燃烧芒草所得灰的化学成分与性质外文翻译资料

 2022-05-11 20:43:04

英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

燃烧芒草所得灰的化学成分与性质

Christof Lanzerstorfer

奥地利应用科学大学工程学院/环境科学学院，奥地利A-4600 Wels

文章资讯

文章历史：

2015年11月5日投稿

2016年3月2日修订

2016年3月15日录用

2016年7月4日发表

关键词：

生物质燃烧

芒草

灰分组成

灰的属性

摘要

芒草是被认为对可持续能源生产有显着贡献的潜力的能源作物之一。在文献中很少能找到关于芒草燃烧灰烬化学成份的数据，实际上也没有关于它们物理性质上的数据。然而，对于灰烬的处理，如何处理和利用这些信息非常重要。在这项研究中研究了两种利用芒草作为燃料的生物质燃烧植物的灰烬。得出灰烬的密度是2230 plusmn; 35 kg/m3，这与稻草燃烧的灰烬密度相似，而其体积密度也接近稻草灰的报告密度。灰烬的流动性比木材的流动性稍差一点。测得的重金属浓度低于通常的限制。利用灰烬作为土壤调理剂，底灰中的浓度与森林残渣燃烧装置的灰分相似。与来自森林残渣燃烧的旋风飞灰相比，飞灰中测得的重金属浓度明显较低。Cl，S和Zn在旋风粉煤灰中富集，粉煤灰也被称为木材燃烧灰。与从芒草植物材料获得的文献数据相比，K，Cl和S的浓度较低。这可以归因于这样一个事实：最好的飞灰不是由芒草燃烧装置的旋风除尘系统收集的。

引言

由化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放引起的对气候变化的担忧导致生物质在燃烧热和发电中的持续增加。生物量的燃烧几乎被认为是二氧化碳是中性的，因为在燃烧过程中产生的二氧化碳几乎被生物生长期间由光合作用所抵消。除了森林和农业废弃物外，能源作物还被用作生物质燃烧工厂的燃料。芒草是能源作物之一，被认为可以为可持续能源生产做出重大贡献。在欧洲，芒草在2011年种植的农地面积约为20,000公顷。2014年，奥地利Miscanthus的种植面积达1180公顷，主要产区位于上奥地利州和下奥地利州。干生物质的产量取决于土壤质量，供水和温度。在奥地利上游，良好土壤的产量范围为每公顷15-22吨干重。

在芒草的燃烧过程中，无机成分保持为灰分。大多数灰分作为底灰排出，但一些灰分与作为飞灰的废气一起离开燃烧区域。产生的飞灰量取决于燃烧条件和燃烧过程的类型。在生物质燃烧中，飞灰通常占总灰分量的约四分之一。在小型燃烧设备中，粉煤灰通过旋风分离器或多旋风分离器收集在一个除尘阶段。收集的旋风飞灰通常与底灰一起作为混合灰分从燃烧过程中排出。 据报道芒草的总灰分含量范围为2.0％-3.5％。 Baxter等人报道了类似的值，Michel等人对全厂样品的灰分含量进行了分析。

在许多国家，如果污染物浓度低于极限相关浓度，化学未经处理的生物质的燃烧产生的灰分将用作农田和森林的土壤调节剂。建议将生物质灰分循环到土壤中以帮助关闭生物质生长土壤的养分循环。文献中可以找到国家特定的重金属极限浓度。

燃烧过程中产生的灰烬是散装物料，必须在垃圾填埋场进行处理，储存，处理和使用或处置。灰烬的化学成分对决定其利用率至关重要。对于作为土壤调理剂的使用，国家特定的限制是决定性的。物理灰分特性如堆密度和流动性是处理和储存设施设计的重要参数。

在文献中，仅有很少的数据可用于芒草燃烧灰烬的化学组成。 Baxter等人和Michel等人。报道了芒草中的小样品在马弗炉中在550℃下燃烧3小时和400℃下8小时的灰分中主要灰分成分的浓度。 Obernberger等人提供了主要灰分和芒草植物的一些重金属的灰分含量和浓度数据。从这些数据中可以计算灰分中组分的预期含量.文献中没有关于芒草燃烧灰烬物理性质的数据。

