当前世界环境

介绍

在可持续能源和减少温室气体排放的全球性问题上，生物质能作为可再生能源的重要来源之一，是未来一种潜在的能源来源。在印度，稻壳、棉花秸秆、大豆秸秆、豇豆秸秆、花生壳、红花秸秆等农用秸秆的储量非常丰富。据报道，到2050年，世界上所使用的初级能源的15%至50%可能来自生物质能。据估计，目前世界上约11%的初级能源是由生物质能满足的(Tripathi, 2009年)。据估计，印度每年可获得的生物质约为5亿公吨。据估计，每年可获得的剩余生物量约为1.2亿至1.5亿公吨，覆盖农业和林业残留物，相当于约1.8万兆瓦的潜力。除此之外，如果这些糖厂采用技术和经济上最优水平的热电联产从它们生产的baggase中提取电力，那么该国550家糖厂通过基于baggase的热电联产可以产生大约5000兆瓦的额外电力。未来对能源的需求和需求进一步增加;特别是电能(www.mnre.gov.in)。

图1:平衡水分含量 锯屑，粉末和它们的煤块 点击此处查看图

生物质材料本质上是吸湿性的。粮食、秸秆、秸秆、壳、壳、锯末、甘蔗袋气、干叶等都具有吸湿性，随着温度和相对湿度条件的变化而释放水分。生物质的这一特性对贮存结构的设计、干燥器的设计、物料贮存寿命的估计等都具有重要意义。正确和准确地了解电磁兼容性，无论是在材料储存过程中操纵环境条件，还是采取预调节措施，以确保材料在高湿条件下储存时不会变质，都是有益的。提出的研究工作的具体目标是确定生物质原料及其压块的平衡水分含量，并对结果进行了讨论。

图2:平衡水分含量 蔗渣及其压块 点击此处查看图

北阿坎德邦森林部门表示，该邦森林中未使用的松针达180万吨。如果这个数量可以适当地压块，它每年可以产生大约594万兆瓦的能源。这将导致巨大的二氧化碳₂储蓄。例如，1.3 t生物质型煤取代了1 t砖窑用煤，节约了1.81 t CO₂排放减少2.5吨，取代了1吨液化石油气，节省了2.98吨二氧化碳₂发射。以玉米芯和稻壳渣为原料制备型煤的性质，以期从中找出最有效的燃料。农业废弃物型煤的积极属性包括含水率低、破碎强度高、密度大、火焰传播慢、灰分含量低、氢含量高和热值大(Oladeji,2010)。

图3:的平衡水分含量 果壳粉及其压块 点击此处查看图

生物质型煤的性质

农作物秸秆及其成型煤的理化性质显然是最重要的参数，它决定了气化炉的持续和高效运行，分别对决定成型的适用性和成型煤的质量至关重要(Khardiwar et al. 2014)。

图4:平衡水分含量 麻风壳粉及其压块 点击此处查看图

水分 内容

水分含量在型煤的形成和燃烧过程中起着至关重要的作用。在收获时，生物质的水分含量变化很大。下行气流气化炉仅限于水分含量低于20%的生物质燃料(佩恩，1986年)。甘蔗茎顶叶灰分占15% ~ 29%;热值与挥发性浓度成正比，与灰分含量成反比。所有残留物的固定碳含量都在百分之百以上。最终分析给出了农业残留物中碳、氢、氧和氮的百分比。据观察，碳含量与热值成正比(Khan, 1993)。

图5:50%的平衡水分含量 RHP +50% SD粉末及其压块 点击此处查看图

燃料的低热值与其含水率直接相关，影响锅炉的效率。燃料的价格是根据燃料的热值、水分含量和灰分含量等人为因素确定的。结果表明，随着煤样含水率的增加，煤样的抗压强度和破碎指数显著增加。为了稳定压实，MC的重量在13%至18%之间。压块含水量的影响是由机器和混合因素控制的(Demirbas, et.al 2004)。

