用程度不高。目前，幾乎所有的秸稈類生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)都需要對(duì)原料秸稈進(jìn)行破碎，由此增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性、初投資和能耗。因此，需要尋求一種秸稈無需破碎即可利用的新方法。 本文提出了一種不需預(yù)破碎的秸稈類生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化方法-整包秸稈的微波熱解，無需對(duì)秸稈進(jìn)行破碎，而是對(duì)其壓縮打包實(shí)現(xiàn)整體熱解利用，并與電加熱常規(guī)熱解進(jìn)行了對(duì)比。 首先，在微波熱解實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了微波加熱下整包秸

2、稈的熱解過程和傳熱機(jī)理的研究。秸稈的微波熱解過程分為四個(gè)階段：干燥階段、預(yù)熱解階段、揮發(fā)分大量析出階段和炭化階段，各階段對(duì)應(yīng)的溫區(qū)和加熱機(jī)理不同；在微波加熱下大尺度物料(整包秸稈)的傳熱方向由表層向內(nèi)部，傳質(zhì)方向由內(nèi)部向表層，這與經(jīng)過破碎的小尺度物料不同；微波加熱下料包內(nèi)部溫度場均勻性較好，微波功率越大，料包內(nèi)部溫度場越均勻；較之微波熱解，常規(guī)熱解預(yù)熱階段不明顯，沒有揮發(fā)分析出平臺(tái)期，料包內(nèi)部沿導(dǎo)熱方向溫度單調(diào)遞減。 其次，采用

3、熱重分析方法研究了整包秸稈的微波熱解特性，分析了熱解產(chǎn)物以及熱解過程的能耗。整包秸稈的微波熱重特性與常規(guī)熱重基本吻合，180℃～450℃溫區(qū)為揮發(fā)分析出最多的階段，高于450℃后物料失重緩慢；微波功率增大，熱解各階段的起始時(shí)間提前，最大熱解速率增大，最終熱解時(shí)間減小，但微波功率對(duì)熱解最終溫度影響不大；在微波功率為668W/(kg秸稈)下，秸稈熱解最終三相產(chǎn)物中炭最多、液體其次、氣體最少；熱解氣體的主要成分為CO、CO2、H2、CH4和少

4、量小分子烴，純熱解氣中H2含量最大可高于35voL％，合成氣(H2+CO)含量高于50 voL％；熱解氣各組分含量和熱解氣熱值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)都是先由零增大到最大值后減少，CO、CO2含量最大值點(diǎn)比其他氣體組分先出現(xiàn)；秸稈微波熱解炭的比表面積約為30～40m2/g，比常規(guī)熱解炭大；在本文實(shí)驗(yàn)條件下，秸稈微波熱解的耗電量在0.58～0.88 kW·h/(kg秸稈)之間，并且隨著微波功率的增大，單位質(zhì)量秸稈完成熱解所需電耗增大；在功率可對(duì)比

5、的情況下，微波加熱比電加熱速度快、熱解氣熱值高，微波熱解氣焦油含量比電加熱熱解氣高。 最后，理論分析了整包秸稈的微波熱解宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性。建立了一步多反應(yīng)競爭模型描述本實(shí)驗(yàn)中的微波熱解反應(yīng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出了不同微波功率下的表觀活化能、指前因子和反應(yīng)級(jí)數(shù)。當(dāng)微波功率為334W/(kg秸稈)和668W/(kg秸稈)時(shí)秸稈活化能分別為24～27 kJ·mol-1和67～71 kJ·mol-1，反應(yīng)級(jí)數(shù)都為一級(jí)，活化能和指前因子都隨