【摘 要】
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稻壳作为全球农作物中产量最多的稻谷的副产品,是一种重要的生物质燃料。因为其灰产物具有高灰高硅的特点,稻壳还可与高碱燃料掺混以防治锅炉的沾污结渣。因此,稻壳的燃烧利用对实现我国双碳战略具有重要作用。由于目前对于不同种类稻壳快慢加热下的燃烧特性缺乏对比研究,因此为了更高效地利用稻壳燃烧放热并作为高碱燃料的耦合燃料应用在工业中。本研究深入认识我国两种主要稻谷(粳稻和籼稻)稻壳的燃烧特性以及燃烧条件对于稻
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稻壳作为全球农作物中产量最多的稻谷的副产品,是一种重要的生物质燃料。因为其灰产物具有高灰高硅的特点,稻壳还可与高碱燃料掺混以防治锅炉的沾污结渣。因此,稻壳的燃烧利用对实现我国双碳战略具有重要作用。由于目前对于不同种类稻壳快慢加热下的燃烧特性缺乏对比研究,因此为了更高效地利用稻壳燃烧放热并作为高碱燃料的耦合燃料应用在工业中。本研究深入认识我国两种主要稻谷(粳稻和籼稻)稻壳的燃烧特性以及燃烧条件对于稻壳灰产物活性的影响。本文对安徽稻壳(籼稻)和内蒙稻壳(粳稻)两种稻壳使用高温差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析慢速加热(10K/min)条件下稻壳燃烧过程以及稻壳灰颗粒形貌特征随加热温度的变化;进而使用这些测试仪器及能谱仪对线网反应器制取的快速加热(800K/s)条件下的稻壳燃烧灰产物进行分析,研究快速加热条件下随着终温的升高稻壳可燃组分的燃烧变化、稻壳灰样品和氧化钙的反应差异性,并分析线网稻壳灰颗粒微观形貌和钾元素在灰颗粒的富集演变特征。研究结果表明:慢速升温条件下,稻壳的挥发分与焦炭的燃烧是分离过程,稻壳燃烧DSC谱线均呈现出明显的双峰特征(340℃、440℃),340℃前挥发分燃烧,温度升高才开始焦炭燃烧,并且焦炭燃尽进程受加热终温和环境含氧量的影响。内蒙粳稻稻壳比安徽籼稻稻壳更易于热解、燃烧。慢速升温燃烧制得的稻壳灰微观形貌图像表明:慢速加热300℃稻壳灰的灰粒表面含有大量的絮状物,500℃加热稻壳灰灰粒表面有少量絮状物,外表面薄膜显得更加光滑,815℃加热稻壳灰表面几乎无絮状物,稻壳灰产物的灰粒内表面显露出支撑骨架,外表面出现浅色圆球状颗粒。线网快速升温加热条件下,700℃终温安徽籼稻稻壳明显比内蒙粳稻稻壳的燃尽程度小。加热终温900℃工况下两种稻壳挥发分都没有释放燃烧完,并且该工况下焦炭的燃烧量并不比815℃工况的多。线网稻壳灰中氧化硅仍以无定形氧化硅形式存在,安徽稻壳灰DSC测试的方石英析晶峰温度高于内蒙样品。线网稻壳灰活性测试中,线网稻壳灰样品与高纯氧化钙的热反应途径跟白炭黑与高纯氧化钙的相同,随温度升高依次生成C2S(2CaO·SiO2)和CS(CaO·SiO2)并在1170℃处产生CS晶型转变峰。对于内蒙稻壳,线网900℃内蒙稻壳灰活性最好,而对于安徽稻壳,线网700℃、900℃安徽灰产物均有很好的活性。对于线网稻壳灰进行元素分析后发现:线网稻壳灰产物的颗粒外表面的K和Si的元素含量较为稳定;灰颗粒内表面的K元素含量和C元素含量成正比;灰颗粒侧面C元素随着线网终温的升高而稳定下降。就灰粒整体而言,线网终温由700℃升至815℃稻壳燃烧过程中K元素比C元素流失得快,线网终温由815℃升至900℃的燃烧过程中C元素比K元素流失得快。结合安徽稻壳灰活性变化来看,灰表面碳钾比维持在较低数值有利于保持稻壳灰的高活性。
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