生物质燃料催化氧化燃烧新工艺研究毕业论文.doc

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1、河南科技大学毕业设计（论文） I 毕业设计论文 生物质燃料催化氧化燃烧新工艺研究 河南科技大学毕业设计（论文） II 摘 要 将生物质作为燃料使用，是可再生能源的有效利用途径。然而直接燃烧的办 法存在操作条件复杂、燃烧不充分等缺点。使用固相催化的办法，是一种新的途 径。 本课题采用初步热失重分析法，分别测定了 MnO2，Fe2O3，KMnO4三种催化 剂在不同温度下与不同生物质燃料锯末、玉米秸秆混合燃烧时，燃烧前后生物质 燃料质量的变化。采用热重分析法，对锯末这种生物质燃料以空气为氧化剂及以 MnO2为催化剂的燃烧过程进行了对比研究。采用 X 射线衍射分析法，对 MnO2 未燃烧、单独燃烧及作

2、为催化剂燃烧三种状态进行了定性相分析。 结果表明，相同试验条件下 MnO2催化效果相对好，是较好的催化剂。以锯 末为生物质燃料，添加 MnO2能显著改善生物质燃料的燃烧性能，降低生物质燃 料的着火温度，提高生物质燃料的燃烧速度，使生物质燃料的燃烧过程更集中。 未经煅烧的 MnO2中可能含有 Mn、gamma- MnO2、epsilon- MnO2。经高温煅烧后， MnO2被还原为 Mn3O4，其自身起到氧化剂的作用，有助于生物质燃料的燃烧。 当 MnO2与生物质燃料混合燃烧时，其自身的燃烧程度相对其单独燃烧时更充分。 关键词：生物质燃料，催化剂，热重分析，X 射线衍射分析 河南科技大学毕业设计

3、（论文） III NEW TECHNOLOGY OF BIOMASS FUEL COMBUSTION BY CATALYST ABSTRACT It is an effective way of using renewable energy to use biomass as fuel. However, there are some disadvantages, such as complex operating conditions and inadequate combustion in the direct-burning method. The use of solid cataly

4、st is a new way. In this thesis, primary thermogravimetic analysis has been used to determine the change of biomass fuel sawdust and straw which burning with catalysts of MnO2, Fe2O3 and KMnO4 at different temperatures. Thermogravimetic analysis has been used to research and compare the different co

5、mbustion processes of sawdust burning with air and MnO2. X-ray diffraction analysis has been used to do qualitative analysis of MnO2 when it is not burning, burning solely, and burning as catalyst. The results show that, the catalytic effect of MnO2 is better than the other, and it is a good catalys

6、t. Biomass fuel sawdust combust with MnO2 can significantly improve the combustion performance of biomass fuel. Also, sawdust combust with MnO2 can reduce the ignition temperature of biomass fuel and make the combustion process more focused. MnO2 which is not burning may contain Mn, gamma-MnO2, epsi

7、lon-MnO2. After combustion at high temperature, MnO2 is deoxidized to Mn3O4. At the same time, MnO2 plays the role of oxidant and help biomass fuel to burning. MnO2 burning more fully when it combust with biomass fuel than it burning solely. KEY WORDS: biomass fuel, catalyst, thermogravimetic analys

8、is, X-ray diffraction analysis 目 录 河南科技大学毕业设计（论文） IV 第第 1 章章 前前 言言.1 1.1 生物质能源1 1.2 研究目的与意义2 1.3 研究现状3 1.4 本课题研究的内容5 第第 2 章章 试验材料与方法试验材料与方法.6 2.1 试验材料6 2.2.1 样品采集6 2.2.2 试验仪器6 2.2.3 试验试剂6 2.2 试验方法7 第第 3 章章 催化氧化燃烧工艺研究催化氧化燃烧工艺研究.8 3.1 定性试验8 3.2 初步热失重分析8 3.2.1 初步热失重分析原理8 3.2.2 以 MnO2为催化剂的初步热失重分析.9 3.2.

