CN110308173B - 一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，属生物质的自燃倾向性的定性与分类的技术领域；通过测定生物质堆所在环境的风速、温度和自身粒径、挥发分含量、碳含量、氢含量、水分含量以及强氧化剂自热升温速率，计算危险指数，对比危险等级表，综合评价生物质堆自燃倾向性；该测定方法综合考虑生物质堆组成成分和环境因素，能够直观的反映不同种类和不同环境下的生物质自燃倾向性，可以对生物质储存场的防灭火工作提供理论支持，同时，提高了生物质堆自燃倾向性的测定准确度，操作过程简单，分类标准统一。

Description

一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法
技术领域
本发明涉及生物质的自燃倾向性定性分析技术领域，尤其涉及一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法。
背景技术
随着化石能源渐趋枯竭、全球变暖、环境恶化，人们越来越关注于使用新型能源生物质来替代常规能源。目前，国内生物质大多用于电厂等行业，由于生物质本身的季节性和低密度性，导致生物质需要大量的储存，以方便长期使用。但是，生物质本身具有自加热特性，当生物质堆内的热量难以向环境扩散时，温度逐渐升高，在一定条件下发生火灾。其中，影响因素有：组成成分、所处环境和水分含量等。因此，研究生物质自燃倾向性的测定方法对于生物质防灭火工作具有极其重要的意义。
目前，生物质堆自燃倾向性的测定方法主要有绝热氧化法、高温活化能法、色谱吸氧法、程序升温氧化过程中的吸氧量，即在生物质储存场提取部分生物质进行实验。其中，绝热氧化法测试条件较严格；高温活化能法反映的是生物质在较高温度下的氧化自燃特性，未能反映低温氧化阶段的氧化自燃过程；色谱吸氧法测定生物质物理吸附氧气的特性，而生物质的吸附特性与其种类、孔隙构造有关，这很难完全反映出生物质的自热氧化特性。程序升温氧化过程中的吸氧量，通过对生物质样的被动加热，很难完全真实的反映生物质的自燃倾向性。
现在关于生物质堆自燃倾向性的测定方法均是提取生物质样品进行实验，而生物质自燃倾向性往往与所处环境有关，因此实验方法不全面，没有考虑到生物质的实际环境。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，提供一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，目的是通过综合考虑生物质堆组成成分和环境因素，能够直观的反映不同种类和不同环境下的生物质自燃倾向性，提高生物质堆自燃倾向性测定准确度。
本发明是通过如下技术方案实现的。
一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，具体包括以下步骤：
a）测量环境条件参数：在生物质储存场使用仪器测量场地风量V，场地生物质最大粒径B1和最小粒径B2，场地温度K。
b）生物质样品处理：将生物质样品破碎，筛选出粒径为0.125-0.15mm的生物质样，对其进行真空干燥，处理后的生物质样作为实验样品。
c）测定所述实验样品中的挥发分A、水分M、碳含量C、氢含量H。
d）取定量的所述实验样品，放入恒温仪器进行预热到温度t，所述t为50-60℃，再使用酸性溶剂酸化后密封备用。
e）将酸性强氧化剂加入到酸化后的样品中，测量所述实验样品从t上升到t+10℃所用时间T，计算平均升温速率Y=10/T。
f）将计算得到的各参数代入下列公式进行计算，得到生物质自燃倾向性危险指数I值；I=［(A+C+H)*100-｜M-0.15｜*100-｜V-30｜-(B1-B2) +(K-25)］*Y/100，式中：
A为挥发分含量，%；C为元素碳含量，%；H为元素氢含量，%；M为水分含量，%；V为风速，ml/min；B1为生物质最大粒径，mm；B2为生物质最小粒径，mm；K为场地温度，℃；Y为平均升温速率，℃/min；0.15为水分指数因子；30为风量指数因子；25为温度指数因子。
g）根据危险指数I值，对比评价危险等级确定自燃危险性；所述的评价危险等级为I≥2表示一级风险大；2＞I＞1表示二级有一定风险；I≤1表示三级风险小。
优选的，所述的步骤b生物质样品处理是选取新鲜的生物质，在常温常压氮气保护气下进行破碎。
更优的，所述的步骤b生物质样品处理是选取新鲜的生物质，将其表层去掉之后在常温常压氮气保护气下进行破碎。
