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蘑菇种植废弃木屑燃烧特性及应用研究
发布时间：2013-07-21 08:05 来源：未知
目前，各类食用菌的种植均采用代料栽培，以培养基中的木质素、纤维素、半纤维素作为碳源，辅以其它配料作为营养。培养基质的主要原料为农林业剩余的木质碎料、竹材、果树枝、桑树枝、稻壳或稻草、玉米芯、花生壳、棉籽壳。
培养基使用后即受到污染，只有部分培养基经处理后可再利用。我国食用菌种类多、种植分布广，产量大，每年会产生大量废料，著将这一废料作为生物质能加以利用，符合当前我国节约型社会建设和环境与经济协调发展的需要。
本文以蘑菇种植废弃木屑生物质能源化利用为目的，测定其发热量及对应树种桉树的发热量，分析和评价作为生物质能利用的实际价值；研究其燃烧过程的燃烧特性，为合理确定湿废料干燥、燃烧工艺等参数提供科学依据，富通新能源销售木屑颗�；壬镏嗜剂铣尚统尚突瞪璞缸ㄒ笛怪颇拘嫉确掀�。
1材料及方法
1.1试验材料
(1)废弃培养基料：桉树木屑。试验采用A和B两组试样，A样品为未经干燥，初含水率43,7%;B样品经过干燥，绝对含水率19.8%。
(2)桉树木材：C试样为桉树木材，材种：剥皮桉(Eucalyptus Delupta);产地：巴布亚新几内亚，绝对含水率10.63%。试样由南京林业大学木材学实验室提供。
上述材料在试验时符合测试仪器对试样要求粒度。
1.2试验方法
1.2.1发热量
试验按照国家标准GB5186-85关于生物质燃料发热量测试方法和要求进行。采用SXHW-2型数显恒温式量热仪，使原料在过量氧气中充分燃烧，测量单位重量试样的低位发热量。
1.2.2热重分析
利用热重分析技术，在动态升温条件下使试样发生高温热解，准确测量其在热解过程中重量的变化及变化速率。通过TG和DTG曲线，对物料在加热和热解过程的特性进行研究，以掌握木屑在热解过程的各个反应阶段，为废木屑生物质能源利用，确定干燥、热解等工艺参数提供科学依据。
试验仪器采用WCT-2A型微机差热天平。实验过程中仪器每隔一段时间自动采集试样重量数据，并生成试样重量随时间变化曲线(TG)，并由TG曲线微分得到反映失重变化率的DTG曲线。
试验基本参数为：起始温度室温(分别为23℃和34℃)，采样时间间隔1000ms，升温速率10℃/min，终值温度：800℃。
1.2.3成分分析
参照国家标准GB212-91煤的工业分析方法，对蘑菇种植废弃木屑进行工业分析。
2试验结果与分析
2.1发热量
表1为废木屑和桉树木材发热量的实测试验结果与常规燃料烟煤发热量的比较。数据表明：废弃木屑仍然具有较高的发热量。与对比桉木的发热量几乎相当，接近常规燃料烟煤的发热量。
2 2元素与工业分析
由表2所示，废弃木屑的含水率和挥发分含量均较高，分别为80.17%和76.81%，而灰分仅占3.32%。其元素组成见表3。
3.3热解特性
废木屑试样和桉树木材热解过程的重量变化情况分别如图1、2和表4、表5所示。TG和DTG曲线分别反映了整个加热热解过程中试样失重量及相应的失重率。
3.3.1热解过程分析
图1为未经干燥处理废木屑热解过程的失重情况。表4和表5所列数据分别对应图1和图2中桉树潮湿和绝干废木屑热解TG曲线上的特征点，表中特征点
2-6的失重与比例均以点为基准点。
图l中TG与DTG曲线曲线显示：湿木屑热解过程表现出生物质热解明显的典型三段式：即加热与水分蒸发阶段（1～2区段）、挥发物析出热解阶段(2～4区段)和固定碳燃烧阶段(4～5区段）。
由图1中曲线可知：
(1)干燥段温度范围：室温～100℃，最大干燥速率（或失重率）发生在温度80℃（即曲线上2点）。