9、3 以 Fe2O3为催化剂的初步热失重分析.13 3.2.4 以 KMnO4为催化剂的初步热失重分析17 3.3 热重分析19 3.3.1 热重分析法原理19 3.3.2 热重分析试验21 3.4 物相分析22 3.4.1 X 射线衍射分析法原理.22 3.4.2 物相分析过程25 3.4.3 物相分析试验25 第第 4 章章 结论与建议结论与建议.29 4.1 结论29 4.2 建议29 参考文献参考文献.30 河南科技大学毕业设计（论文） V 致致 谢谢.32 河南科技大学毕业设计（论文） 1 第 1 章前 言 1.1 生物质能源 生物质(biomass)是指有机物中除化石燃料外的所有来源

10、于动、植物能再生的 物质。生物质能则是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为 化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。生物质包括林木废弃物(木块、木片、 木屑、树枝等)、农业废弃物、水生植物、油料植物、有机物加工废料、人畜粪 便及城市生活垃圾等。生物质资源量巨大，年产量约1460亿吨。 生物质能利用方式有五种：一是热利用，主要是用于农村柴灶提供生活能源 和生物质工业锅炉提供蒸汽；二是燃气利用，主要是利用生物质能源产生沼气、 生物质气化集中供气，主要是农村用，进一步的发展方向是生物质制氢；三是生 物质发电，主要包括沼气发电、生物质气化发电和直接燃烧发电；四是液体燃料， 主要包括燃料乙醇

11、、生物柴油，进一步的发展方向是通过热化学的方式气化生产 合成气，再用合成气合成柴油或含氧燃料(甲醇和DME等)；五是固体燃料，因为 生物质能的能量密度比较低，不便于运输，提高其密度具有现实意义。作生物质 固体燃料、生物质固化、燃料炭也是一个发展的方向1。 我国每年仅农作物秸秆(稻秆、麦秆、玉米秆等)产量可达7.5亿吨，人畜粪便 3.8亿吨，薪柴年产量(包括木材砍伐的废弃物)约为1.7亿吨2，农业加工残余物 (稻壳、蔗渣等)约为0.84亿吨，城市生活垃圾污水中的有机物约为0.56亿吨，还 有工业排放的大量有机废料、废渣，每年生物质资源总量折合成标准煤约24亿 吨3。 目前国外主要利用的生物质资源

12、有秸秆、草本植物、能源矮林、一些优良的 杂交乔木及森林的采伐剩余物。如禾本科作物如芒草，单产可达5070t/hm24， 丹麦、芬兰、法国、英国等国家已经研究培育出了多种柳树和杂交杨树，美国小 面积试验柳树商业产量为50t/hm25。瑞典筛选出热值高的优良植物 SALIS，SALIS在瑞典是45年成熟，成熟后有67m高，每公顷每年能生产10t 干物质，每吨里面含有的热量是4.5MWH(兆瓦时)，热值含量非常高。目前在瑞 河南科技大学毕业设计（论文） 2 典沙莱斯的种植面积已达13万hm2，每公顷一般种1.5万棵6。 自1992年世界环境与发展大会后，欧美国家开始大力发展生物质能。欧盟规 划201

13、0年可再生能源比例达12%，每年可替代2000万吨石油，其中成本较低的生 物质能约占80%。美国1999年明确提出规划到2010年生物制品及生物质能的产量 将为当时水平的3倍，生物质能比达10%。由此可见，生物质能在一些发达国家应 用较为广泛。相对而言，我国在生物质能现代化利用方面的成功例子很少，相应 的开发研究急需加强。在众多的转化利用技术中，生物质燃烧技术无疑是最简便 可行的高效利用生物质资源的方式之一7。 生物质燃料是清洁的可再生能源。生物质燃料的主要成分是木质纤维素，由 纤维素、半纤维素和木质素组成。主要含有碳、氢、氧及少量的氮、硫等元素。 其中易燃部分主要是纤维素、半纤维素、木质素。

14、燃烧时纤维素、半纤维素和木 质素首先放出挥发分物质，最后转变成炭。特点是温室气体的零排放(因为它们 参与大气中的碳循环)，硫的含量很低，因此SOx的排放远远低于煤和重油。另外， 由于生物质燃料热值低且理论燃烧温度低，因此NOx的生成率相应也较低。生物 质燃料可称为清洁能源。只要太阳辐射存在，绿色植物光合作用就不会停止，因 此，生物质燃料是理想的可再生能源8。 1.2 研究目的与意义 随着经济的发展和人民生活水平的提高，能源短缺和环境污染日益成为困扰 人类社会发展的主要问题。按目前技术水平和2003年的开采量计算,石油、煤炭 和天然气分别可供开发41年、192年和67年9。随着化石能源的无节制使

