培養(yǎng)基使用后即受到污染，只有部分培養(yǎng)基經(jīng)處理后可再利用。我國(guó)食用菌種類多、種植分布廣，產(chǎn)量大，每年會(huì)產(chǎn)生大量廢料，著將這一廢料作為生物質(zhì)能加以利用，符合當(dāng)前我國(guó)節(jié)約型社會(huì)建設(shè)和環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的需要。
本文以蘑菇種植廢棄木屑生物質(zhì)能源化利用為目的，測(cè)定其發(fā)熱量及對(duì)應(yīng)樹(shù)種桉樹(shù)的發(fā)熱量，分析和評(píng)價(jià)作為生物質(zhì)能利用的實(shí)際價(jià)值；研究其燃燒過(guò)程的燃燒特性，為合理確定濕廢料干燥、燃燒工藝等參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)，富通新能源銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型成型機(jī)械設(shè)備專業(yè)壓制木屑等廢棄物。
1材料及方法
1.1試驗(yàn)材料
(1)廢棄培養(yǎng)基料：桉樹(shù)木屑。試驗(yàn)采用A和B兩組試樣，A樣品為未經(jīng)干燥，初含水率43,7%;B樣品經(jīng)過(guò)干燥，絕對(duì)含水率19.8%。
(2)桉樹(shù)木材：C試樣為桉樹(shù)木材，材種：剝皮桉(Eucalyptus Delupta);產(chǎn)地：巴布亞新幾內(nèi)亞，絕對(duì)含水率10.63%。試樣由南京林業(yè)大學(xué)木材學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供。
上述材料在試驗(yàn)時(shí)符合測(cè)試儀器對(duì)試樣要求粒度。
1.2試驗(yàn)方法
1.2.1發(fā)熱量
試驗(yàn)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5186-85關(guān)于生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測(cè)試方法和要求進(jìn)行。采用SXHW-2型數(shù)顯恒溫式量熱儀，使原料在過(guò)量氧氣中充分燃燒，測(cè)量單位重量試樣的低位發(fā)熱量。
1.2.2熱重分析
利用熱重分析技術(shù)，在動(dòng)態(tài)升溫條件下使試樣發(fā)生高溫?zé)峤�，�?zhǔn)確測(cè)量其在熱解過(guò)程中重量的變化及變化速率。通過(guò)TG和DTG曲線，對(duì)物料在加熱和熱解過(guò)程的特性進(jìn)行研究，以掌握木屑在熱解過(guò)程的各個(gè)反應(yīng)階段，為廢木屑生物質(zhì)能源利用，確定干燥、熱解等工藝參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。
試驗(yàn)儀器采用WCT-2A型微機(jī)差熱天平。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器每隔一段時(shí)間自動(dòng)采集試樣重量數(shù)據(jù)，并生成試樣重量隨時(shí)間變化曲線(TG)，并由TG曲線微分得到反映失重變化率的DTG曲線。
試驗(yàn)基本參數(shù)為：起始溫度室溫(分別為23℃和34℃)，采樣時(shí)間間隔1000ms，升溫速率10℃/min，終值溫度：800℃。
1.2.3成分分析
參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB212-91煤的工業(yè)分析方法，對(duì)蘑菇種植廢棄木屑進(jìn)行工業(yè)分析。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1發(fā)熱量
表1為廢木屑和桉樹(shù)木材發(fā)熱量的實(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果與常規(guī)燃料煙煤發(fā)熱量的比較。數(shù)據(jù)表明：廢棄木屑仍然具有較高的發(fā)熱量。與對(duì)比桉木的發(fā)熱量幾乎相當(dāng)，接近常規(guī)燃料煙煤的發(fā)熱量。
2 2元素與工業(yè)分析
由表2所示，廢棄木屑的含水率和揮發(fā)分含量均較高，分別為80.17%和76.81%，而灰分僅占3.32%。其元素組成見(jiàn)表3。
3.3熱解特性
廢木屑試樣和桉樹(shù)木材熱解過(guò)程的重量變化情況分別如圖1、2和表4、表5所示。TG和DTG曲線分別反映了整個(gè)加熱熱解過(guò)程中試樣失重量及相應(yīng)的失重率。
3.3.1熱解過(guò)程分析
圖1為未經(jīng)干燥處理廢木屑熱解過(guò)程的失重情況。表4和表5所列數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)圖1和圖2中桉樹(shù)潮濕和絕干廢木屑熱解TG曲線上的特征點(diǎn)，表中特征點(diǎn)
2-6的失重與比例均以點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)。
圖l中TG與DTG曲線曲線顯示：濕木屑熱解過(guò)程表現(xiàn)出生物質(zhì)熱解明顯的典型三段式：即加熱與水分蒸發(fā)階段（1～2區(qū)段）、揮發(fā)物析出熱解階段(2～4區(qū)段)和固定碳燃燒階段(4～5區(qū)段）。
由圖1中曲線可知：
(1)干燥段溫度范圍：室溫～100℃，最大干燥速率（或失重率）發(fā)生在溫度80℃（即曲線上2點(diǎn)）。