优选的，所述步骤c中采用工业分析仪和元素分析仪进行测定。
优选的，所述步骤d中的酸性溶剂为稀硫酸。
优选的，所述步骤e中的酸性强氧化剂为高锰酸钾。
优选的，所述步骤e中使用数字测温仪测量所述实验样品的温度。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
1、本发明使用工业分析仪和元素分析仪等进行测量，操作步骤简单、快速，提高测试效率。
2、本发明在保温容器中进行测试，有效的避免了反应过程中热量散失对测试结果的影响，提高了方法的准确性，具有测定误差小，可靠性高的有优点。
3、本发明采用危险指数作为生物质自然倾向性指标，危险指数越大，表明生物质越容易氧化，自燃倾向性越强，分类标准统一，使用时间较短。
4、本发明综合考虑生物质堆所处环境、组成成分和水分含量，在多种因素下考虑生物质堆的自燃倾向性，为生物质堆自燃倾向性的测试提供了一种新的测试手段。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
一种基于危险指数分析的秸秆颗粒生物质堆自燃倾向性测定方法，具体包括以下步骤：
1）在秸秆颗粒生物质储存现场，使用风量测定仪测量储存现场的风量V为25ml/min ；秸秆颗粒最大粒径B1为20mm、最小粒径B2为5mm，场地温度K为20℃。
2）在现场选取新鲜的秸秆颗粒生物质用小刀去其表层，在常温常压氮气保护气下进行破碎，筛选出粒径为0.125mm~0.15mm粒径的秸秆颗粒，对其进行真空干燥，处理后作为实验样品。
3）取5g的实验样品，分别放置工业分析仪和元素分析仪中测量样品的挥发分A为71.1%、水分M为1.94%、碳含量C为30.86%、氢含量H为2.24%。
4）重新取5g的实验样品，放入恒温仪器，预热至60℃，使用稀硫酸溶剂酸化，并密封备用。
5）将酸性强氧化剂高锰酸钾，加入到酸化后的实验样品中，使用数字测温仪测量溶液温度，记录高锰酸钾从60℃上升到70℃所用时间为6min，计算平均升温速率Y=1.67℃/min。
6）将计算得到的各参数代入公式进行计算，
I=［( A+C+H)*100-｜M-0.15｜*100-｜V-30｜-(B1-B2) +(K-25)］*Y/100得到I=1.02；对比危险等级表可知秸秆颗粒生物质堆有自燃风险。
实施例2
一种基于危险指数分析的松木颗粒生物质堆自燃倾向性测定方法，具体包括以下步骤：
1）在松木颗粒生物质制造工厂的储存车间，使用相关仪器测量车间内风量V为10ml/min，测生物质颗粒最大粒径B1为15mm、B2为最小粒径3mm，温度K为20℃。
2）在车间选取新鲜的松木颗粒生物质去其表层，在常温常压氮气保护气下进行破碎，筛选出粒径为0.125mm~0.15mm粒径的生物质样，对其进行真空干燥，处理后的生物质样作为实验样品。
3）取10g的实验样品，分别放置工业分析仪和元素分析仪中测量样品的挥发分A为73.34%、M为水分3.86%、碳含量C为45.83%、氢含量H为4.94%。
4）重新取10g的实验样品，放入恒温仪器，预热至55℃，使用稀硫酸溶剂酸化，并密封备用。
5）将酸性强氧化剂高锰酸钾，加入到酸化后的实验样品，使用数字测温仪测量溶液温度，记录溶液从55℃上升到65℃所用时间为10min，计算平均升温速率Y=1℃/min。
6）将计算得到的各参数代入公式进行计算，
I=［( A+C+H)*100-｜M-0.15｜*100-｜V-30｜-(B1-B2) +(K-25)］*Y/100得到I=0.76。对比危险等级表可知松木颗粒生物质制造工厂储存车间的生物质堆自燃风险小。
实施例3
一种基于危险指数分析的稻糠颗粒生物质堆自燃倾向性测定方法，具体包括以下步骤：
1）在稻糠生物质气化工厂户外稻糠生物质堆储存处，使用相关仪器测量车间内风量V为33ml/min，测生物质颗粒最大粒径B1为6mm、最小粒径B2为3mm，温度K为30℃。
2）在稻糠生物质堆储存处选取新鲜的稻糠，在常温常压氮气保护气下进行破碎，筛选出粒径为0.125mm~0.15mm粒径的稻糠样品，对其进行真空干燥，处理后的稻糠样作为实验样品。
3）取5g的实验样品，分别放置工业分析仪和元素分析仪中测量样品的挥发分A为72.04%、水分M为12.14%、碳含量C为44.57%、氢含量H为2.13%。
4）重新取5g的实验样品，，放入恒温仪器，预热至50℃，使用稀硫酸溶剂酸化，并密封备用.