15、用，环境 问题变得日益严重，如全球气温变暖、损害臭氧层、破坏生态圈平衡、释放有害 物质、引起酸雨等。因此，开发和寻找新的替代能源已成为人类社会在21世纪必 须解决的重大课题，生物质能源可再生而不会枯竭，同时起着保护和改善生态环 境的重要作用，是未来最重要的替代能源之一。 全世界每年通过光合作用生成的生物质大约有1200亿t，其中仅1%用作能源， 但它已为全世界提供了14%的能源，并成为世界上15亿人口赖以生存的主要能源。 在我国，生物质在能源消耗中占有举足轻重的地位，它仅次于煤而成为第二大能 源，在全部能源消耗中约占20%，特别是在农村能源消费中，生物质能约占生活 河南科技大学毕业设计（论文）

16、 3 用能的70%，占整个用能的50%，总量约有6亿t用作能源1。生物质因具有挥发分 高、炭活性高，N、S含量低(含N量0.5%3%、含S量一般仅0.1%0.5%)，灰分 低，生命周期内燃烧过程CO2零排放等特点，特别适合燃烧转化利用，是一种优 质燃料10。在我国，发展生物质燃烧技术既能缓解温室效应，又能充分利用废弃 生物质资源，改善或提高农民的生活条件，而且对现有的燃烧设备不需作较大改 动，因此具有明显的社会意义与经济意义，符合我国现阶段国情和生物质开发利 用水平7。 但是，由于受经济因素的限制，生物质燃料的利用程度并不高。以粉末状的 生物质燃料，如谷壳、锯末等为例，由于常规的燃烧方式以空气

17、为氧化剂，燃尽 性能差，以致大量被浪费11。催化燃烧技术，可以大大节省燃料，降低废弃物的 排放，使环境污染的程度大大降低。因此，研究生物质燃料催化氧化燃烧技术十 分必要。 1.3 研究现状 以前人类对生物质能的利用基本上是以直接燃烧的方式利用它的热量。直到 20世纪，特别是近一、二十年，人们普遍提高了能源与环保意识，对地球固有的 化石燃料的日趋减少有一种危机感，在可再生能源方面寻求能源的持续供给，使 生物质利用技术的研究与应用有了快速的发展12。 目前生物质能的主要开发利用技术包括生物质的固化、气化、液化以及燃烧 技术，其能源产品包括成型固体燃料、炊事燃气、液体燃料(生物油、柴油、汽 油等)、

18、电、热(或暖气)7。 湘潭大学环境工程系的罗婕、田学达、魏学锋对生物质燃料的燃烧进行了研 究，开发了一种固态氧化剂 M，可使粉末状生物质燃料趋于完全燃烧，并且能够 再生后循环使用。与其它的固体氧化剂比较，当生物质燃烧性能改善程度相同时， 添加 M 在成本消耗上有明显的优势。研究所用的生物质燃料为米糠和木屑，均取 自湖南湘潭地区，木屑为杉木加工废料。试验所用样品均取 20 目筛下。通过热 分析试验对米糠、木屑两种典型粉末状生物质以空气为氧化剂和以 M 为氧化剂的 不同情况进行了对比研究。从研究可知，添加固态氧化剂 M 能显著改善粉末状生 物质燃料的燃烧性能：(1)降低粉末状生物质燃料的着火温度。

19、(2)提高粉末状生物 质燃料的燃烧速度。(3)增加燃烧过程的放热量11。 河南科技大学毕业设计（论文） 4 美国得克萨斯大学的Sami13综述了生物质与煤混烧的特性,混烧时NOX、SOX 排放量较低，并有效地降低了CO2的排放量。此外，混烧还能降低燃料消耗、减 少化学组分对水和土壤的污染。同时也提出了有待解决的问题：(1)含碱的生物质 灰处理须引起高度注意；(2)在焚烧炉内燃烧的生物质最大粒径尺寸需要进一步研 究；(3)现有的给料器系统需要重新组装，因为生物质燃料相对于煤的热值较低， 为达到同热量供给，需提高给料器的传递速率。 国内哈尔滨工业大学早在1991年就进行了生物质燃料的流化床燃烧技术

