ИЗМЕНЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БИОМАССЫ С РАЗЛИЧНОЙ ДОЛЕЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ В ПРОЦЕССЕ МЕДЛЕННОГО ПИРОЛИЗА

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения изменения теплофизических характеристик биомассы в процессе её термического преобразования применительно к проектированию технологического оборудования и энергетическому использованию. Цель: изучение теплофизических характеристик биомассы с различной долей минерализации в процессе её медленного пиролиза. Объекты: ресурсы биомассы, имеющие различную степень минерализации – солома (Ad=2,8 %), некондиционные пшеничные отруби (Ad=6,9 %), низинный торф Суховского месторождения (Ad=22,8 %). Методы. Теплотехнические характеристики образцов биомассы и их углеродистого остатка определены согласно аттестованным методикам (ГОСТ Р 54186-2010 (EN 14774-1: 2009), ГОСТ Р 56881-2016 (Е1755-01), ГОСТ 11305-2013, 11306-2013, ГОСТ 32990-2014 (EN 15148: 2009); значения теплоты сгорания установлены при помощи калориметра АБК-1 (РЭТ, Россия) в соответствии с ГОСТ 147-2013 (ISO 1928-2009); элементный анализ её органической части определен на приборе Vario Micro Cube (Elementar, Германия); термическая переработка осуществлена методами дифференциального термического анализа и физического эксперимента; теплофизические характеристики биомассы и её углеродистого остатка измерены методом лазерной вспышки при помощи анализатора температуропроводности Discovery Laser Flash 1 (DLF-1); измерения истинной плотности выполнены с помощью автоматического газового пикнометра Ultrapyc-1200e (Quantachrome Instruments, США); структуру рассматриваемого углеродного остатка, полученного при пиролизе биомассы, исследовали методом сканирующей микроскопии на электронном микроскопе VEGA 3 SBU (TESCAN, Чехия). Результаты. Пиролиз соломы и отрубей протекает в две стадии, различающиеся средней скоростью разложения – (0,38…0,41) % °С–1 и 0,09 % °С–1 соответственно. Разложение торфа протекает во всем температурном диапазоне 220–500 °С при среднем значении скорости разложения 0,11 % °С–1. Теплопроводность углеродных остатков из соломы и отрубей, имеющих относительно невысокую для биомассы величину зольности, несущественно изменяется вплоть до 400 °С, после чего её значение возрастает. Теплоемкость этих образцов увеличивается с температурой их получения до 300 °С, после чего происходит её резкое снижение. Углеродистый остаток, полученный при 500 °С, имеет более высокое значение теплоемкости по сравнению с остатком при 400 °С. Отмеченные изменения можно объяснить разложением компонентов органической части биомассы – целлюлозы и лигнина. Теплоемкость и теплопроводность углеродного остатка из суховского торфа, имеющего высокую долю минерализации (Ad = 22,8%), снижаются во всем рассмотренном температурном диапазоне, что обусловлено повышением доли неорганических компонентов за счет разложения органической массы, что подтверждается ростом плотности твердой фазы.