这项研究的目的是在化学成分和物理性质方面描述全尺寸燃烧装置中芒草燃烧产生的底灰和旋风粉煤灰。

实验材料以及实验方法

1.1 实验材料

在这项研究中调查的灰烬是采用巨芒作为燃料从两个炉排燃烧的生物质燃烧厂收集的。工厂A和工厂B的热容量分别为400千瓦和750千瓦。两个燃烧设备的生物量分别在下奥地利州和上奥地利州生长。 4月份，收获了茎杆材料，把叶子留在土壤上。将材料切碎并存放在露天屋顶下。在两个工厂中，在燃烧炉篦上方约1米处测得的燃烧温度约为600℃。每个工厂都配备了旋风分离器，用于燃烧废气的除尘。灰分排放系统收集1 dm3的灰分样品。从工厂A只能得到底灰和旋风粉煤灰混合样品，而B工厂则分别收集底灰和旋风粉煤灰。使用重复使用的样品分隔器将灰分样品的体积减少到适合于各种实验室测试的体积。

1.2 实验方法

用OHAUS MB45型水分分析仪测定粉尘样品的含水量。 将灰尘样品在105℃下干燥直至样品的重量恒定。 使用Fritsch ANALYSETTE 3 PRO实验室筛网振动筛测定灰分样品的粒度分布，筛分为10-500mu;m。 使用具有干样品分散体的Sympatec，HELOS / RODOS型激光衍射仪分析500mu;m筛的过小尺寸材料。 仪器的校准通过Sympatec的SiC-P600#39;06标准进行验证。 质量中值直径x50的目标值为25.59mu;m，可接受范围为24.82至26.36mu;m。 X50的测量值是25.64mu;m。

根据EN ISO 8130-3确定灰烬密度。 灰分测试部分的质量和体积使用100cm 3液体位移比重瓶测定。 使用正庚烷来置换空气。 根据EN ISO 60测定灰样的堆积密度rho;B。 对于储存在漏斗中的120立方厘米的粉末通过重力流入同轴100立方厘米量筒。 经过认证的量筒体积为100plusmn;0.5 cm3，平衡精度为plusmn;0.01 g。 通过在圆柱体顶部画一个直的刀片去除多余的材料。

休止角可用作散装固体和粉末的流动性指示剂。它根据ISO 4324进行测量。 为了测量，通过将粉末通过放置在完全平坦且水平的圆盘上的固定高度的特殊漏斗来获得锥体材料。锥体的底角根据底板的直径和锥体的高度计算。

使用具有30cm3剪切池的Schulze RST-XS环剪试验机测定灰样品的产量轨迹。按照ASTM D 6773在四个法向应力值（600,2000,6000和20,000Pa）下进行测试程序。流动性ffc可以定量表征固体块体的流动性，ffc可以计算为固结应力sigma;1和无侧限屈服强度sigma;c的比值。流量类别可以在ffc lt;1时不流动，ffcgt; 10时自由流动。在剪切试验中获得的其他结果是内部摩擦的有效角度和体积密度，两者都是应力的函数。与结构钢S235JR（1.0038）的壁摩擦的运动角度使用剪切单元测定，其中底部环由该材料的样品形成。有关剪切试验性能的细节可以在别处找到。剪切测试仪的校准在预剪切下在3000Pa的正常应力下使用来自共同体局参考的经认证的参考材料BCR-116进行验证，该参考材料还用于环剪切的循环测试测试人员。剪切应力的测量值在tau;mplusmn;0.6（SD）的范围内。