20、研究； 浙江大学提出了用于不同规模、各种炉型的生物质燃烧系统的生物质利用转化方 案。另外，为了提高生物质在小型燃烧装置上的利用效率，浙江大学还致力于成 型燃烧技术和流化床混烧技术的研究。浙江大学阎常峰等14设计了变截面管式布 风流化床用以研究不同颗粒粒度、不同床层高度、不同截面流速、布风的均匀性 以及非平衡布风时颗粒的流化特性，为测试燃烧所需物料的流化特性对焚烧的着 火、气化、稳定燃烧及污染物生成特性提供基础数据。 生物质直燃发电技术由于其成本低，利用量大，一直被各国重视。在我国， 直燃生物质发电技术主要在有稳定生物质原料来源的制糖厂和林木加工企业使用 较多。瑞典和丹麦实行利用生物质进行热电联

21、产的计划，使生物质在提供高品位 电能的同时，满足供热需求。丹麦政府已明令电力行业必须每年焚烧140万吨生 物质，一般是在流化床炉上混烧或在炉排炉上全烧秸秆15。 浙大的金余其等16在电加热流化床炉中研究了典型垃圾可着火组分挥发分析 出及焦炭燃烧特性，并考察了水分、床温等因素对燃烧的影响，同时还研究了垃 圾中高水分组分的焚烧特点。研究表明聚合物类废弃物挥发分析出质量速率要比 生物质类废弃物快，废弃物的挥发分析出速率要比煤快得多；挥发分析出时间随 床温的升高而近指数降低，水分的增加会延迟挥发分的析出，但可加速焦炭的燃 烧；生物质类废弃物焦炭的表观燃烧速率随直径的增大而减小；高水分组分焚烧 时不产生

22、明显火焰，近似一个水球蒸发，焚烧时间与等效表面积、体积直径成正 比。 在生物质燃烧过程中，因生物质含有较多的水分和碱性金属物质(尤其是农 作物秸秆)，燃烧时易引起积灰结渣损坏燃烧床，还可能发生烧结现象。加拿大 的Ergudenler等17对麦秆气化的烧结现象进行了试验研究，得出除温度外，风量 也对烧结有影响。美国加利福尼亚大学的Salour18对稻草烧结现象进行了研究， 河南科技大学毕业设计（论文） 5 着重分析了灰含量对烧结产生的影响。哈尔滨工业大学的杨励丹研究了稻草、玉 米秆、高粱秆在燃烧时，床料温度、灰含量、停留时间对烧结的影响、停留时间 的影响主要表现在结块的硬度和尺寸上。Sugita

23、等19研究了稻壳灰活性与其煅烧 温度之间的关系以及工程上的可行性，并提出了一种制备高活性稻壳灰的新方法 两段煅烧法，以避免烧结。 1.4 本课题研究的内容 选择有代表性的生物质燃料秸秆、锯末，分别以MnO2，Fe2O3，KMnO4为催 化剂进行燃烧反应，利用初步热失重分析法分析生物质燃料在不同温度下燃烧时， 燃烧前后质量的变化情况，利用热重分析法分析生物质燃料燃烧前后质量随温度 连续变化的情况，利用X射线衍射仪分析催化剂燃烧前后的物相变化。 第 2 章试验材料与方法 河南科技大学毕业设计（论文） 6 2.1 试验材料 2.2.1 样品采集 本试验所选的生物质燃料为锯末、玉米秸秆。锯末采自位于联

24、盟路的木材加 工厂，玉米秸秆采自我市远郊的农田，两种样品均采于 3 月 28 日。 2.2.2 试验仪器 试验所用主要仪器如表 2-1 所示。 表 2-1 仪器 名称厂家 D8 X 射线衍射仪日本进口 热重天平上海天平仪器厂 WRT-3P 型 电子天平赛多利斯科学仪器有限公司 SX2-4-10 型箱式电阻炉沪南电炉烘箱厂 破碎机台湾进口 标准筛上虞市实验仪器厂 2.2.3 试验试剂 试验所用主要试剂如表 2-2 所示。 表 2-2 试剂 名称厂家 MnO2天津市大茂化学试剂厂 Fe2O3天津市东丽区天大化学试剂厂 KMnO4天津市凯通化学试剂有限公司 2.2 试验方法 本试验以锯末、玉米秸秆为

