【摘要】：褐煤作為煤化程度最低的礦產(chǎn)煤,由于其燃燒特性差,水分高、熱穩(wěn)定性差等特點(diǎn),一直未得到有效地開(kāi)發(fā)利用。另外,我國(guó)也是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),每年秸稈產(chǎn)量較大,但大多被隨意焚燒或直接丟棄。生物質(zhì)型煤是將褐煤與秸稈混合制備的塊狀燃料,不僅可提高褐煤的燃燒效率,還可擴(kuò)大生物質(zhì)的利用途徑,符合我國(guó)政府在“十三五”期間提出的適度發(fā)展煤制燃料,清潔高效利用煤炭資源。但秸稈剛性強(qiáng),其直接與褐煤混合制備的生物質(zhì)型煤易膨脹開(kāi)裂。本論文針對(duì)褐煤與生物質(zhì)利用率低,以及生物質(zhì)型煤品質(zhì)差等問(wèn)題,玉米秸稈利用了厭氧發(fā)酵技術(shù)處理,研究了發(fā)酵后的玉米秸稈即沼渣與褐煤的熱壓成型工藝,并對(duì)比了不同成型溫度制備的沼渣型煤和玉米秸稈型煤的特性。首先,在不同噴淋量下利用車(chē)庫(kù)式厭氧發(fā)酵技術(shù)對(duì)玉米秸稈進(jìn)行處理。該研究依次進(jìn)行了四批,系統(tǒng)總固體含量(TS)為13.4-14.6%。發(fā)酵前兩周的噴淋量為總噴淋量的2/3-7/8,第三周為總噴淋量的1/8-1/3,第四周無(wú)噴淋。研究表明,厭氧發(fā)酵前玉米秸稈在接種液中浸泡2h,有助于提高其產(chǎn)氣性能。前期噴淋量對(duì)整個(gè)發(fā)酵過(guò)程影響相對(duì)較大,前期噴淋量為2000g/次,每天16次時(shí),經(jīng)28天發(fā)酵,玉米秸稈的累積產(chǎn)甲烷量達(dá)到179.6mL/gVS,生物降解率為42.2%。傅立葉紅外光譜(FTIR)及木質(zhì)纖維素分析結(jié)果表明,玉米秸稈經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵處理后,其大部分半纖維素和纖維素被降解,而木質(zhì)素結(jié)構(gòu)破壞程度較低,厭氧微生物不會(huì)破壞沼渣中的氫鍵,有利于增加成型性能。掃描電鏡(SEM)結(jié)果顯示,與玉米秸稈相比,沼渣的表面較疏松、粗糙,且木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)之間發(fā)生不同程度的斷裂,并出現(xiàn)空隙,更適合制備成型燃料。其次,對(duì)生物質(zhì)型煤的成型工藝進(jìn)行了研究。以褐煤和生物質(zhì)(沼渣、玉米秸稈)為實(shí)驗(yàn)原料,研究了成型溫度(室溫-160℃)、成型壓力(2-20MPa)、保壓時(shí)間(30-240s)及生物質(zhì)含量(0-30%)等因素對(duì)生物質(zhì)型煤性質(zhì)(抗壓強(qiáng)度、體積、水分和發(fā)熱量)的影響。單因素和中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究結(jié)果表明,成型溫度對(duì)生物質(zhì)型煤的性質(zhì)影響最顯著,對(duì)沼渣型煤的抗壓強(qiáng)度影響顯著的是成型溫度與保壓時(shí)間的交互作用,其次是成型溫度與沼渣含量,而沼渣含量與保壓時(shí)間的交互作用不顯著。在相同制備條件下,沼渣型煤的抗壓強(qiáng)度均高于玉米秸稈型煤,其體積均低于玉米秸稈型煤。因此,與玉米秸稈相比,沼渣的塑性強(qiáng),彈性弱,易于壓縮成型。最后,對(duì)生物質(zhì)型煤進(jìn)行了SEM、熱重、存放情況以及成型過(guò)程的能耗分析。SEM結(jié)果顯示,熱壓成型后褐煤的碎片結(jié)構(gòu)和裂隙消失,生物質(zhì)型煤的原料組織均有被破壞,發(fā)生了機(jī)械形變與塑形流變。軟化的木質(zhì)素會(huì)與周?chē)拿毫５任镔|(zhì)相粘結(jié),沼渣型煤粒子形成的塊狀物相對(duì)較大,結(jié)合比較牢固,導(dǎo)致其具有較高的抗壓強(qiáng)度。通過(guò)熱重分析考察了不同成型溫度的生物質(zhì)型煤的熱解特性。生物質(zhì)型煤熱解過(guò)程為褐煤與生物質(zhì)的分階段熱解過(guò)程,與生物質(zhì)和褐煤?jiǎn)为?dú)熱解相比,其特征溫度有偏差,說(shuō)明在熱壓處理后褐煤與沼渣熱解過(guò)程可能存在協(xié)同作用,以提高褐煤的轉(zhuǎn)化效率。將生物質(zhì)型煤存放在25℃、相對(duì)濕度為80%的環(huán)境中測(cè)試,玉米秸稈型煤易發(fā)生霉變,而沼渣型煤無(wú)此現(xiàn)象�；�8MPa,140℃的沼渣型煤成型過(guò)程,其理論能耗大約為204.8kcal/kg。如果厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣用于燃燒發(fā)電,其轉(zhuǎn)化的電能可滿(mǎn)足成型過(guò)程的需求,則熱能也可滿(mǎn)足厭氧發(fā)酵保溫系統(tǒng)的需求。
【圖文】：

- 5 -圖 1.1 生物質(zhì)能源利用技術(shù)[18]Fig. 1.1 Applicable technology of biomass energy1.4 生物質(zhì)型煤成型技術(shù)生物質(zhì)型煤是指將可燃生物質(zhì)與粉煤按照一定比例混合壓制而成的塊狀燃料生物質(zhì)型煤技術(shù)結(jié)合了生物質(zhì)與煤炭的特點(diǎn)，將低階煤高效化、潔凈化利用，將生物質(zhì)廢棄物資源化、能源化處理。有研究表明[22]，生物質(zhì)型煤的潛在環(huán)境影響負(fù)荷

圖 1.4 厭氧發(fā)酵 AND 秸稈 AND 沼氣的 3D 專(zhuān)利地圖分析Fig. 1.4 3D analysis of patent map on anaerobic digestion AND straw AND biogas以“生物質(zhì)型煤”為關(guān)鍵詞對(duì)國(guó)內(nèi)生物質(zhì)型煤的專(zhuān)利進(jìn)行檢索，專(zhuān)利申請(qǐng) 1.5 中的 1）所示。對(duì)于生物質(zhì)型煤專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量自 2013 年上升較快，利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到 45 個(gè)。因此，我國(guó)的生物質(zhì)型煤產(chǎn)業(yè)也處于快速發(fā)展期
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)（北京）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ536;TQ920.6

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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本文編號(hào)：2625228