玉米秸秆与油污泥混合成型燃料燃烧特性研究

2022-03-03 09:33:34 | 浏览次数：

��zoޛ�)j首�� 材料，以油泥添加比例、燃烧温度、成型燃料质量的大小为影响因素，采用等温法在马弗炉中燃烧，测其燃烧性能。[结果]当混合成型燃料中玉米秸秆所占比重增大时，其失重率、燃烧速率明显降低；当马弗炉炉内温度升高时，其失重率、燃烧速率明显提高；当混合成型燃料质量增加时，其失重率、燃烧速率也显著提高。[结论]该研究可为进一步研究秸秆与含油污泥混合成型燃料燃烧性能良好的工艺参数范围提供基本的理论依据。

关键词成型燃料；油污泥；玉米秸秆；燃烧特性

中图分类号 S216文献标识码 A文章编号 0517-6611（2016）11-073-02

面对化石能源紧缺和环境污染严重的状况[1]，生物质能成为第四大消费能源[2]，它以资源丰富、生态环境友好、可再生的优点，成为能源和环境领域研究的新热点[2-3]。我国秸秆可回收再利用资源量为7.97亿t，废弃秸秆及焚烧占31.41%[4]。黑龙江省可回收再利用的秸秆为5 428万t，废弃及焚烧部分占19%，黑龙江省大庆市可回收再利用的秸秆为580万t，玉米秸秆占其中的主要成分，为374.1万t，废弃及焚烧部分占36.09%。秸秆的废弃和焚烧不但造成资源过度浪费，还增加了环境污染问题，所以，如何合理利用秸秆资源已成为亟待解决的问题。目前，成型燃料是高效、洁净化利用秸秆资源的有效途径之一[5]。传统制取成型燃料多采用单一原料，而对于以混合原料制取成型燃料的研究仅局限于在生物质原料中引入城市污水、污泥或在煤中引入生物质原料。石油在炼制、存储、运输、开采和勘探过程中会产生废弃资源[6-9]，目前大庆油田的落地油泥产量已经达到1.43×105 m3[10-11]，并且逐年升高，但目前还没有较好的方法高效解决含油污泥这一重大难题[7]。鉴于此，笔者选取黑龙江地区常见的玉米秸秆与大庆油田油污泥作为试验原料，将玉米秸秆与含油污泥混合制取成型燃料，以秸秆与油污泥掺混比例、马弗炉炉温以及成型燃料质量为影响因素，通过等温法研究其燃烧特性，以期为进一步研究秸秆与含油污泥混合成型燃料燃烧性能良好的工艺参数范围提供基本的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验原料为大庆市大同区种植的先玉335玉米秸秆及大庆市采油四厂勘探开发产生的油污泥。

1.2 仪器与设备

SX2-4-10型马弗炉、KSW-5-12型电炉温度控制器、AR1140型电子天平、DGG-9030B型电热恒温鼓风干燥箱、游标卡尺等。

1.3 试验方法

1.3.1 等温燃烧试验方法。①在所制取的混合成型燃料中随机量取0.5、1.0、1.5 g成型样品，并放入已经称好质量的坩埚中等待使用。②当炉内温度分别达到750、850和950 ℃时，将装有样品的坩埚依次通过马弗炉，停留时间分别为10、20、30、40、50、60、70、80、90、1l0、130、150、180、240、300、360、600、900、1 200 s。③每次从马弗炉中拿出装有样品的坩埚后，先在常温下隔氧冷却10 min，再通过干燥器冷却至常温并称取质量。④绘制玉米秸秆与含油污泥混合制取成型燃料的燃烧失重曲线和燃烧速率曲线。

1.3.2 单因素试验方法。①油泥添加比例对混合成型燃料燃烧特性的影响试验。以成型燃料粒径、马弗炉炉温、成型燃料质量为定量，混合成型燃料中油泥添加比例为变量，研究油泥添加比例对混合成型燃料燃烧特性的影响。含油污泥所占混合成型燃料中的比重依次为0、5%、10%、15%、20%，混合成型燃料的粒径为3～5 mm，马弗炉炉温为850 ℃，混合成型燃料的质量为1.0 g。②温度对混合成型燃料燃烧特性的影响试验。以成型燃料粒径、成型燃料质量、油泥添加比例为定量，马弗炉炉温为变量，研究温度对混合成型燃料燃烧特性的影响。马弗炉炉内温度分别为750、850、950 ℃，混合成型燃料中玉米秸秆与含油污泥的比例为10∶1，混合成型燃料的粒径为3～5 mm，混合成型燃料的质量为1.0 g。③质量对混合成型燃料燃烧特性的影响试验。以成型燃料粒径、马弗炉温度、油泥添加比例为定量，成型燃料质量为变量，研究质量对混合成型燃料燃烧特性的影响。混合成型燃料的质量分别为0.5、1.0、1.5 g，马弗炉炉内温度为850 ℃，混合成型燃料中玉米秸秆与含油污泥的比重为10∶l，混合成型燃料的粒径为3～5 mm。