25、生物质燃料，选 MnO2，Fe2O3，KMnO4做催化剂， 河南科技大学毕业设计（论文） 7 分别采用初步热失重分析法、热重分析法及 X 射线衍射分析法对生物质燃料与催 化剂混合燃烧的情况，生物质燃料、催化剂单独燃烧的情况进行了研究分析。 第 3 章 催化氧化燃烧工艺研究 河南科技大学毕业设计（论文） 8 3.1 定性试验 分别以 MnO2、Fe2O3、KMnO4为催化剂，以锯末为生物质燃料，使锯末与三 种催化剂均以质量为 20g/40g 的比例混合均匀，再以 MnO2、Fe2O3、KMnO4为催 化剂，以玉米秸秆为生物质燃料，使玉米秸秆与三种催化剂均以质量为 20g/40g 的比例混合均匀，

26、同时取锯末、玉米秸秆各 20g 作为纯样品。将各均匀混合的样 品及两份纯样品均置于陶瓷盆中，在引发剂的作用下，引发燃烧，试验现象如表 3-1 所示 表 3-1 不同催化条件下的燃烧现象 催化剂试验现象 MnO2自蔓延燃烧，表面温度可达 800左右，持续燃烧约 30min Fe2O3自蔓延燃烧，表面温度可达 700左右，持续燃烧约 30min KMnO4剧烈燃烧，表面温度可达 1000左右，持续燃烧约 5min 无催化剂引发燃烧后，很快熄灭 试验表明：生物质燃料单独燃烧时，其燃烧过程很快就结束，燃烧不充分。 与催化剂混合燃烧时，其燃烧过程能够维持一段时间。以 KMnO4为催化剂时燃 烧剧烈，持续

27、时间不长，说明 KMnO4被分解，释放出氧气，起到助燃的作用。 以 MnO2、Fe2O3为催化剂时，燃烧持续时间较长，说明 MnO2、Fe2O3具有催化 剂的特点，能维持燃料的持续燃烧。 3.2 初步热失重分析 3.2.1 初步热失重分析原理 热失重就是通过对物质加热，使物质逐渐挥发、分解或燃烧，测量它随温度 升高时重量的变化。本试验所说的初步热失重是具体指生物质燃料在一定温度下 燃烧，燃烧后质量减小的一种现象。生物质燃料单独燃烧，以空气为氧化剂，其 燃烧前后质量变化，与催化剂存在的情况下，其燃烧前后质量的变化是不同的。 本试验的初步热失重分析在不同温度下进行，将同一温度下生物质燃料燃烧 前后

28、质量变化的数据，与加入催化剂的条件下生物质燃料燃烧前后质量变化的数 据进行比较。分析同一温度，不同燃烧条件下生物质燃料的热失重数值，通过分 河南科技大学毕业设计（论文） 9 析数据，得出结论。 3.2.2 以 MnO2为催化剂的初步热失重分析 选 MnO2为催化剂，以锯末为生物质燃料，取催化剂与生物质燃料质量比为 2。分 3 个样：(1)锯末，(2)MnO2，(3)锯末、MnO2混合物。分别放入已称重的坩 埚内，600条件下在箱式电阻炉中煅烧 1h。分别称量其煅烧前后总质量。此试 验步骤重复三次，做三组平行试验。采用三组平行试验同时进行的方法，编号为 1、2、3 的坩埚均装生物质燃料，编号为

29、5、6、7 的坩埚均装同一催化剂，编号 为 10、11、12 的坩埚均装生物质燃料与催化剂的混合物。分别将编号 1、5、10，2、6、11 和 3、7、12 的坩埚作为一组。数据如下： 表 3-2 600条件下各坩埚所加填料量 单位(g) 坩埚 编号 123567101112 锯末2.00012.00002.0002-2.00012.00042.0000 MnO2-4.00244.00264.00274.00254.00284.0016 表 3-3 以锯末为燃料 MnO2为催化剂 600煅烧数据 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 138.454536.50591.9