所有化学分析通过测试每个样品一式两份来确定。结果中显示了平均值。由重复测量计算的平均相对标准偏差为5.6％。为了测定灰烬中金属和硫酸盐的浓度，在分析之前根据ISO 11466通过王水消化将固体样品溶解。为了测定Cl-和NO-3浓度，灰分样品在去离子水中浸出。通过离子色谱法测量Na，K，Ca，Mg，Cl-，NO- 3，PO3- 4和SO2- 4的浓度。其他金属通过感应耦合等离子体光学发射光谱法测量。分析方法的细节可以在别处找到。根据ISO 439以重量分析Si的浓度。使用具有固体材料延伸的Elementar Analysensysteme LiquiTOC系统测定粉尘的总碳（TC）含量。通过与空气燃烧，有机和无机碳转化为二氧化碳，随后进行分析。

第2章 结果与讨论

2.1 物理性质

灰烬的粒度分布如图1所示。对于更细的部分，三种灰烬的分布非常相似。在粗端，底灰和混合灰的尺寸分布扩展到几毫米的颗粒尺寸，而旋风飞灰的最大颗粒尺寸约为300微米。表1总结了飞灰的质量中值直径和其他物理性质。与森林残渣燃烧装置的旋风飞灰相反，旋风飞灰有些粗糙。

芒草灰的密度在很小的范围内变化。灰烬的平均密度为2230plusmn;35 kg / m3。 这远远低于森林残渣燃烧的灰烬密度，但与秸秆燃烧的灰烬密度相似。 旋风粉煤灰的堆积密度也远低于底灰和混合灰的堆积密度。在秸秆燃烧产生的旋风粉煤灰的堆密度范围内，底灰的堆密度介于木灰和秸秆灰的堆密度之间。由于体积密度低，旋风粉煤灰的空隙率更高。

图2显示了灰分的体积密度对剪切试验中测得的固结应力的依赖性。所有灰烬的密度随着固结应力的增加而增加。当固结应力的轴线处于对数坐标时，密度的测量值几乎沿着一条直线。图中还显示了根据EN ISO 60测量的体积密度值为1.0 kPa的固结应力。这些值非常适合密度函数。

静止角在48°至52°的小范围内。因此，对于所有三种灰分，相应的流动性类别都是“差/粘性”。旋风粉煤灰的休止角值与其他生物质燃烧产生的飞灰相似，而底灰的价值远远高于森林残渣底灰的报告值。在剪切试验中获得了类似的流动性表征结果。流动性的结果显示在图3的左边。流动性随着压力增加而改善。当两个轴都处于对数刻度时，ffc的测量值几乎沿着直线。对于较低的固结应力值，流动性ffc在2至4的范围内。这与流动性类别“凝聚力”相对应。

在较高的固结应力值下，底灰和混合灰的流动性改善为“易流动”，因此几乎达到森林残渣燃烧底灰所报道的流动性。旋风粉煤灰的流动性能与森林残渣燃烧产生的旋风粉煤灰相似，只有ffc略低。

在图3的右侧，内摩擦和壁摩擦角的有效角度作为法向应力的函数示出。一般来说，旋风粉煤灰的内摩擦有效角度较高。对于所有灰烬，内摩擦的有效角度随着正常应力的增加而下降。 对于壁面摩擦角度也进行了类似的观察：随着壁面法向应力的增加，壁面摩擦角减小。但与内摩擦的有效角度相比，旋风粉煤灰的壁面摩擦角稍低于底灰和混合灰。

总之，可以注意到，即使颗粒尺寸和密度值显示明显的差异，芒草燃烧灰的流动相关特性与燃烧中的灰相当相似。因此，芒属燃烧设备的粉尘处理和储存设备的设计可以与广泛传播的木材燃烧设备相同。

2.2 化学性质

表2总结了TC含量和主要灰分形成组分的浓度。底灰和混合灰中仍有一些TC。 这也体现在这些灰烬的深灰色到黑色。在旋风粉煤灰中，TC含量明显较高。12.6％的价值远远高于森林渣油燃烧装置的典型旋风飞灰，但与小型秸秆燃烧装置的报道相同。