5）将酸性强氧化剂高锰酸钾，加入到酸化后的实验样品，使用数字测温仪测量溶液温度，记录溶液从50℃上升到60℃所用时间为7min，计算平均升温速率Y=1.42℃/min。
6）将计算得到的各参数代入公式进行计算，
I=［( A+C+H)*100-｜M-0.15｜*100-｜V-30｜-(B1-B2) +(K-25)］*Y/100得到I=1.63。对比危险等级表可知生物质气化工厂户外生物质堆储存处生物质堆有自燃风险。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (7)

1.一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
a）测量环境条件参数：在生物质储存场使用仪器测量场地风量V，场地生物质最大粒径B1和最小粒径B2，场地温度K；
b）生物质样品处理：将生物质样品破碎，筛选出粒径为0.125-0.15mm的生物质样，对其进行真空干燥，处理后的生物质样作为实验样品；
c）测定所述实验样品中的挥发分A、水分M、碳含量C、氢含量H；
d）取定量的所述实验样品，放入恒温仪器进行预热到温度t，所述t为50-60℃，再使用酸性溶剂酸化后密封备用；
e）将酸性强氧化剂加入到酸化后的样品中，测量所述实验样品从t上升到t+10℃所用时间T，计算平均升温速率Y=10/T；
f）将计算得到的各参数代入下列公式进行计算，得到生物质自燃倾向性危险指数I值；
I=［(A+C+H)*100-｜M-0.15｜*100-｜V-30｜-(B1-B2) +(K-25)］*Y/100
式中：
A为挥发分含量，%；C为元素碳含量，%；H为元素氢含量，%；M为水分含量，%；V为风速，ml/min；B1为生物质最大粒径，mm；B2为生物质最小粒径，mm；K为场地温度，℃；Y为平均升温速率，℃/min；0.15为水分指数因子；30为风量指数因子；25为温度指数因子；
g）根据危险指数I值，对比评价危险等级确定自燃危险性；所述的评价危险等级为I≥2表示一级风险大；2＞I＞1表示二级有一定风险；I≤1表示三级风险小。
2.根据权利要求1所述的一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，其特征在于，所述的步骤b生物质样品处理是选取新鲜的生物质，在常温常压氮气保护气下进行破碎。
3.根据权利要求2所述的一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，其特征在于，所述的步骤b生物质样品处理是选取新鲜的生物质，将其表层去掉之后在常温常压氮气保护气下进行破碎。
4.根据权利要求1所述的一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，其特征在于，所述步骤c中采用工业分析仪和元素分析仪进行测定。
5.根据权利要求1所述的一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，其特征在于，所述步骤d中的酸性溶剂为稀硫酸。
6.根据权利要求1所述的一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，其特征在于，所述步骤e中的酸性强氧化剂为高锰酸钾。
7.根据权利要求1所述的一种基于危险指数分析的生物质堆自燃倾向性测定方法，其特征在于，所述步骤e中使用数字测温仪测量所述实验样品的温度。
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