玉米秸秆成型燃料的微观结构观察与分析

　　0　引　言

　　缓解能源危机和抑制CO2排放的一项有力对策就是用可再生能源来代替化石能源。与太阳能、风能、地热能一样,生物质能也属于可再生能源,并且生物质能在可再生能源中最具有特异性,因为其具有可储存性,可以通过电力或热的作用转化为燃料或化学原料[1]。使用生物质能,几乎没有SO2产生,产生的CO2气体和植物生长过程中需要吸收的CO2在数量上保持平衡[2-3],被称为CO2中性燃料,并且生物质能资源丰富,品种多样。地球上的生物质能数量巨大,据生物学家估算,地球上每年生长的生物能总量约1 400 ~1 800亿吨(干重),相当于世界总能耗的10倍[4]。我国的生物质能也极为丰富,2005年全国秸秆产量约6亿吨,依据《全国农业和农村经济发展第十一个五年规划》提出的主要农产品发展目标测算,预计到2010年我国主要农作物秸秆产量将达到7.8亿吨,其中约4亿吨可作为农业生物质能的原料。以“十一五”期间的发展速度测算,预计到2015年我国主要农作物秸秆产量将达到9亿吨左右,其中约一半可作为农业生物质能的原料[5]。从20世纪70年代开始生物质能的开发利用研究已成为世界性的热门课题。

　　生物质能的转化技术可分为四大类:直接燃烧技术、物化转换技术、生化转换技术和植物油利用技术等[6]。其中,在直燃技术中,致密成型技术引起可以替代煤而受到科技工作者的青睐。经过几十年的发展,生物质致密成型技术已经基本成熟,但生物质致密成型燃料的燃烧设备还不成熟,主要原因是对生物质致密成型燃料的微观结构和燃烧机理研究不深入,导致燃烧设备的设计参数选取不准,造成燃烧设备燃烧效率低、烟尘含量高等问题[7],进而影响整个技术的推广应用。为解决此类技术瓶颈,作者提出了研究生物质致密成型燃料微观结构的课题。玉米作物在黄淮流域种植面积最广,且玉米秸秆的产量较大,因此选取玉米秸秆致密成型燃料(工业分析见表1)为研究对象,对玉米秸秆致密成型燃料的微观结构进行观察和分析,研究其微观结构,以期通过对玉米秸构成型燃料的微观结构的观察和分析,找到其微观结构的特点,为将来研究其燃烧机理和研发燃烧设备提供理论基础和实验数据。

　　1　试验原料

　　以玉米致密成型燃料为研究对象,这些燃料来自于河南农业大学毛庄科技试验园区。为便于观察,先对部分燃料进行片状加工,制作成直径9mm、厚6 mm的圆形片;然后根据试验需要再对部分生物质致密成型燃料进行粉碎,再用分样筛分级。在选用试验原料时,充分考虑各方面的因素,如试验原料的代表性、广泛性及前人的研究成果等。

　　通过对玉米生物质致密成型燃料组成成分测定结果可知,玉米秸秆致密成型燃料主要是由纤维素、半纤维素和木质素组成,同时还有一些脂肪、蜡质、淀粉、糖和蛋白质等物质[8]。相比于从自然界能够直接获得的纤维素,半纤维素则不能直接从自然界获取,而且其成分相比于纤维素复杂得多。