30、486 230.038428.05681.9816 335.798933.92961.8693 528.762828.25440.5084 635.365234.84960.5156 730.417929.96230.4556 表 3-3（续） 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 1038.391735.44582.9459 1129.797926.77443.0235 1234.599331.56103.0383 对锯末、MnO2，600煅烧前后质量变化量之和与混合样煅烧前后质量变化 河南科技大学毕业设计（论文） 10 量进行对比，数据如下： 表 3-4 纯样与混合

31、样质量变化数据对比 坩埚编号变化量(g) 1+52.4570 102.9459 2+62.4972 113.0235 3+72.3249 123.0383 由表 3-4 可以看出加入催化剂与不加催化剂时，生物质燃料燃烧前后质量变 化明显不同，加入催化剂后生物质燃料燃烧前后质量变化大，说明生物质燃料燃 烧的更充分。 再在 900温度条件下按照以上步骤做三组平行试验，试验数据如下： 表 3-5 900条件下各坩埚所加填料量 单位(g) 坩埚 编号 123567101112 锯末2.00011.99992.0001-2.00052.00062.0001 MnO2-4.00004.00004.0004

32、4.00024.00014.0006 表 3-6 以锯末为燃料 MnO2为催化剂 900煅烧数据 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 137.853735.86771.9860 237.974635.99401.9806 表 3-6（续） 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 328.471526.51961.9519 528.758428.12540.6330 635.361634.74330.6183 730.413029.93610.4769 河南科技大学毕业设计（论文） 11 1038.390035.16303.2270 1129.79

33、5126.43733.3578 1234.595431.17173.4237 对锯末、MnO2，900煅烧前后质量变化量之和与混合样煅烧前后质量变化 量进行对比，数据如下： 表 3-7 纯样与混合样质量变化数据对比 坩埚编号变化量(g) 1+52.6190 103.2270 2+62.5989 113.3578 3+72.4288 123.4237 由表 3-7 同样可以看出加入催化剂后生物质燃料燃烧前后质量变化大，说明 加入催化剂使生物质燃料燃烧的更充分。 通过比较表 3-4 与表 3-7 可以看出，在高温下锯末的燃烧相对低温来说更充 分，在本试验所得数据的基础上，可以认为当以 MnO2为催

34、化剂，锯末作为生物 质燃料的情况下，高温下 MnO2的催化性能表现的更明显，生物质燃料燃烧的更 充分。 选 MnO2为催化剂，以玉米秸秆为生物质燃料，取催化剂与生物质燃料质量 比为 2。分 3 个样：(1)秸秆，(2)MnO2 ，(3)秸秆、MnO2混合物。放入已称重的 坩埚内，分别在 200、400、600温度条件下在箱式电阻炉中煅烧 1h。分别 称量其煅烧前后总质量，并记录数据。其中，200下煅烧的坩埚编号为 1、2、3，400下煅烧的坩埚编号为 5、6、7，600下煅烧的坩埚编号为 10、11、12，此步骤不进行平行试验，数据如下： 表 3-8 200下各坩埚所加填料量 坩埚编号123

35、秸秆(g)2.0002-2.0002 MnO2(g)-4.00044.0002 河南科技大学毕业设计（论文） 12 表 3-9 200下以 MnO2为催化剂的煅烧数据 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 133.685532.46591.2196 230.453230.39250.0607 332.769429.77282.9966 表 3-10 400下各坩埚所加填料量 坩埚编号567 秸秆(g)2.0004-2.0001 MnO2(g)-4.00024.0001 表 3-11 400下以 MnO2为催化剂的煅烧数据 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量

36、变化量(g) 527.422125.69121.7309 635.380935.21660.1643 731.813028.94912.8639 表 3-12 600下各坩埚所加填料量 坩埚编号101112 秸秆(g)2.0002-2.0001 MnO2(g)-4.00044.0004 表 3-13 600下以 MnO2为催化剂的煅烧数据 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 1026.661524.83531.8262 1127.814627.30760.5070 1232.485829.610528753 河南科技大学毕业设计（论文） 13 表 3-14 各温度下以

