2016燃烧学年会集文献

学术会 1，春2，3，4（煤燃烧国家(华技大学)，省市 摘要本文选取大米（熟）和白菜叶为厨余代表，测定二者的基本物性参数和化学成分，采用水平 于白菜。大米烘焙温度达到270℃以后，焦样热解特性与原样差别较大，焦样的热解活化能、指前因子明显减小。白菜烘焙焦样的热解特性与原样均有明显差异，半纤维素/果胶热解峰，二次裂解峰增大，随EffectsoftorrefactiononthesolidfuelqualitiespyrolysispropertiesoftypicalkitchenSONGShuang1,HUANGJingchun2,QIAOYu3,XUMinghou(StateKeyLaboratoryofCoalCombustion,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Whhan430074,Cookedriceand cabbageleaves,astherepresentativeofkitchenwaste,werecharacterizedandtorrefiedinhorizontaltubefurnaceat240/270/300℃.Anon-isothermalthermogravimetricmethodwasadoptedtoinvestigatethepyrolysisproperties.TheresultsshowthattheenergydensityandhighheatvalueofcharswereimprovedsignificantlyandtheratesofH/CandO/Cdecreasedaftertorrefaction.Judgingbyenergyfield,theeffectofricetorrefactionwasbetterthanthatofthe cabbageatthehighertemperature.Whenthetorrefactiontemperaturegotto270℃and300℃,ricecharsshoweddistinctivepropertiesfromrawsamplesandthepyrolysisactivationenergyandthepre-exponentialfactorofcharsweresmallerthanrawsamples’.Astorrefactiontemperatureincreased,thereweregreaterdifferencesbetweenpyrolysispropertiesof cabbageanditschars,andtheactivationenergyrosefirstlyandthenfell.kitchenwaste;torrefaction;pyrolysis;pyrolytic随着近几年来进程的飞快发展，城市生活的产量不断增长。2015年《中国城市生活管理状况评估》，年清运量从1979年的2508万吨增至2012年的17081万吨。生活中产生的有害物质对环境、水源和土质造成木竹等，其中厨余是最主要的组分，占在36%至73.7%之间[1-2]。基金项目：国家自然科学基金资助项目（有效提高生物质的能量密度，降低O/C值，减少和储藏成本[12]。LiuShuai[13]选取厨余中热干面为对象，研究热干面在烘焙过程中钠的转换与释放。JeebanPoudel[14]选厨余中主要成分为淀粉、油脂类以及果蔬类，由于厨余中的脂类分解温度在的大米（熟）和白菜叶作为代表物。对样品进行烘干、，筛分粒径小于150μm样1g样品分别在、、℃三个温度点在固定床台架管式炉中进行烘焙实算、成分分析详见表1。其中热值为(1)(2)计算结果的平均值[15]。HHV11.87C2144C2802H63.8CH129N HHV25.22C2319C1647H38.6CH133N 1Table1Basicpropertyparametersofrice 元素分析（dbwt 工业分析（dbwt 2Table2Majorconstituentsofrice 19.275.56.718.74.95.423.10.314.30.92.3

29.5

脂 0.1烘焙产物名方法如下：RI代表大米，CAB代表白菜，用RI-X、CAB-X代表烘焙产物，其中X代表烘焙温度。例如RI-240代表大米在240℃烘焙温度下的焦样。VarioEL-2元素分析仪进行元素分析、FOSSKjeltec840全自动凯式定氮仪测定蛋白100℃升温至800℃，工作气氛氮气100mL/min。TGDTG1，从图中可以将二者热解分为三个阶段，如表3。1直链淀粉、支链淀粉热解TG/DTGFig.1TG/DTGcurvesduringpyrolysisofamyloseand274、298℃。直链和支链淀粉在第三阶段是残余焦炭缓慢3Table3Temperaturesectionpartitionsduringpyrolysisofamyloseand温度区间4Table4Basicpropertyparametersofrawsamplesandtorrefied元素分析（dbwt 工业分析（dbwt VA

烘焙处理前后的大米、白菜样品的工业分析、元素分析、热值计算结果如表4。从0.46倍，0.34倍。由于白菜中灰分含量较高，随着烘焙温度的增加，产物灰分含量也显著提高了，CAB-30022.3%。从元素分析的数渐减少，RI-300、CAB-300的C50.11，21.79，O元素与原46.38，60.48。这主要是由于大米和白菜中的淀粉和纤维、果胶组分在240℃下会脱羟基形成H2O，随着烘焙温度升高，会进一步发生脱羧基、羰基官能团，形成CO2、CO和较多的含氧焦油[23]。结果表明烘焙显著增加了大米、白菜的能量密度。H/C原子比变化图。从图中可以得到大米在240O/C、H/C变H/C变化幅度较白菜大。在经过300℃烘焙后，烘焙焦样的特性接近褐煤[24]，说明烘MM