在Cl浓度中发现了旋风粉煤灰和底灰之间的另一个显着差异。与底灰相比，旋风粉煤灰高10倍左右。对于S发现了相同的效果但不太明显。这可以通过Cl和S组分的较高挥发性来解释。 森林残渣燃烧的灰烬中也有类似的差异。

考虑到来自A厂的混合灰分是以底灰作为主要成分和以旋风粉煤灰作为次要成分的混合物这一事实，植物A和B的灰分的总体组成并没有太大差别。对于Ca，Mg和S，发现来自植物A的灰分浓度增加，而来自植物B的灰分中Al和Si含量更高。

尽管整个芒草植物的N含量大约为0.7％，但在灰样品中几乎没有发现N。 这意味着实际上植物材料中包含的所有N以气相离开燃烧过程。

在从芒属植物材料的实验室分析中产生的灰烬中，K，Cl和S的浓度相当高。这种差异可能是由于最好的飞灰部分不是由芒属燃烧装置中的除尘系统的旋风分离器收集的，而K，Cl和S尤其是富含来自飞灰的最细部分的飞灰 生物质燃烧。因此，底灰和旋风粉煤灰在这些组分中被耗尽。

重金属和其他次要灰分组分的浓度总结在表3中。测得的重金属浓度低于作为土壤调节剂的灰分利用的通常限制。

底灰和混合灰中重金属的浓度与森林残渣燃烧装置底灰浓度报道的相似。 因此，浓度略高于秸秆燃烧产生的底灰。 旋风飞灰中的重金属浓度略高于底灰和混合灰。 仅在旋风粉煤灰中发现锌显着富集。 与森林残渣燃烧产生的旋风飞灰相比，测得的重金属浓度相当低，但仍略高于稻草燃烧产生的旋风粉煤灰浓度。

因此，与木材燃烧装置中的飞灰相比，高度推荐将飞灰包括在内的灰烬从芒草燃烧回收到土壤中，而在许多情况下，由于超过某些重金属限制浓度，必须被排除在回收之外。

3 结论

使用芒草作为燃料对燃烧植物的灰烬进行的调查揭示了与森林残渣燃烧和秸秆燃烧所研究的灰烬相比，灰烬的性质存在一些差异和一些相似之处。

底灰和混合灰的颗粒大小在典型范围内，但旋风粉煤灰比森林残渣燃烧的旋风粉煤灰略粗。

芒草燃烧后的灰分密度与秸秆灰分相似，因此显着低于木材燃烧灰分的密度。测量的底灰和混合灰的堆密度在木灰和秸秆灰报告的堆密度之间，并且旋风灰的堆积密度接近秸秆燃烧的旋风飞灰。

三种灰烬的休止角均接近50°，相应的流动性类别为“差/粘性”。该值与其他生物质燃烧粉煤灰的休止角相当，但明显高于森林残渣燃烧产生的底灰。在剪切试验中获得了类似的流动性表征结果。所有灰烬的流动性随着应力增加而改善，特别是底灰和混合灰的流动性。

在底灰和混合灰中仍然存在一些TC含量，但在旋风粉煤灰中TC含量显着更高。 12.6％的价值远远高于森林渣油燃烧厂的典型旋风粉煤灰，但它与小型秸秆燃烧厂的发现相同。

与底灰相比，旋风飞灰中的Cl-和S浓度要高得多。木材燃烧的灰烬的效果也是相同的。

植物A和B的灰烬的总体组成没有太大差别。对于Ca，Mg和S，发现来自植物A的灰分浓度增加，而来自植物B的灰分中Al和Si含量更高。

从实验室从芒属植物材料中产生的灰烬中获得的文献值显示出相当高的K，Cl和S浓度。这种差异可能是由于最好的飞灰没有被除尘器的旋风分离器收集系统在芒属燃烧厂和K，Cl和S特别是丰富的生物质燃烧的飞灰中最细的部分。

测得的重金属浓度低于作为土壤调理剂使用的通常限值。底灰和混合灰分中的浓度与森林残渣燃烧装置的底灰相似。

全文共10924字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[12512]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章