37、 MnO2为催化剂的煅烧数据对比 坩埚编号变化量(g) 1+21.2803 32.9966 5+61.8952 72.8639 10+112.3332 122.8753 由表 3-14 可以看出在低温 200下，煅烧前后生物质燃料的失重量最大，生 物质燃料燃烧的比较充分。在中温 400下，失重量较高温 600时大，生物质 燃料燃烧的也较充分。由本试验所得数据看出，当以 MnO2为催化剂，玉米秸秆 作为生物质燃料的情况下，低温时生物质燃料煅烧前后的失重量变化大。 3.2.3 以 Fe2O3为催化剂的初步热失重分析 选 Fe2O3为催化剂，以锯末为生物质燃料，取催化剂与生物质燃料质量比为 2。分

38、3 个样：(1)锯末，(2)Fe2O3，(3)锯末、Fe2O3混合物。分别放入已称重的坩 埚内，900条件下在箱式电阻炉中煅烧 1h。分别称量其煅烧前后总质量，做三 组平行试验。采用三组平行试验同时进行的方法，编号为 1、2、3 的坩埚均装生 物质燃料，编号为 5、6、7 的坩埚均装同一催化剂，编号为 10、11、12 的坩埚 均装生物质燃料与催化剂的混合物。分别将编号 1、5、10，2、6、11 和 3、7、12 的坩埚作为一组。试验数据如下： 表 3-15 900条件下各坩埚所加填料量 单位(g) 坩埚 编号 123567101112 锯末2.00032.00002.0004-2.0002

39、2.00162.0001 Fe2O3-4.00004.00034.00014.00004.00193.9939 表 3-16 以锯末为燃料 Fe2O3为催化剂 900煅烧数据 河南科技大学毕业设计（论文） 14 对锯末、Fe2O3，900煅烧前后质量变化量之和与混合样煅烧前后质量变化 量进行对比，数据如下： 表 3-17 纯样与混合样质量变化数据对比 坩埚编号变化量（g） 1+52.1073 102.1254 2+62.1058 112.1331 3+72.1093 122.1129 由表 3-17 可以看出催化剂的加入对生物质燃料燃烧过程的影响不是很明显， 加入催化剂后生物质燃料燃烧前后的质

40、量变化只比不加催化剂时生物质燃料的质 量变化稍大一点。再将表 3-17 与表 3-7 中的数据进行比较，在本试验所得数据的 基础上，可以认为同一燃烧温度，当生物质燃料同为锯末的情况下，MnO2作为 催化剂时生物质燃料煅烧前后的失重量大于 Fe2O3作催化剂时的失重量。 选 Fe2O3为催化剂，以玉米秸秆为生物质燃料，取催化剂与生物质燃料质量 比为 2。分 3 个样：(1)秸秆，(2)Fe2O3，(3)秸秆、Fe2O3混合物。放入已称重的坩 埚内，分别在 200、400、600温度条件下在箱式电阻炉中煅烧 1h。分别称 量其煅烧前后总质量，并记录数据。其中，200下煅烧的坩埚编号为 1、2、3，

41、400下煅烧的坩埚编号为 5、6、7，600下煅烧的坩埚编号为 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 126.652224.67381.9784 237.962135.98551.9766 328.474526.49401.9805 529.398629.26970.1289 635.367535.23830.1292 729.789029.66020.1288 1038.433636.30822.1254 1141.535039.40192.1331 1234.603032.49012.1129 河南科技大学毕业设计（论文） 15 10、11、12，此步骤不进行平行试

42、验，数据如下： 表 3-18 200下各坩埚所加填料量 坩埚编号123 秸秆(g)2.0002-2.0002 Fe2O3(g)-4.00044.0007 表 3-19 200下以 Fe2O3为催化剂的煅烧数据 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 126.140924.66971.4712 235.713435.68980.0236 335.594735.35750.2372 表 3-20 400下各坩埚所加填料量 坩埚编号567 秸秆(g)2.0001-2.0003 Fe2O3(g)-4.00014.0006 表 3-21 400下以 Fe2O3为催化剂的煅烧数据 坩

43、埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 529.629527.86381.7657 表 3-21（续） 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 630.885330.82510.0602 732.535730.83901.6967 表 3-22 600下各坩埚所加填料量 坩埚编号101112 秸秆(g)2.0000-2.0004 Fe2O3(g)-4.00014.0003 河南科技大学毕业设计（论文） 16 表 3-23 600下以 Fe2O3为催化剂的煅烧数据 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 1027.251925.40