(2)揮發(fā)分釋放明顯分為三個(gè)階段，100℃～238℃、238℃—320℃和320℃～360℃。在100℃～238℃溫度范圍內(nèi)揮發(fā)分釋放，但速率較小。揮發(fā)速率較高的溫度區(qū)間為238C—360℃，最大揮發(fā)分的揮發(fā)速率發(fā)生在溫度320'C。
桉樹(shù)的主要構(gòu)成物質(zhì)是半纖維素、纖維素、木質(zhì)素等高聚合物和揮發(fā)性的桉葉油等抽提物，這些物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)各不相同，因此，在熱解過(guò)程中的反應(yīng)進(jìn)程大不相同。
第一揮發(fā)階段。溫度從100℃（曲線2點(diǎn)）開(kāi)始直到238℃（3點(diǎn)），試樣按較低的失重速率緩慢地失重。這一失重不可能是由水分蒸發(fā)造成的，因?yàn)閺U木屑呈散碎狀，水分主要以自由水的形式存在于細(xì)胞腔和顆粒之間，即使是細(xì)胞壁中的吸附水也因試樣顆粒直徑較小，熱量傳導(dǎo)迅速，水蒸汽移動(dòng)、蒸發(fā)通道暢通，故易干燥。因此，筆者認(rèn)為：這是因桉樹(shù)中含有易揮發(fā)的桉葉油等抽提物的揮發(fā)所致。實(shí)際上，即使是在溫度更低的干燥階段就有可能使部分桉葉油揮發(fā)。
第二揮發(fā)階段(238℃～320℃)：因桉樹(shù)木屑中半纖維素最不穩(wěn)定，因此在238℃～320℃溫度下，半纖維素首先分解。當(dāng)溫度達(dá)到238℃（即3點(diǎn)）時(shí)，揮發(fā)分開(kāi)始大量穩(wěn)定地析出，并延續(xù)到4點(diǎn)（溫度為320℃）。
第三揮發(fā)階段(320℃—360℃)：當(dāng)溫度達(dá)到320℃時(shí)，在DTG曲線上存在一個(gè)失重波峰，這說(shuō)明纖維素開(kāi)始熱解。因此，320℃～360℃溫度范圍為纖維素分解階段。半纖維素和纖維素分解后均以揮發(fā)性物質(zhì)釋放。
(3)因木質(zhì)素性質(zhì)較為穩(wěn)定，當(dāng)溫度達(dá)到360℃以上，木質(zhì)素緩慢碳化，均勻熱解，并形成少量灰分，表現(xiàn)為試樣重量平緩地減小。
圖2為絕干條件下廢木屑的TG與DTG曲線。濕木屑的熱解失重的規(guī)律與與結(jié)論與圖2中TG與DTG相一致。
對(duì)于上述各熱解階段，并非是某一物質(zhì)絕對(duì)地在上述分析中的特定溫度下才會(huì)發(fā)生，而是多種物質(zhì)熱解同時(shí)發(fā)生，只不過(guò)是在一定溫度范圍內(nèi)某一物質(zhì)的熱解占主導(dǎo)。從嚴(yán)格意義上，某一揮發(fā)階段是由若干種物質(zhì)揮發(fā)疊加的。
上述分析結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)關(guān)于半纖維素、纖維素和木質(zhì)素?zé)峤庋芯康慕Y(jié)論基本吻合，但在熱解熱解過(guò)程中各種物質(zhì)組分的熱解溫度范圍存在一定的差異。筆者認(rèn)為：這是因樹(shù)種和立地條件的不同，構(gòu)成木材的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和抽提物等物質(zhì)組成及比例的差異而造成的。
3.3.2著火特性
在DTG曲線上迅速失重的開(kāi)始點(diǎn)即為著火點(diǎn)，對(duì)應(yīng)此處的溫度即為其著火溫度。由圖1和圖2可見(jiàn)：桉樹(shù)木屑的著火溫度約在238℃。與煤相比較，桉木廢木屑的著火溫度較低，這是因其內(nèi)含有大量的揮發(fā)性物質(zhì)。
3.3.3燃燼特性
表2和3中成分分析數(shù)據(jù)表明，桉樹(shù)廢木屑中揮發(fā)分和碳元素分別占其絕干重量的76.81%和45.06%，因此，在燃燒階段，揮發(fā)分處于燃燒的前期，且其燃燒強(qiáng)度相對(duì)于后期固定碳的燃燒較高些。而后期固定碳的燃燒仍然具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。
由圖l和2中TG曲線可知：在廢木屑的發(fā)熱量中，約有2/3和l／3分別是由揮發(fā)分和固定碳產(chǎn)生的。釋放的揮發(fā)分起到良好的助燃作用，故不僅著火溫度較低，同時(shí)有助于充分燃燒，最終灰分僅為3.32%。
3結(jié)論
(1)蘑菇種植廢棄的木屑仍然保持著較高的發(fā)熱量，達(dá)17517KJ/Kg，接近桉樹(shù)木材和常規(guī)燃料煙煤的發(fā)熱量，可作為燃煤的替代燃料來(lái)使用，具有作為生物質(zhì)進(jìn)行能源利用的價(jià)值。
(2)廢木屑中揮發(fā)分含量高達(dá)76.81%，著火溫度低，易燃燒，且充分。因灰分少(3.32%)，含硫量(0.08%)、氮量(1.66%)極低，故燃燒生成物對(duì)環(huán)境污染的程度遠(yuǎn)比化石類燃料低。
(3)木屑中揮發(fā)分在100℃～238℃溫度范圍揮發(fā)速率較低，而在238℃—360℃條件下釋放速率較高，這為合理地確定干燥工藝參數(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。
(4)研究了廢木屑整個(gè)燃燒過(guò)程特性，也為確定燃燒工藝條件提供了依據(jù)。
(5)生物質(zhì)燃料物質(zhì)組成復(fù)雜、成分差異大，不同于單一物質(zhì)的熱解特性，因此，表現(xiàn)在特征參數(shù)上不是一個(gè)固定的數(shù)值（范圍），如各種生物質(zhì)的熱解起始溫度。
