甘蔗渣基本燃料特性试验研究开题报告

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1. 研究目的与意义

随着人类大量使用化石燃料，全球的化石能源正面临缺乏的地步，环境污染问题也日益严重，各国开始关注重视生物质能源的开发利用。虽然各国的自然条件和技术水平有很大的差异，但是面对清洁可持续的生物质能源，对其加以研究和利用是很有必要的。生物质能今后的发展不会再像近些年来一样日渐萎缩，而是重新发挥重要作用，并在整个一次能源体系中占据稳定的比例和重要的地位[1]。所谓的生物质能是指通过植物的光合作用将太阳光的物理能转化为化学能而贮存在生物体内的可供利用的能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气之后的第四大能源，预计到2050年时，生物质能利用将占到全球燃料直接总用量的38%，发电量将占到全球总发电量的17%，可见其发展的速度非常迅猛。据2007年9月国家颁布的《可再生能源中长期发展规划》可知，我国农作物秸秆类年产量约6亿吨，除了一部分作为畜牧饲料和造纸原料之外，还约有3亿吨可作为燃料使用，折算为标准煤约1.5亿吨。林业废弃物和树木枝桠的年产量约9亿吨，其中大概有3亿吨可供作能源使用，折算为标准煤约2亿吨。甜高粱、黄连木、油桐和小桐子等能源作物的可种植面积高达2000多万公顷，作为原料，可满足年产量约5000万吨生物质液体燃料。理论上，我国的畜禽养殖和工业有机废水可以产生800亿立方米的沼气，城市生活垃圾的年产量约为1.2亿吨。综上所述，目前，我国的生物质资源可转换为能源的潜力约为5亿吨标准煤，而随着我国经济社会的不断发展和造林面积的日益扩大，生物质资源可转换为能源的潜力将高达10亿吨标准煤[2]。

目前生物质能源的研究蓬勃发展,气化、热解、液化、发酵等各种利用技术都取得了较大进展[3]。生物质致密成型的利用方式也越来越受到人们的重视,中国在冷成型、热成型技术方面的研究相继见于报道,大多已处于中试阶段,而相应的颗粒燃料燃烧炉具的开发亟需完善。正确理解生物质成型颗粒燃料的燃烧特性对颗粒燃料成型过程和燃烧设备的开发有指导作用。研究证明,成型颗粒燃料的燃烧性能优于柴薪,可以实现高效燃烧、低污染排放。然而生物质中含有的碱性成分和氯成分,会在锅炉中燃烧时产生腐蚀、结垢、结渣等危害；对于民用小型生物质颗粒燃料燃烧炉,重要的问题是同一炉子不能适应多种类生物质颗粒燃料的燃烧,因此限制了颗粒燃料燃烧炉的推广。所以我们这个课题的研究是非常有必要的。

2. 国内外研究现状分析

甘蔗渣是很常见又产量很大的废物，它在经过干燥处理后可以直接作为燃料，或者提取甘蔗渣中的化学成分并加工，制出可以充当燃料的物质，例如生物质酒精。现今，开发生物质燃料等石油替代品已经成为各国发展计划举措中的重中之重。生物质燃料在现在的社会环境中无疑是较好的化石燃料的替代品。现如今，国内外利用甘蔗渣作为燃料的比重占甘蔗渣利用总量的90%[4]。据统计，甘蔗季全国年产甘蔗渣958.78万吨，由此可见在中国每年能产出的甘蔗渣的吨数甚多，甘蔗渣的综合利用已经得到越来越多科研人员的重视。甘蔗渣综合利用的进一步发展,并进行规模利用,还有一段艰难的路程。但是,作为一种农业固体废弃物,甘蔗渣有明显的优势:一是产量大,来源广泛；二是原料价格便宜；三是原料地集中,几乎都在糖厂内；四是原料成分单一,质量可控,不需分选处理；五是具有社会、经济效益,既可减缓对环境的污染又可提高甘蔗渣的利用价值。随着技术的发展,生产工艺的改进,综合利用甘蔗渣定将会得到进一步的发展。

国外对甘蔗及甘蔗渣的利用比较早，技术也相对较为成熟。以巴西为例，巴西1998年全国产甘蔗2.6亿吨,加工一吨甘蔗约有300kg蔗渣,因此蔗渣产量约为7800万吨[5]。目前90%蔗渣作为动力燃料,主要用于糖厂锅炉发电和供应蒸汽,剩余10%甘蔗渣用于:①做牛、羊、鱼的饲料；②造低档纸；③做蔗渣板；④生产糠醛；⑤木材厂烘烤木材；⑥豆油加工厂燃料。在巴西,甘蔗渣在造纸、蔗渣板、生产糠醛方面利用规模小,总体技术水平不高。但甘蔗渣做饲料方面开发研究时间较长,工艺成熟,应用效果好,非常值得我们学习和借鉴。作为燃料：加工一吨甘蔗约有300kg甘蔗渣,全巴西甘蔗渣量约7500～9000万吨,目前约有90%以上甘蔗渣用作燃料,供给工厂作为动力,也有用来烘烤木材。西的蔗渣燃料锅炉体积较我国的小得多,且除尘系统设备较先进,除尘效果好,烟囱虽不高,但全都冒白烟,所以对于我们来说国外对甘蔗渣的处理与利用有很多可以供我们借鉴的。

国内对甘蔗渣的利用有：直接利用甘蔗渣纤维；直接当作燃料；化学提取和加工；④制备活性炭；⑤生产畜禽饲料和堆肥。很多离糖厂较近的用较多燃料的工厂也在努力改造锅炉，以适应用甘蔗渣为燃料，从而降低生产成本。这也是国内糖厂内部直接利用甘蔗渣的方法，不仅可以为单位提供所需的热能，还可以向别的地方单位供应。既可缓解保存甘蔗渣的压力，又可以创造部分经济效益。直接当作燃料来利用的方法比较简单，但从资源和环境的保护方面来说，其利用的效益低下，在未来，这种利用方式将会逐渐减少。

3. 研究的基本内容与计划

以甘蔗渣为原料，对其进行元素分析、工业分析、发热量、灰熔点的基本特性试验，同时将玉米秸秆和烟煤作为对比燃料进行研究。再用热重-差示（tg-dsc）同步热分析仪对甘蔗渣和玉米秸秆、烟煤进行热重实验，通过对热重曲线的分析，研究甘蔗渣和玉米秸秆、烟煤的燃烧过程、着火温度、燃尽温度、可燃性指数、活化能，分析其燃烧特性。

（1）物料分析[6]

甘蔗渣，经粉碎过筛成为粒径为80目的颗粒，然后在378k温度下干燥3h。根据美国标准（e0870-82r98e01,astm）进行样品的工业分析。元素分析采用elementar元素分析仪进行测定，cl元素由离子色谱仪（792basicic）测定。根据测定分析甘蔗渣可燃成分均非常高，达到了79%以上，其挥发份含量就高达72%以上，表明了其优质的燃烧和着火性能。甘蔗渣中n和s元素的含量比较低，有利于生物质燃烧低污染性气体排放。再通过与玉米秸秆和烟煤的分别对比分析，研究这三种的燃料的物料元素对燃烧特性的影响以及优劣性，并探索甘蔗渣与烟煤混合燃烧的燃烧特性。

4. 研究创新点

利用热重差示（TG-DSC）同步热分析仪对甘蔗渣及其对比燃料进行热重分析，测定甘蔗渣燃料的特性与其他燃料相对比的优势及不足，对其进行开发与利用。探究其如何减少了环境污染与能源浪费。研究中所考虑的影响因素相较于同类实验课题多。