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固体生物质燃料检验方法建立原则

发布时间:2017-03-27 02:12内容来源:网络整理 点击:

李英华,张克芮

(国家煤炭质量监督检验中心,北京100013)

  摘要:通过分析比较固体生物质燃料和煤(固体矿物燃料)的品质特性,提出了建立固体生物质燃料检验方法,包括采、制样方法的基本原则。

  生物质能源具有可再生和环境友好的双重特点,其开发利用现已成为解决能源危机及环境污染的热门研究课题,引起世界各国的高度重视。固体生物质燃料直接燃烧或与煤炭混烧发电,国内外都有不少机构在研究和开发利用。欧洲已有不少燃烧生物质燃料的电厂建成并正常运行,积累了一些较成熟的经验。我国近几年来也积极开展了该领域的研究开发工作,至2008年6月,我国已有约60个左右的燃烧固体生物质燃料的电厂建成发电。为充分、高效地利用生物质能源,进一步发展固体生物质燃料发电和其它应用技术,必须尽快建立适合固体生物质燃料特性的检验方法及相关标准。而目前国际标准化组织还未制定固体生物质燃料特性检验标准,只有欧盟和美国发布了一系列有关固体生物质燃料检验的技术规范草案(DD)和标准在试用。

  由于我国固体生物质燃料应用和开发起步稍晚,还没有建立完整的固体生物质燃料的检验方法和标准,因此已成为制约固体生物质燃料应用技术高水平发展的瓶颈;需要尽快制定专用的、适用于固体生物质燃料的一系列检验标准。近一两年来,在国家标准委的支持下,国家煤检中心开始了从固体生物质燃料“检验通则”到一系列“检验方法”的研究工作。国家标准GB/T 21923—2008《固体生物质燃料检验通则》已于2008年5月26日发布,2008年11月1日正式实施。系列“检验方法”的研究工作正在进行之中。

  该文拟通过分析固体生物质燃料与固体矿物燃料(以煤炭为代表)在组成和特性上的异同之处。提出研究建立固体生物质燃料检验方法时应遵循的基本原则,为快速、高效地建立准确、可靠且适用性强的固体生物质燃料检验方法提供参考。

  1固体生物质燃料与固体矿物燃料煤的异同

  固体生物质燃料是“由生物质直接或间接生产的固体燃料”;而生物质是指“生物学起源的物质、不包括埋藏在地下的形式和转化成的化石”(见GB/T 21923《固体生物质燃料检验通则》)。煤是由植物衍生而来,是植物残骸在地壳剧变过程中,被埋藏在地下,经过复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用转化而成的固体有机可燃沉积岩。作为固体燃料而言,生物质燃料与矿物燃料煤在组成结构和特性方面基本相似。如固体生物质燃料和煤的主要可燃部分均为有机碳氢化合物,其燃烧热均来自于有机碳氢化合物的氧化燃烧反应:

  C+O2——CO2+Q

  H2+O2——H2O+Q

  因此,多数用于煤炭品质特性的检验方法也可应用于固体生物质燃料。但与煤比较,固体生物质燃料的密度小,挥发分高,易燃、易喷,含水量较高,吸水性强。另外,固体生物质燃料和煤的成分组成也有较大的差异,如大部分固体生物质燃料的灰分小于10%,挥发分在60%~80%,全硫小于0.15%,很低;碳含量在40%~50%,氯含量很高,且含量范围很宽,从约0.01%到约2%,两个数量级还多;相当多数样品中的氯含量大于0.5%;钾、钠、钙、镁含量多数也都远高于煤。此特性和成分差异决定了煤的品质特性检验方法多半不能完全适用于固体生物质燃料,必须对煤炭试验方法中的各个试验条件做进一步的研究和改进,才能建立起一系列适用于固体生物质燃料的、准确可靠的成分和特性检验方法。

  2建立固体生物质燃料检验方法的基本原则

  2.1采样和制样

  固体生物质燃料样品的采取和制备对获取准确可靠的试验结果至关重要。

  采样的基本要求是,所采取的样品应能代表被采整批物料的特性。因此要求所采整批或分批物料中的每一颗粒都应有相同的机会被包括在样品中。制定的采样方法应尽可能满足此要求。

  与煤类散装物料相比,固体生物质燃料情况较为复杂。从商品形态来讲,有颗粒状、粉末状,大小块状、片状,粗、细条秆状,捆包状,压缩成型状等;不同形状、不同种类的物料密度相差很大,一些品质特性相差很大,均匀程度也相差较大。从采样地点来看,从原材料生长地,从生产厂,从运送中,从存储地,或入炉前采取样品,情况也将大不相同;有较新鲜的植物,木材,也有较干燥的植物、木材等,甚至各种类型的生物质燃料混杂在一起,给采取有代表性的样品造成很大的困难。

  因此,在制定固体生物质燃料采样方法时,需针对颗粒材料的采样,大片、大块物料的采样,秸秆、枝条的采样,捆包的整体采样,捆包内和容器内、储样堆中采样等,给出适用的采样工具和采样方法。对从输送胶带上采样,从落流中采样,从在斗式提升机、刮板输送机、斗式装料机或爪式装料机中的生物质燃料中采样,从火车车厢、船中和汽车运输的材料中采样,应给出子样数、子样量、子样点的布置等合理的规定;此规定针对不同的情况应有所不同。总的目的是要保证采取的样品对整批物料有良好的代表性。同时,采样方法中还应给出对采样精密度的评估方法,以便人们可根据希望达到的精密度设计采样方案。

  制样的基本要求是,最终制备出的分析试样必须对原始样品有充分的代表性,且能满足各试验方法的需要。样品制备通常就是将样品缩制到一份或多份粒度比原样小、质量比原样少、可直接用于各项试验的分析试样。制样过程中要求,从现场采回的样品的组成和特性在样品制备的每一阶段都不会被改变。每个分样都应对原样具有充分代表性。

  针对样品制备,固体生物质燃料与煤的最大的不同是,其形态各异,多数样品水分高,韧性大,有的样品还有一定的油性,很难将其破碎至所需的粒度,特别是对秆状、枝条状,并带高韧性皮的样品。因此,在制定固体生物质燃料样品制备方法时,一定要注意破碎设备应具有切割功能,且功率应适当,以避免局部热量聚集和强烈气流引起样品的水分的过度损失和某些品质特性的改变。

  样品缩分应根据物料的形态和特性,以及粒度状况,分别给出最适用、最简捷方便的方法。对于每一质量缩分阶段,保留足够的样品质量是重要的,否则,产生的分样对原样就可能没有代表性。与煤炭不同,固体生物质燃料缩分时应保留的最小样品质量,除依赖于样品的标称最大粒度外,还与样品的容积密度有关。应注意在规定样品每一缩分阶段的最小留样量。另外,应合理使用干燥、破碎、筛分和缩分程序,以便使制备的分析试样粒度尽可能小,因较小的分析试样粒度,有利于提高试验结果的精密度。

  按欧盟标准和美国标准,分析试样粒度至少小于1mm。但通过使用适宜的破碎设备和破碎方法,以及合理应用干燥程序(温度和时间),有可能使制备的分析试样粒度小于0.5mm,甚至小于0.2mm。

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