Mproduct

值，下标product、feed分别代表烘焙固体产物和原样。Fig2AtomicO/C、H/Cratioofrawsamplesandtorrefied3RI-24093.76%3230℃左成分纤维素、蛋白质的分解温度较高，木质素分解缓慢[22,25]，所以造成了在 Fig.3Massfieldandenergyfieldoftorrefiedchars(a)rice 2.0、15.0、22.54.9、6.2、10.1。RI-主要包括三个阶段，如表5。是白菜灰分较多为14.3%，后期灰分分解等导致DTG曲线呈波动状。4大米原样及烘焙焦样热解TG/DTGFig.4TG/DTGcurvesduringpyrolysisofriceanditstorrefied5白菜原样及烘焙焦样热解TG/DTGFig.5TG/DTGcurvesduringpyrolysis cabbageanditstorrefiedRI-240的热解特性与原样差别不大，TGDTG曲线基本吻合，RI-270、RI-300的热RI-270300℃烘焙后，在较低温度下可挥发的300℃之后才有较为明显的失重。大米RI-240304℃、307℃，RI-270、RI-300热解过程最293℃，378℃。RI-270、RI-300在热解主要255℃半纤维素/果胶峰、308℃纤维素/蛋白质峰、408℃裂解产物二次裂解峰，其中纤维素/蛋白质失重峰最大。3个烘焙焦样均出现了半纤维素/果胶峰，二次裂解峰增大的现象。CAB-240的最大失重峰反应速率大于白菜原样，其他烘焙焦样反应5Table3Temperaturesectionpartitionsduringpyrolysisofrawsamplesandtorrefied温度区间（ AeRTf(

dT，将β带 d AeRTf( dt ln[F()]ln(AR)

1(1

nT6样 1样 112333141 4 5253（RIRI-240在热解主要阶段的活化能接近，但RI-270、RI-300的活化能、指前因子明显减应。RI-270、RI-300RIRI-240，因为经过较高温烘焙后淀粉发生分解，RI-270在热解主要阶RI-270具有更小的分解温度，较其他样品提前分解，段。烘焙温度达到270℃以后大米焦样热解特性才与原样有差别较大，270℃烘焙焦样热解起始温度明显提前，270、300℃烘焙焦样热解过程最大热解速率明显焦样热解开始温度与原样相比均有较大升高。3个烘焙焦样均出现了半纤维素/果270℃以后大米烘焙焦样热解活化能减小，更易发生热解反应但是[1]Cheng,H.,Hu,Y.Municipalsolidwaste(MSW)asarenewablesourceofenergy:Currentandfuturepractices [J].BioresourceTechnology.2010,101(11):3814--3824.[2],,.城市生活典型组分的热解特性研究[J].工业炉,2013,34(6):39--41.CHENGuoyan,ZENGJijin,YANGQingchangStudyonpyrolysischaracteristicsoftypicalcomponentofmunicipalsolidwaste[J].IndustryFurnace,2012,34（6）：39-45.[3],沈东升,.厨余的特性及处理技术研究进展[J].科技通报,2011,27(1):130--XUDong，SHENDongsheng，FENGHuajun．Discussiononcharacteristicsofandresourcerecyclingtechnologyoffoodresidue．BulletinofScienceandTechnology,2011,27(1):130-135QunhuiWang,HongzhiMaa,WenlongXu.Ethanolproductionfromkitchengarbageusingresponsesurfacemethodology[J].BiochemicalEngineeringJournal,2008,39(3):604--610.PhamTPT,KaushikR,ParshettiGK,etal.Foodwaste-to-energyconversion:Currentstatusandfuturedirections[J].WasteManagement,2015,38:399--408.LaiCM,KeGR,ChungMY.PotentialofFoodWastesforPowerGenerationandEnergyConservationin[J].RenewEnergy.2009,49:1913--1915.Ahmed,I.,Gupta,A.Pyrolysisandgasificationoffoodwaste:syngascharacteristicsandchargasificationkinetics[J].AppliedEnergy,2010,87(1):101--108.,,ZHANGLongsheng,LIUTuo.StatusandCountermeasureofBiodieselProducedwithFoodResidue[J].EnvironmentalSanitationEngineering,2009,17(6):50--54. KarmeeSK.Liquidbiofuelsfromfoodwaste:currenttrends,prospectandlimitation[J].RenewSustainEnergyRev.2016,53:945--53.HeoHS,KimSG,JeongKEetal.Catalyticupgradingofoilfractionsseparatedfromfoodwaste薛旭方,于晗,洪楠,等.餐饮主要成分的热解动力学研究[J].环境工程学报,2010,4(10):2349--2354XUEXufang,YUHan,HONGNanKineticstudyonpyrolysisofprincipalcomponentsoffoodJournalofEnvironmentalEngineering,2010,4(10):2349--2354．BatesHB,GhoniemAF.Biomasstorrefaction:modelingofvolatileandsolidproductevolutionkinetics[J].Bioresourcetechnology,2012,124:460--469.LiuS,QiaoY,LuZ,etal.ReleaseandTransformationofSodiuminKitchenWasteduringTorrefaction[J].Energy&Fuels,2014,28(3):1911--1917.FriedlAetal.Predictionofheatingvaluesofbiomassfuelfromelementalcomposition[J]. Chem,2005,, :,LIUShuchai.Pulpandpaperysisanddetection[M].ChemicalIndustryPress,李一博.水稻粒形、粒重GS5及垩白Chalk5的克隆与功能研究[D].:华中,2011LIYibo.CloningandfunctionalysisofamajorQTL,GS5forgrainszie/weightandChalk5forchalkinessrateinrice[D].Wuhan:HuazhongAgriculturalUniversity,2011.AburtoJ,MoranM,GalanoA,Torres-GarciaE.Non-isothermalpyrolysisofpectin:athermochemicalandkineticapproach[J].ApplPyrolysis,2015,112:94--104.XINShanzhi,YANGHai,MITie.Researchonthecharacteristicsofxylanandpectinpyrolysisliquefaction[J].ActaEnergiaeSolarisSinica.2015,36(8):1939--1946.].WEN ponentkineticmodelingonbiomasspyrolysis[D].Zhejian:ZhejianGómez--RicoMF,FontR,FullanaA,Martín-GullónI.Thermogravimetricstudyofdifferentsewagesludgesandtheirrelationshipwiththenitrogencontent[J]. ApplPyrol,2005;74:421--8.Marcilla,A.,Gómez-Siurana,A.,Gomis,C.,Chá