水稻秸秆的热解特性研究

LOW CARBON WORLD 2016/7综合论述J水稻秸秆的热解特性研究闫富杰(中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州2111)[摘要]生物质的热解特性是研究其气化规律的重要基础,为了探讨不同气体对生物质秸秆热解特性的影响,以水稻秸秆为实验对象,利用热重分析仪,在不同气氛下,对样品进行热解与测定,最终获得不同气氛下水稻秸秆的TG曲线和DTG曲线,并对各曲线进行比较与分析。结果表明:水稻秸秆热解过程呈现相似的变化规律,主要有两个阶段,但由于气氛条件不同,样品呈现出失重程度和失重速率上的差异。[关键词]生物质;水稻秸秆:热重分析[中图分类号]TK6[文献标识码]A[文章编号12095- -2066( 2016)21- 0275-02我国生物质资源十分丰富，开发利用生物质能不仅能解决能源危机，为可持续发展提供充足的能源与动力,还可保护生态环境,解决环境污染问题"。生物质秸秆在氮气气氛下的热解特性以及 在空气下的燃烧特性已有广泛深入的研究B-1,但关于在二氧化氮、氨气气氛下的热解特性的相关研究鲜见报道。本实验通过水稻秸秆在4种不同气氛下的热解并对热解过程进行分析，旨在为生物质能的开发与利用、优化热解反应条件和反应器设计提供理图2水稻秸秆的DTG曲线1材料与方法似。从TG曲线来看,在Air气氛下的样品失重最高,CO2气氛1.1样品采集与制备下的样品失重次之，而在Nz和He气氛下的失重基本相同且水稻秸秆来自徐州地区,将样品晾干,粉碎并研磨至粒径最少。结合热解的 DTG曲线来看,在0~200C范围内,在He气0.2mm,混合均匀,以备热重实验使用。氛下水分的脱离是最快的,Air和N2的次之,CO2的最慢,分析1.2 仪器与方法认为主要是由于He的传热系数很高，而Air和N2的较低，测试仪器采用法国塞塔拉姆仪器公司LABSYSEvo-1A型CO2 的最低导致的;在200- 400C范围内,Air最先出现峰值且热重分析仪，工作温度为室溫~1600C,程序控制井温速率为峰值点高于其他三种气氛下的峰值点， 而N2、CO2和He几乎0.1-100C/min。同时出现峰值,但He峰值点最高,CO2次之,N2最低，分析认将样品在升温速率为20C/min的条件下进行热解特性实为在这一阶段， 在Air气氛下的样品是挥发分大量去除和少验,分别通入Air、N2.CO.He,流量为50mLmin,温度从室温量固定碳燃烧同时进行的过程 ,所以最先出现峰值,并且峰值升至800C,每个样品质量为14+1mgo点最高,在He气氛下的样品,由于He的传热系数远高于N22结果与分析和CO2,故峰值点排在第二位,在CO2气氛下的样品是挥发分大量去除和微量固定碳与C02进行反应化学反应同时进行的2.1水稻秸杆的热解过程分析测定结果表明,在N2、CO2、He 三种不同的气氛下,水稻秸过程,所以峰值点大于N,排在第三位,而N2只是挥发分大量秆样品的TG曲线表现形状基本类似，热解反应的起始温度、去除的过程且传热系数较低,故峰值点最小。在400-800C范终止温度、失重速率、失重峰值点等略有差异,这和文献描述围内,在Air气氛条件下,在400~550C范围内出现第三个峰基本一致间。由TG曲线可以看出,水稻秸秆的热解过程可以值,主要是是木质素的热解以及固定碳的大量燃烧引起的;在分为3个明显的阶段，分别为小于200C的预热解阶段;200~550-800C范围内,样品热解基本完毕,是剩余少量木质素的400°C的快速热解阶段和大于400C的慢速热解阶段。对应的缓慢热解,故其失重速率最低,而在CO2气氛条件下,由于少DTG曲线分别在0~200C和200-400C区间出现两个明显的量固定碳与CO2进行缓慢的化学反应,所以其失重速率最高。失重峰。在Air气氛下,水稻秸秆的TG曲线表现为小于200C3结果本实验水稻秸秆热解过程分为三 个阶段:预热解阶段、快的预热解阶段;200~550C的快速热解阶段和大于550C的缓慢热解阶段，对应的DITG曲线分别在0-200 200 400C和逮热解阶段和慢速热解阶段。 在Air气氛下，由于氧气的存400-550C区间出现三个明显的失重峰有三个峰值(见图1~2)。在,样品的DTG曲线出现了三个峰值,且第二个峰值出现的最早;在He气氛下,由于其导热系数远大于其他三种气体，所以在预热解阶段,它的失重速率明显大于其他三种气体,在快速热解阶段其第二个峰值点也明显大于CO2和N2;在CO2气9氛下,由于它在高温下可以和固定碳发生化学反应,故在快速.热解阶段,它的峰值点要高于N2,在慢速热解阶段,它的失重速率基本是最高的。在不同气氛条件下,水稻秸秆的TG曲线和DTG曲线比较相似，说明不同气氛条件下水稻秸秆的热解了过程遵循相同的反应机制。本实验结果表明:不同气氛对水稻图1水稻秸秆的TG曲线秸秆的热解特性有影响，其中由于He的导热系数远大于其他2.2不同气氛水稻秸秆的热解特性三种气体,故在He气氛条件下,水稻秸秆的热解过程会提前。测定结果表明，不同气氛下的水稻样品热解过程基本相275[综合论述Low CARBON WORLD 20167防雷“检”“测”的界定及重点问题分析贾绽云,付晓霞'，王耀悉2(1.