图6:平衡水分含量 切碎的稻草及其蜂窝煤 点击此处查看图

体积密度

物理性质，如堆积密度，水分含量和平均粒度的原料影响他们的压块性能(Wakchaure和Sharma 2007)。

图7:平衡水分含量 麦秸切碎及其蜂窝煤 点击此处查看图

作物残茬型煤的化学性质

化学性质是决定燃料质量的重要因素．对生物质进行了近似分析研究，测定了生物质中的挥发分、固定碳、灰分含量、灰分熔融温度和热值。

图8:平衡水分含量 棉秆粉及其压块 点击此处查看图

挥发性物质

挥发性物质是燃料的一部分，在受控加热时以气体或蒸气的形式被排出。挥发性物质由碳氢化合物和其他由蒸馏和分解残留物产生的气体组成。

灰分含量

它的性质对燃烧系统有影响。灰是完全燃烧后留下的不可燃残留物。生物质燃料，特别是木材衍生燃料的灰分很低，但有几种生物质燃料含有大量的灰分，这使得它们的燃烧或固定床气化变得困难(Payne, 1986)。对适于气化的农用残渣进行了压块研究，并测定了部分生物质的灰分含量。在选定的生物质中，稻壳的灰分含量最高，锯末的灰分含量最低(Shrivastava, 2009)。

材料与方法 水分含量

采用烘箱干燥法测定生物质含水率。最初，已知重量的样品在105℃的烤箱中保存24小时。然后将烘箱干燥的样品称重(Browning, 1967)。试样含水率计算公式如下:

式中，MC =水分含量W₁=干燥前样品的重量，g W₂=干燥后样品的重量，g

体积密度

采用标准水置换法测量单个型煤的体积。(Tayade, 2009)。



作物残茬型煤的化学参数

本研究采用ASTM D 3172, ASTM D 3177, ASTM D 3175, ASTM D 1875, ASTM D 3286。

挥发性物质

挥发性物质的百分比使用与先前测定水分含量相同的样品，并使用以下公式确定(ASTM, 2012)。

式中，a =样品初始质量，1g。b =冷却后样品的最终重量(加热温度107±3℃1小时)。c =样品冷却后的最终重量(加热温度950±20℃)。

固定碳

挥发分释放后的残留物被排出，含有原来存在的矿物质和不挥发或固定碳。固定碳的计算方法如下(Jenkins, et al. 1998)。固定碳(%)= 100 -(%水分+ %灰分+ % V. M)

灰分含量

以前测定挥发物含量的相同样品被用来测定灰分含量的百分比。从坩埚中取出的样品然后在马弗炉中无盖加热，温度为700℃+然后取出坩埚，先在空气中冷却，然后在干燥器中称量。反复加热、冷却和称重，直到获得恒定的重量。残留物以灰分的百分比报告。灰分百分比由下列公式确定(Rabier et al.， 2006)。



灰熔融温度

煤和焦炭灰的可熔性的标准试验是基于ASTM D-1875。将生物质干燥、研磨，并置于马弗炉中，温度750°C，空气中，直到获得恒重。然后将残灰用含有10%糊精、0.1%水杨酸和89.9% H的溶液细磨₂0按重量加到灰中。为了使其成为塑料块，通过将其压入合适的模具中，将其模压成锥形。把这些球果拿出来晾干。干燥的锥体放置在一个厨房的基础上，然后插入一个高温炉和加热到800度⁰C.在大约15分钟的间隔后，样品的温度以50°C的增量升高。在每个间隔期间，观察锥体的形状。在这个温度范围内，可以观察到圆锥体顶点的初始四舍五入或弯曲，可以称为“灰变形温度”。随着温度的进一步升高，同一样品有熔化成半球形块状物的趋势。观察到这种现象的温度范围可称为“灰熔融温度”。

热值

根据ASTM D 3286标准，使用Bomb量热计测定生物质的热值。将生物质以型煤的形式放置在密闭的炸弹中，炸弹在25大气压下充满氧气，并放置在装满水的桶中。炸弹在镍线供电的帮助下被点燃。记录水的初始温度，然后记录温度的变化，连续20分钟，间隔1分钟。用最高温升来计算试样的燃烧热，数学上表示为。


式中，W =量热计水当量，Cal/℃t =温升，℃H =燃料热值(物质燃烧热)，Cal/g m =燃烧样品质量，g

平衡水分含量的测定

为测定平衡水分含量(EMC)，采用8种不同类型的生物质/农作物秸秆[甘蔗袋气、锯末、花生壳粉、麻风树壳粉、切碎的稻草、切碎的麦秸和50%稻壳粉(RHP)+ 50%锯末(SD)和棉秆粉]及其压型煤进行研究。研究中使用的新鲜原料及其压块的物理和热性能如表1所示。EMC测定在1月至8月进行，温度变化范围为25 - 37ºC，相对湿度为7级即40、50、60、70、80和90%。温度和相对湿度的选择是基于Vallabh Vidyanagar及其周围获得的温度和相对湿度的最大和最小变化(Singh et.al 2001)。水分含量的测定采用标准的热空气烘箱法(ASTM 1983)。

