摘 要

近年来，随着能源短缺以及环境污染问题的加重，政府和民众都在迫切寻求高效、环保并且可持续的能源利用方式。作为世界人口大国，我国的农林业发展迅猛，每年都会产生大量的农林废弃物，它们数量庞大却一直没有很好的处理和利用方式。水热碳化技术及生物质燃料成型作为如今最具潜力的高性能转化技术，能够高效地将生物质转化为人们需要的焦炭成型燃料，在减少污染的同时实现可持续利用。

本实验以棉秆、花生秆、花生壳、麦秆和松木屑为原料，取用碳化程度不同的生物质水热焦炭，进行常温高压成型压缩，制备成型燃料。研究水热温度，水热时间等因素对生物质成型燃料的影响。结果表明：

1）经过成型后的生物质燃料（本文中是棉杆和麦秆），碳的含量、发热总量和能量密度有较大幅度的提高。相反，含水率、含氧量大幅度下降，由此以来，不仅有益于生物质品质的提高，对于以后生物质大规模投入使用也创造了条件。

2）成型燃料的燃烧三阶段：脱水→挥发分析出后开始燃烧→固定碳燃烧，经水热处理后的棉杆固定碳含量提高，因固定碳的燃烧更加快速，更彻底，故失重速率会更快，升温便更快，达到着火点时间大幅缩减，放热总量大幅提高。

3）水热温度的提高，成型燃料着火更困难，最终分解温度更高，TG曲线、DTG曲线整体偏向高温区；水热时间越久，水热的最大速率会下降。

关键词：水热碳化 热重分析 成型燃料

Study on Combustion Characteristics of Biomass Hydropyrolysis Coke

ABSTRACT

In recent years, with the shortage of energy and the increase of environmental pollution problems, the government and the public are eagerly seeking efficient, environmentally friendly and sustainable energy utilization methods. As a world's most populous country, China's agro-forestry develops rapidly and produces a large amount of agricultural and forestry waste each year. However, their large numbers have not been well handled and utilized. Hydrothermal carbonization technology and biomass fuel molding are the most promising high-performance conversion technologies available today. They can efficiently convert biomass into coke-forming fuels that people need to achieve sustainable use while reducing pollution.

In this experiment, cotton stalks, peanut stalks, peanut hulls, wheat straw and pine wood chips were used as raw materials. Biomass hydrothermal coke with different degrees of carbonization was taken and subjected to normal temperature high-pressure molding and compression to prepare shaped fuel. Study the influence of hydrothermal temperature, hydrothermal time and other factors on the biomass forming fuel. The results show:

1) After the molded biomass fuel (in this paper, cotton stalks and straw), the carbon content, total heat generation and energy density have been greatly improved. On the contrary, the moisture content and the oxygen content have dropped significantly. This has not only benefited the improvement of biomass quality, but also created conditions for the large-scale use of biomass in the future.

2) Combustion of the shaped fuel in three stages: dehydration → volatilization after analysis starts → combustion with fixed carbon, the carbon content of the cotton rod after hydrothermal treatment is increased, because the combustion of the fixed carbon is faster and more complete, so the rate of weight loss will be more Faster, faster heating, significant reduction in the time to reach the fire point, a substantial increase in total heat release.

3) With the increase of hydrothermal temperature, it is more difficult to ignite the formed fuel, and the final decomposition temperature is higher. The TG curve and DTG curve are generally biased towards the high temperature zone; the longer the hydrothermal time is, the lower the maximum rate of water heating will be.

.Key words:hydrothermal carbonation; Thermogravimetric analysis；Shaped fuel.

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 生物质能 1

1.1.1 生物质能的定义 1

1.1.2 生物质能的特点 1

1.1.3 生物质资源化利用现状 2

1.2 生物质成型技术 3

1.2.1 生物质燃料成型技术简介 3

1.2.2 生物质成型燃料发展现状 3

1.3 本文研究内容和任务 4

第二章 实验部分 6

2.1 材料与设备 6

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 实验设备 7

2.2 成型燃料制备方法 9

2.3 能耗和品质测试方法 10

2.3.1 成型能耗 10

2.3.2 松弛密度 10

2.3.3 燃烧特性 11

第三章 结果与分析 12

3.1 不同生物质水热炭成型能耗和品质 12

3.2 不同温度下水热炭成型能耗和品质 15

3.3 不同反应时间下水热炭成型能耗和品质 18

3.4 不同温度下水热炭成型燃烧特性 21

3.5 不同反应时间下水热炭成型燃烧特性 23

3.6成型燃料燃烧动力学参数 24

3.6.1不同水热温度下成型燃料燃烧动力学参数 24

3.6.2 不同水热时间下成型燃料燃烧动力学参数 25

第四章 结论与展望 27

4.1 结论 27

4.2 展望 27

参考文献： 28

致 谢 31

第一章 绪论

1.1 生物质能

人类社会的发展与能源利用密切相关，因其特殊性，能源也关乎国家的命脉，因此在能源短缺及能源利用引起的环境问题愈发严重的当今社会，绿色新能源的开发与利用受到各国重视，如何更有效的利用清洁能源是解决现今能源和环境问题的重要途径之一^[1]。生物质能是一种绿色新能源，同时也是世界第四大能源，国际上很多国家已经把发展生物质能列为本国发展战略的重要规划目标，生物质能也被认为是解决能源短缺问题，实现可持续发展的重要能源^[2]。

1.1.1 生物质能的定义

生物质能被认为是太阳能蕴藏于生物质中的一种特殊的能量形式，它是植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存于生物质中的能源。地球上的生物质能储量丰富，每年生物质的产量也极其可观。据相关学者估算，地球每年可产出 1700~2000 亿吨生物质，其中陆地年产量占地球年总产量的64%~70% ^[3]。

1.1.2 生物质能的特点

1)零碳排放性

生物质能来源于绿色植物通过光合作用固定的太阳能，它在利用过程中排放的二氧化碳又被植物生长时的光合作用所利用，因此生物质能也被认为是一种零碳排放量的清洁能源。

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