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研究生物质能源,对于原料的选取必须满足来源广泛、易于获取等最基本的要求。作为我国三大农作物之一的玉米仍然是研究的主要对象,玉米在我国的种植面积近几年基本维持在6.5亿亩左右,除了将玉米秸秆作为青贮饲料及腐烂后用作肥料外,生物质成型燃料是玉米秸秆高效利用的另一种方式,密度大、易燃烧、热值高、易存储成为其主要优点。但玉米秸秆成型燃料在实际燃烧过程中结渣明显,对锅炉腐蚀严重,影响锅炉运行的安全稳定性。为降低玉米秸秆燃烧过程中带来的结渣问题,本文通过利用优质生物质原料与玉米秸秆混合成型的方法改善秸秆结渣问题,不仅整合了各种林业废弃物、农业废弃物生物质资源,而且对于成型高品位生物质固体燃料、降低整个生物质能源成本是有积极促进作用的。首先通过模糊数学法及结渣率测定法选择了柠条和油松两种不结渣或少结渣的生物质原料与玉米秸秆原料进行混合成型,利用Taguchi方法对成型参数进行优化分析和贡献率计算。其次以玉米秸秆为研究对象,通过灰渣成分测定和微观结构分析进行结渣机理及腐蚀特性的研究。最后研究玉米秸秆分别与柠条、油松混合成型时抗结渣的可行性和合理性,为降低玉米秸秆固体燃料结渣率提供了一种新的可靠的方法,为后期生物质混合固体燃料工业化生产提供借鉴。主要内容及结论如下:(1)对柠条和油松生物质原料进行结渣性判断。对玉米秸秆、柠条和油松生物质原料结渣倾向建立评价子集,通过模糊数学法综合判断得出玉米秸秆为严重结渣型原料,柠条和油松为两种轻微结渣的生物质原料。根据NB/T 34025-2015计算出柠条和油松的结渣率,于结渣性强度区域图中绘制结渣率曲线,发现柠条和油松结渣性曲线图均落在弱结渣区,同样可判断柠条和油松生物质原料结渣强度为轻微。(2)对玉米秸秆与柠条、玉米秸秆与油松两种混合原料进行成型参数优化分析和贡献率计算。得出生物质原料混合比例、含水率、温度、压力对混合成型燃料的密度均有显著性影响,且当柠条:玉米秸秆=6:4、含水率8%、温度130℃、压力120MPa时,柠条和玉米秸秆混合燃料成型效果最佳,各因素对玉米秸秆与柠条混合成型燃料密度的贡献率分别为:温度(45.1%)、含水率(32.0%)、压力(12%)和混合比例(1.6%);当油松:玉米秸秆=6:4、含水率5%、温度70℃、压力130MPa时,油松和玉米秸秆混合燃料成型效果最佳。各因素对玉米秸秆与油松混合成型燃料密度的贡献率分别为:含水率(78.17%)、混合比例(8.66%)、压力(2.48%)和温度(2.22%)。(3)以玉米秸秆为研究对象探究了生物质燃料在锅炉中燃烧时的结渣机理。得出生物质燃料在锅炉中燃烧时产生的受热面及底灰结渣主要由生物质原料本身的特性造成,即含量较高的Na、K等碱金属元素和Cl等非金属元素,同时锅炉结渣还受燃烧温度等因素的影响。(4)将柠条和玉米秸秆固体混合燃料、油松和玉米秸秆固体混合燃料在锅炉中燃烧进行抗结渣试验研究。得出在鼓风强度、锅炉结构尺寸等相同条件下,玉米秸秆原料与柠条、油松分别混合成型可显著降低燃烧过程的结渣程度,燃烧结束后观察底灰形态,只有极少量硬度极低的微小渣快。通过SEM扫描后发现玉米秸秆成型燃料燃烧后底灰渣快光滑且致密,而两种混合成型燃料燃烧后的微小渣块没有上述现象。(5)在实际燃烧过程中还发现,生物质成型燃料在锅炉中燃烧时,由于其独特的骨架结构,减少了大的飞灰颗粒在受热面的沉积,从而延缓了锅炉受热面的结渣时间,对锅炉的长久安全运行具有重要作用。上述研究为玉米秸秆固体成型燃料的大力推广提供了有力依据,同时为生物质燃料抗结渣的研究提供了一个新的方向。