湖南省防雷中心，湖南长沙410007;2南京信息工程大学,江苏南京21004)摘要]防雷检测是落实防雷设计、确保施工质量以及确定防雷措施安全有效的第一线的技术把关工作，同时,也集数据采集、质量监督和现场调查于一体,既为雷电灾害的分析提供最重要的依据,也为防雷装置的设计提供前期指导,更为防雷装置的质量保驾护航。但目前防雷检测，虽然已经成熟于多年的技术积累和相应规范的编写制定,指标化的“测"较易达成，但完全的量化指标和测量数据,却未必能体现防雷各项措施的设置原理和物理模型的正确性,而目前真正确保防雷装置设置的科学性和有效性的“检”的部分却仍未引起重视,也由此致使防雷装置在“测"的数据符合标准规范的前提下,仍然发生甚至是频发雷击事故。[关键词]防雷检测;气象因素;风险分析;综合布线[中图分类号ITU895[文献标识码]A[文章编号12095-2066 2016)21-0276-02.1“检”“测”的范围定义(2)虽然工程设计的安全距离满足避免空气击穿后的火对于检是对现场环境的充分考察,是风险源的充分认识:花,但由于芦苇堆在大风条件下会飘散,拉近了芦苇堆与接闪测点的确定主要依据防雷国家标准和行业标准中的指标杆的实际距离，致使空气击穿产生的电火花点燃芦苇堆成为性的要求,如尺寸规格、接地阻值、过渡电阻等等,而检测是在可能;(3)除直击雷防护装置的设计缺陷未得以在“检”的过程进行防雷理论分析的基础上,对整体防雷系统进行把握。在制中发现并予以排除之外，在芦苇堆及接闪塔旁侧还安装有一定检测方案的过程中，“检”的规划内容,应该从设计内容或现场勘查的资料入手，根据被检对象的特性从设计中关于保护些未接地的金属告示牌。 当接闪塔杆泄放雷电流时产生的电范围计算、风险等级确定、屏蔽效能分析等方面,评估“检”方感电压降极易向金属牌放电,产 生更为长的电火花,继续增加案的可行性和合理性,再通以“检”带入测点预估和分析。芦苇堆的火灾风险;但在实际工作中,由于测点共性和惯性分析的因素,故检(4)接闪塔杆的保护范围虽然满足了防雷保护范围的要的内容往往容易被忽略，更有甚者、测的数值虽然合格,但却求,但其设置的位置,却忽略了 当地的气象条件:根据雷暴路因为忽略“检”的部分,而导致检测报告合格却没有真正发现径分析,由西向东的雷暴为其主要路径 ,而接闪塔杆却立在芦雷击隐患。苇堆东侧，降低了拦截效率并增加了风对于拉近芦苇枝叶与2特殊场所的“检”的典型问题接闪杆塔的距离。2.1 易燃场所2.2移动基站某造纸厂，其露天芦苇堆场树立独立塔式接闪杆，按照某移动基站,经“测”,其移动信号塔的防直击雷接地、机《建筑物防雷装置设计规范》(GB50057-2012)(以下简称《规房的接地规格、接地电阻值均满足要求,但当某次雷暴过程之范》)中的要求,露天环境下的易燃品的保护半径为100m,独.后,机房内设备受雷电波入侵而致灾,经“检”，发现机房接地立接闪杆塔与易燃物质的安全距离为3m,经检测,接闪杆的线引出室外后直接连接到了移动铁塔上，将移动铁塔作为接，保护范围、安全距离、接地电阻值均满足规范,但在两年内该.地(见图1),虽然二者的接地电阻值同时满足要求,但在移动造纸厂芦苇堆场三次遭受雷击引起火灾,经现场调查,在各项铁塔接冈泄流的过程中,雷电流选择易于泄放的路径,便直接测试指标都满足规范要求的前提下,雷击致灾的主要原因为:侵入机房,造成较为严重的雷击事故。(1)接闪杆塔虽然抗风强度、牢固度等特性突出,但塔式2.3配电机房目前小区均采用公变配电方式，当单栋住宅由配电房进结构因为焊接或螺丝固定等问题造成整体电气贯通存在一定入电源,以“测”为据,住宅总配电的PE排、配电柜、SPD均接隐患,必须设置专设引下线,但检测过程中缺乏了对该项内容地良好,但其引线方式如图2:由总配电房从a点引出电缆,由的“检”，继而发生了由于接闪杆塔泄流不畅产生的电感电压.b点引入栋配电室的等电位连接排(等电位连接排同时也作降形成空气击穿;+叶十叶叶叶十叶叶十叶叶十叶十十叶叶十叶叶叶叶十叶叶叶叶叶叶十十十十叶叶十叶叶十叶叶十叶叶.基金项目:中国矿业大学大学生创新项目(201525);江苏省大[4]吴创之,孙肇秋,阴秀丽,等 .我国生物质能源发展现状与思考[D].农学生创新训练计划项目(201510290009)。业机械学报,2009,40(1):91-99.[5]孙 立，张晓东生物质热解气化原理与技术[M].北京:化学工业出版参考文献社,2013[1]赖艳华,吕明新,马春元,等.秸秆类生物质热解特性及其动力学研[6]杨冬,陈清文.北方地区典型生物质的热重分析及动力学研究[D]燃究[]太阳能学报, 2002,23(2):203-206.烧科学与技术,2014.20(4):319-322.名[2]卢洪波，苏桂秋,徐海军,贾春霞.玉米秸秆TC-FTIR联机热解特性收稿日期:2016-7-10研究[D.应用能源技术,2005(6);1~3.[3]孙永明,袁振宏，孙振钧、中国生物质能源与生物质利用现状与展望作 者简介:闫富杰(1993-),男,汉族,山西长治人,本科生,热I可再生能源,2006,2(126):80-82.能与动力工程专业。276