1.4 计算公式

2 结果与分析

2.1 油泥添加比例对混合成型燃料燃烧特性的影响

2.1.1 燃烧过程分析。由图1可知，混合成型燃料燃烧过程大致分为2个阶段。混合成型燃料的快速燃烧时间为0～360 s，燃尽时间为360～1 200 s。当混合成型燃料中添加含油污泥时，其燃烧最大峰向前移动，并且当含油污泥所占比例增加时，其移动越显著；失重率也因含污泥的增加而提高，含油污泥所占比重越大，其失重率提高也越显著；并且其燃尽时间也明显缩短。主要原因是含油污泥所含的可燃物成分较其他生物质多，因此含油污泥所占比重越大燃烧最大峰越向前移动，所以，失重率也越高。

2.1.2 燃烧速率。由图2可以看出，当混合成型燃料中加入含油污泥时，其燃烧速率明显提高，并且含油污泥所占比重增加时，其燃烧速率提高越明显。主要原因是含油污泥中所含有的挥发物成分较其他生物质多，所以，可燃物成分所占的比重也较大。

2.2 温度对混合成型燃料燃烧特性的影响

2.2.1 燃烧过程分析。由图3可以看出，混合成型燃料燃烧过程大致分为2个阶段。混合成型燃料的快速燃烧时间为0～360 s，燃尽时间为360～1 200 s。当马沸炉炉内温度升高时，混合成型燃料的燃烧最大峰明显向前移动，并且，燃烧越迅速，燃尽时间缩短越明显，主要原因是当炉内温度越高时，混合成型燃料的挥发分析出和燃烧速率均明显加快。

2.2.2 燃烧速率。由图4可以看出，当马弗炉炉内温度越高时，混合成型燃料的燃烧速率增加越明显，重要原因是炉内温度越高，挥发分析出越迅速，所以可燃物的燃烧就越快完成。

2.3 质量对混合成型燃料燃烧特性的影响

2.3.1 燃烧过程分析。由图5可以看出，混合成型燃料燃烧过程大致分为2个阶段。混合成型燃料的快速燃烧时间为0～360 s，燃尽时间为360～1 200 s。当混合成型燃料质量增加时，成型燃料的燃烧最大峰逐渐向前移动，燃尽时间也明显缩短，主要原因是在相同炉内温度下，混合成型燃料的质量增大时，挥发分析出加快越显著。

2.3.2 燃烧速率。由图6可以看出，当混合成型燃料质量增大时其燃烧速率也明显增大，主要是因为质量越大，在短时间内挥发分就会迅速析出并燃烧。

3 结论

（1）当混合成型燃料中废弃油泥所占比例增加时，混合成型燃料的燃烧最大峰明显向前移动，燃烧速率逐渐提高，燃尽时间也缩短。

（2）当马弗炉内炉温升高时，混合成型燃料的燃烧最大峰明显向前移动，且燃烧速率逐渐提高，燃尽时间也缩短。

（3）当混合成型燃料质量增加时，混合成型燃料的燃烧

最大峰明显向前移动，且燃烧速率逐渐提高，燃尽时间也由于该成型燃料引入了废弃油泥，在成型燃料燃烧过程中会产生对环境有害的气体，因此需对此开展进一步研究。

参考文献

[1] 闫文刚，俞国胜，张海鹰，等.生物质致密成型技术研究[J].黑龙江农业科学，2010（7）：135-138.

[2] 周中仁，吴文良.生物质能研究现状及展望[J].农业工程学报，2005，21（12）：12-15.

[3] 侯振东，田潇瑜，徐杨.秸秆固化成型工艺对成型块品质的影响[J].农业机械学报， 2010，41（5）：86-89.

[4] 田宜水，赵立欣，孙丽英，等.农业生物质能资源分析与评价[J].中国工程科学，2011（2）：24-28.

[5] 刘圣勇，陈开碇，张百良.国内外生物质成型燃料及燃烧设备研究与开发现状[J].可再生能源，2002（4）：14-15.