表1:新鲜原料及其型煤的物理和热性能

生物物种	VolatileMatter (%, d.b)。	AshContent (%, d.b)。	Fixedcarbon (%, d.b)。	热值,千卡/公斤	堆积密度，kg/m3.
松散形式的原料
锯屑	84.54	1.95	13.49	4707	240
甘蔗baggase	90.36	1.95	7.67	4046	133
花生壳	80.90	3.27	15.82	4898	255
麻疯树壳	71.02	17.09	11.88	3618	288
50% RHP + 50%锯末	74.67	10.69	14.63	4250	248
碎稻草	77.89	17.43	4.66	3473	50
麦秸碎	85.73	8.80	5.46	4021	50
棉杆	79.53	7.05	13.40	4077	226
压块形式的原料
锯屑	76.10	3.95	19.95	4370	615
甘蔗Baggase	76.12	4.52	19.36	3983	675
花生壳	77.37	3.75	18.88	4011	680
麻疯树壳	71.05	19.83	9.12	3526	685
50% RHP + 50%锯末	72.28	11.98	15.74	4036	625
碎稻草	64.44	19.47	16.09	3468	590
麦秸碎	75.95	11.75	12.3	3926	591
棉杆	76.92	9.86	13.22	3898	631

表2:不同RH水平下不同原料及其型煤的EMC

老不	生物物种	不同相对湿度下的电磁兼容
		40%	50%	60%	70%	80%	90%
松散形式的原料
1	锯末粉	2.20	4.19	5.96	6.74	8.67	12.16
2	甘蔗袋粉	2.69	4.98	5.89	7.34	9.35	12.82
3.	花生壳粉	3.65	4.49	6.46	6.90	9.86	12.71
4	麻风树壳粉	5.89	6.78	8.85	10.83	15.23	20.30
5	50% RHP + 50%锯末	2.41	3.44	4.99	6.35	8.13	11.23
6	碎稻草	3.54	4.72	5.52	7.89	10.17	14.64
7	麦秸碎	2.63	3.33	5.86	8.02	10.73	17.45
8	棉秆粉	1.87	3.83	4.70	6.74	9.10	15.25
压块形式的原料
9	锯屑	1.66	2.90	4.03	5.15	7.28	9.60
10	甘蔗Baggase	2.01	3.40	4.20	5.39	7.43	9.80
11	花生壳	3.09	3.30	4.00	5.16	7.44	9.37
12	麻疯树壳	3.69	5.75	6.48	7.39	11.61	16.31
13	50% RHP + 50%锯末	2.00	2.83	3.99	5.28	7.21	10．19
14	碎稻草	3.15	3.99	4.45	5.80	8.35	11.36
15	麦秸碎	1.86	2.75	4.73	5.52	8.11	15.99
16	棉杆	1．11	2.10	3.91	5.19	7.55	12.59

每个湿度水平下样品的电磁兼容性使用以下公式计算(Singh等)。2004) emc (%) = [(]W₁- W₂) / W₂x 100，其中，W₁=在不同相对湿度下达到定重时生物量的重量(g)W₂=生物质干物质重量(g)

结果与讨论

将锯末粉、蔗渣粉、麻疯树壳粉、50%稻壳粉+ 50%锯末粉、切碎的稻草、切碎的麦秸和棉花秸秆粉等生物质原料在40 ~ 90%相对湿度下的EMC与它们的型煤进行比较(图1 ~ 8)。在所有情况下，在相对湿度高达70%时，EMC没有显著差异。在较高的相对湿度下，在70%以上，成型煤的电磁相容性比其原料低2- 4%。这是由于在松散生物质的情况下，与他们的压块相比，有更多的多孔空间。从储存角度来看，这一特性是有利的，因为与它们的原料相比，压块将从大气中吸收较少的水分。

结论

对原料及其型煤平衡含水率的研究表明，在各相对湿度水平下，型煤的EMC均低于原料。当相对湿度达到70%时，降低约1- 2.5%;当相对湿度高于70%时，降低约2- 4%。由于较低的相对湿度，压型煤的储存被认为比松散形式的原料有利，因为在非常高的相对湿度水平下，压型煤将从大气中吸收较少的水分。即使在90%的相对湿度下，压块的形状也完好无损。在较高的相对湿度条件下，锯末、甘蔗渣、花生壳和稻壳与锯末混合料的粉状和压块状的电磁相容性显著低于其他4种原料。

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