[发明专利]一种用于生物质灰熔融特性的分析方法

说明书

本发明涉及生物质能源气化领域，具体地，本发明涉及一种用于生物质灰熔融特性分析的方法。本发明是利用热机械分析仪进行测定，具体步骤包括：生物质灰样的制备，生物质灰熔融特性的测试，以及灰熔融特性曲线的解析；并分别定义：生物质灰烧结阶段特征温度T_s、生物质灰熔融阶段特征温度T_m，利用特征温度以解析并评价生物质灰的熔融特性；而且可利用特征温度T_m预测流化床燃烧和气化过程中因生物质灰熔融引起的聚团失流化温度。该方法可连续观测灰在整个加热过程中的熔融特性，测试过程还能体现灰在高温条件下黏温特性带来的变化，因此，利用热机械分析法测试生物质灰的熔融特性，可以更客观、全面地反映灰的熔融特性，且重复性好、精确度高。

技术领域

本发明涉及生物质能源转化领域，具体地，本发明涉及一种用于生物质灰熔融特性分析的方法。

背景技术

生物质能源在其生长过程中吸收CO₂参与大气中的碳循环，可实现温室气体的零排放，作为燃料，生物质中的硫、氮含量远低于煤和重油，是一种环境友好的可再生清洁能源。我国作为农业大国，每年农作物秸秆年产量约为7.5亿吨，相当于3.75亿吨标煤；柴薪和林业废弃物资源每年可开发量达6亿吨以上。但每年因无法处理的剩余农作物秸秆在田间直接焚烧量超过2亿吨，不仅浪费了秸秆资源，同时生成大量的灰霾。因此，开发利用生物质能源可促进农村经济发展、缓解我国能源危机，减轻环境污染。在生物质利用技术中，生物质间接气化技术被认为是一种极具前景的制取富氢燃气技术，该技术采用双级流化床，利用固体热载体为热源，在常压还原气氛条件下，无需空分制氧，就可得到氢气和烃类含量较高的中热值燃气，因此，近年来在生物质气化领域备受关注。而且，生物质在流化床中气化具有物料混合均匀、反应速度快、在反应器中停留时间长、操作温度低以及产率高等优点，尤其适合水分含量高、热值低的生物质原料。但是秸秆类生物质燃料中灰分含量较高，且含有大量碱金属元素(钾、钠)，而碱金属化合物又具有熔点低的特点，给生物质转化过程带来诸多问题，尤其是会因聚团现象引起失流化甚至导致严重不流化现象。因此，掌握气化过程中生物质灰的熔融特性，可为最终提出抑制因碱金属引起的技术问题寻找解决措施。

对于生物质灰的熔融特性以及预测其烧结的方法，一般借鉴煤灰熔温度的国标(GB/T 30726-2014)：角锥法，该方法在评价煤灰熔融特性时，定义了4种特性温度，即初始变形温度DT、软化温度ST、半球温度HT和流动温度FT，并把初始变形温度作为烧结温度预测值，该方法是根据灰样形貌变化记录特征温度，而无法连续记录灰样的形貌变化，存在较大主观性；而且，根据大量研究结果表明，角锥法适用于熔融温度较高的样品。另外，热机械分析法TMA(thermo-mechanical analyzer)早期主要是用于测量塑料、玻璃等物质的膨胀系数和相转变温度等参数，因通过该测定方法可观察物质在整个加热过程中的熔融特性，曾有研究人员提出利用热机械分析法测定煤灰的熔融特性。

但是，在已有研究中并未对利用热机械分析法测定煤灰熔融特性过程提出具体的评价指标。而且，与煤灰的组成及含量具有显著差异的是，生物质灰分的组成及其含量比较复杂，具有钾等碱金属含量较高的特点，这导致生物质灰在较低温度下就会出现熔融现象。生物质的这一特性，也决定了传统角锥法对生物质灰熔融特性分析的不适用性。因此，针对生物质原料，需寻找一种适合测定生物质灰熔融特性的分析方法及评价指标。

发明内容

本发明为了解决上述问题，发明人提出并完成了本发明。

本发明的目的是提供一种用于生物质灰熔融特性的分析方法。

本发明的用于生物质灰熔融特性的分析方法是利用热机械分析仪进行测定；其中，分析步骤包括：生物质灰样的制备，生物质灰熔融特性的测定，熔融特性曲线的解析。

具体地，本发明的用于生物质灰熔融特性的分析方法，包括以下步骤：

1)生物质灰样的制备：将生物质原料燃烧制成生物质灰样；