(2)挥发分释放明显分为三个阶段，100℃～238℃、238℃—320℃和320℃～360℃。在100℃～238℃温度范围内挥发分释放，但速率较小�；臃⑺俾式细叩奈露惹湮�238C—360℃，最大挥发分的挥发速率发生在温度320'C。
桉树的主要构成物质是半纤维素、纤维素、木质素等高聚合物和挥发性的桉叶油等抽提物，这些物质的物理和化学性质各不相同，因此，在热解过程中的反应进程大不相同。
第一挥发阶段。温度从100℃（曲线2点）开始直到238℃（3点），试样按较低的失重速率缓慢地失重。这一失重不可能是由水分蒸发造成的，因为废木屑呈散碎状，水分主要以自由水的形式存在于细胞腔和颗粒之间，即使是细胞壁中的吸附水也因试样颗粒直径较小，热量传导迅速，水蒸汽移动、蒸发通道畅通，故易干燥。因此，笔者认为：这是因桉树中含有易挥发的桉叶油等抽提物的挥发所致。实际上，即使是在温度更低的干燥阶段就有可能使部分桉叶油挥发。
第二挥发阶段(238℃～320℃)：因桉树木屑中半纤维素最不稳定，因此在238℃～320℃温度下，半纤维素首先分解。当温度达到238℃（即3点）时，挥发分开始大量稳定地析出，并延续到4点（温度为320℃）。
第三挥发阶段(320℃—360℃)：当温度达到320℃时，在DTG曲线上存在一个失重波峰，这说明纤维素开始热解。因此，320℃～360℃温度范围为纤维素分解阶段。半纤维素和纤维素分解后均以挥发性物质释放。
(3)因木质素性质较为稳定，当温度达到360℃以上，木质素缓慢碳化，均匀热解，并形成少量灰分，表现为试样重量平缓地减小。
图2为绝干条件下废木屑的TG与DTG曲线。湿木屑的热解失重的规律与与结论与图2中TG与DTG相一致。
对于上述各热解阶段，并非是某一物质绝对地在上述分析中的特定温度下才会发生，而是多种物质热解同时发生，只不过是在一定温度范围内某一物质的热解占主导。从严格意义上，某一挥发阶段是由若干种物质挥发叠加的。
上述分析结果与相关文献关于半纤维素、纤维素和木质素热解研究的结论基本吻合，但在热解热解过程中各种物质组分的热解温度范围存在一定的差异。笔者认为：这是因树种和立地条件的不同，构成木材的半纤维素、纤维素、木质素和抽提物等物质组成及比例的差异而造成的。
3.3.2着火特性
在DTG曲线上迅速失重的开始点即为着火点，对应此处的温度即为其着火温度。由图1和图2可见：桉树木屑的着火温度约在238℃。与煤相比较，桉木废木屑的着火温度较低，这是因其内含有大量的挥发性物质。
3.3.3燃烬特性
表2和3中成分分析数据表明，桉树废木屑中挥发分和碳元素分别占其绝干重量的76.81%和45.06%，因此，在燃烧阶段，挥发分处于燃烧的前期，且其燃烧强度相对于后期固定碳的燃烧较高些。而后期固定碳的燃烧仍然具有相当的强度。
由图l和2中TG曲线可知：在废木屑的发热量中，约有2/3和l／3分别是由挥发分和固定碳产生的。释放的挥发分起到良好的助燃作用，故不仅着火温度较低，同时有助于充分燃烧，最终灰分仅为3.32%。
3结论
(1)蘑菇种植废弃的木屑仍然保持着较高的发热量，达17517KJ/Kg，接近桉树木材和常规燃料烟煤的发热量，可作为燃煤的替代燃料来使用，具有作为生物质进行能源利用的价值。
(2)废木屑中挥发分含量高达76.81%，着火温度低，易燃烧，且充分。因灰分少(3.32%)，含硫量(0.08%)、氮量(1.66%)极低，故燃烧生成物对环境污染的程度远比化石类燃料低。
(3)木屑中挥发分在100℃～238℃温度范围挥发速率较低，而在238℃—360℃条件下释放速率较高，这为合理地确定干燥工艺参数提供了科学依据。
(4)研究了废木屑整个燃烧过程特性，也为确定燃烧工艺条件提供了依据。
(5)生物质燃料物质组成复杂、成分差异大，不同于单一物质的热解特性，因此，表现在特征参数上不是一个固定的数值（范围），如各种生物质的热解起始温度。