44、651.8454 1128.932628.83180.1008 1229.834027.93511.9025 表 3-24 各温度下以 Fe2O3为催化剂的煅烧数据对比 坩埚编号变化量(g) 1+21.4948 30.2372 5+61.8259 71.6967 10+111.9462 121.9025 由表 3-24 可以看出在 3 种温度下，加入催化剂后生物质燃料燃烧前后质量的 变化量均不如不加催化剂的情况。据试验过程分析，所用试剂 Fe2O3粉末不如 MnO2粉末松散，不易与生物质燃料均匀混合，在与生物质燃料混合的过程种均 包裹在生物质燃料的表面，低温时体现不出其催化性能。结合表 3-1

45、7，在 Fe2O3 做催化剂，锯末为生物质燃料试验所得数据的基础上，可以认为温度越高， Fe2O3催化性能才会得到体现。 3.2.4 以 KMnO4为催化剂的初步热失重分析 选 KMnO4为催化剂，以锯末为生物质燃料，取催化剂与生物质燃料质量比 为 2。分 3 个样：(1)锯末，(2)KMnO4，(3)锯末、KMnO4混合物。分别放入已称 重的坩埚内，600条件下在箱式电阻炉中煅烧 1h。分别称量其煅烧前后总质量， 做三组平行试验。采用三组平行试验同时进行的方法，编号为 1、2、3 的坩埚均 装生物质燃料，编号为 5、6、7 的坩埚均装同一催化剂，编号为 10、11、12 的 坩埚均装生物质燃

46、料与催化剂的混合物。分别将编号 1、5、10，2、6、11 和 3、7、12 的坩埚作为一组。试验数据如下： 河南科技大学毕业设计（论文） 17 表 3-25 600条件下各坩埚所加填料量 单位(g) 坩埚 编号 123567101112 锯末2.00002.00022.0000-2.00042.00012.0004 KMnO4-4.00054.00024.00054.00054.00004.0004 表 3-26 以锯末为燃料 KMnO4为催化剂 600煅烧数据 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 126.657424.74461.9128 225.810923.8

47、5261.9583 328.478926.53651.9424 529.397328.53200.8653 635.365034.59340.7716 729.788528.90190.8866 1037.670934.84982.8211 1132.442429.58322.8592 1232.755929.87092.8850 对锯末、KMnO4，600煅烧前后质量变化量之和与混合样煅烧前后质量变 化量进行对比，数据如下： 表 3-27 纯样与混合样质量变化数据对比 坩埚编号变化量(g) 1+52.7781 102.8211 2+62.7299 112.8592 3+72.8290 122

48、.8850 由表 3-27 可以看出催化剂的加入有助于生物质燃料的燃烧，使生物质燃料燃 烧的更充分。 河南科技大学毕业设计（论文） 18 再在 900温度条件下按照以上步骤做三组平行试验，试验数据如下： 表 3-28 900条件下各坩埚所加填料量 单位(g) 坩埚 编号 123567101112 锯末2.00042.00052.0000-2.00052.00002.0003 KMnO4-4.00043.99994.00054.00014.00024.0004 表 3-29 以锯末为燃料 KMnO4为催化剂 900煅烧数据 坩埚编号煅烧前总质量(g)煅烧后总质量(g)质量变化量(g) 127.2

49、51925.29931.9526 226.923524.97401.9495 325.808123.91601.8921 531.324930.11341.2115 630.556029.36581.1902 730.168528.96351.2050 1029.890926.32403.5669 1137.483233.91843.5648 1235.390031.82473.5653 对锯末、KMnO4，900煅烧前后质量变化量之和与混合样煅烧前后质量变 化量进行对比，数据如下： 表 3-30 纯样与混合样质量变化数据对比 坩埚编号变化量(g) 1+53.1641 103.5669 2+63.1397 113.5648 3+73.0971 123.5653 由表 3-30 可以看出催化剂的加入有助于生物质燃料的燃烧，使生物质燃料燃 烧的更充分。 河南科技大学毕业设计（论文） 19 比较表 3-30 与表 3-27 可以看出，在高温下锯末的燃烧相对低温来