植物热值及环境问题研究

金玲

（朝阳市环境监测站 辽宁朝阳 122000）

植物热值及环境问题研究

金玲

（朝阳市环境监测站 辽宁朝阳 122000）

本文通过对植物热值的测定，比较拂子茅和羊草两种茎和叶热值的差别，并根据不同的比例与煤混合，测得其混合后的热值数据，确定植物各部位与煤混合的最佳比例，并找出最佳生物质与煤混燃比例，从而减少对环境造成的污染。

植物热值 与煤混燃 混燃比例 生物质能

1 引言

植物热值是指植物单位重量干物质在完全燃烧后所释放出来的热量,对热值测定可以了解植物固定太阳能的能力以及能量的储存。植物热值受环境的影响,也随植物种类,植物部位,物候期,年龄,光照,土壤类型以及物质成分的不同而变化,所以植物热值的差异也是植物本身的重要特征。实验利用氧弹式热量计测定植物热值,了解植物不同组织热值的差异。

2 实验部分

2.1 实验材料

拂子茅（calamagrostis epigejos）、羊草（Guinea grass）。

2.2 实验器材

3 测定原理

把定量的试样在充氧的弹筒中燃烧,氧弹预先要放在一个盛有足够浸没氧弹的水的容器中,由燃烧后水温的升高计算试样的发热量。发热量是指每单位重量的干燥植物样品,在完全燃烧时所产生的热量,通常用KJ/g表示。在测定过程中试样燃烧放出的热量不仅被水吸收,而氧弹本身、水筒以及插在水筒中供搅拌用的搅拌器和测量用的温度计都吸收一定的热量,为了解决量热系统中其它因素对热值测定的影响,则需用已知发热量的基准物一般用苯甲酸来标定量热系统温度每升高1℃所需的热量,这个热量称为仪器的热容量或水当量。水当量会随测定环境的温度和量热系统中条件的变化而改变,因此仪器的热容量要根据测定条件的变化定期进行标定。

4 测定方法

4.1 样品压片

压片前先检查压片用的钢模是否干净,否则应进行清洗并使其干燥,称0.7g苯甲酸,用分析天平准确称量一段点火丝的质量,将铁丝装在钢模的底板内,然后将钢模底板装进模子中,从上面倒入已经称好的苯甲酸样品,缓慢拧紧压片机的螺杆,直到样品压成片状为止。将压好的苯甲酸用擦镜纸包裹,用称好的棉线缠绕擦镜纸。

4.2 装置氧弹

拧开氧弹盖,将氧弹内壁擦干净,挂上金属小杯,小心的将包裹好的苯甲酸用点火丝紧绕在电极的下端。旋紧氧弹盖,用万用表检查两电极是否通路。若通路则充氧半分钟,放入水桶中检查气密性。

4.3 燃烧和测量温度

将充好氧气的氧弹用导线与点火器相连,将氧弹放入盛有3000mL的水桶中,装好搅拌马达,盖好盖子,将已调好的贝克曼温度计插入水中。打开电脑的燃烧热测定实验数据采集系统,点开始实验,然后按照提示一步一步操作,计算机提示点火时,按仪器控制面板上的点火键。点火器上指示灯熄灭后,温度迅速上升,表明氧弹内样品已经燃烧。从关闭点火开关后,读书改为每隔30s一次,约一分钟内温度上升,当温度上升到最高点时,读书可每隔一分钟一次,继续记录温度10分钟。实验停止后,小心取下贝克曼温度计,取出氧弹,用万用表插头插入氧弹进气口,排除废气,查看燃烧情况。称量剩余的燃烧丝。打开数据处理系统,输入低温时间拐点和高温时间拐点,得到ΔT,输入水当量和剩余燃烧丝、棉线的质量直接得到W卡：

式（1）中：W卡为量热计的水当量；m为苯甲酸的质量（g）；QV为苯甲酸的燃烧热；Q点火丝为点火丝的燃烧热；m点火丝为烧掉的点火丝的质量；Q棉线 为棉线的燃烧热；m棉线为棉线的质量；ΔT为样品燃烧前后量热计温度的变化值。

取干燥的植物样品约0.7克,用同样的方法测得羊草茎和叶的热值,并按5%、10%、20%、50%的比列与煤混合,测得混合后的热值。样品的燃烧热值的关系式如下：

式（2）中：QV为待测物质的燃烧热W卡为量热计的水当量；m为待测物质的质量（g）；Q点火丝为点火丝的燃烧热；m点火丝为烧掉的点火丝的质量；Q棉线 为棉线的燃烧热；m棉线为棉线的质量；ΔT为样品燃烧前后量热计温度的变化值。

表1 实验器材

表2 植物的热值（KJ/g）

表3 植物与煤混燃的热值（KJ/g）

5 结果分析

5.1 植物不同部位热值的比较

因含能物质在各器官的分配不同,所以同一植物不同器官的热值也存在着差异表2所示。

5.2 植物不同部位与煤混合燃烧时热值的比较

实验主要测定了植物叶和茎的热值,根据植物不同部位与煤混合燃烧时的热值,从而确定草样的不同部位与煤燃烧的最佳混合比例。实验设计了四个混合比例,分别为5%、10%、20%、50%表3所示。

5.3 结论

结果表明：拂子茅茎的热值＞拂子茅叶的热值；羊草茎的热值＞羊草叶的热值；拂子茅与煤在10%时混合比例最佳；羊草与煤在5%时混合比例最佳。

5.4 讨论

植物热值的研究主要涉及到植物能量的固定、转化、利用效率及草地生产力和牧草质量、饲用价值等各方面, 无论在理论和生产实践上均有重要意义。植物与煤混燃可以减少CO2温室气体的排放量,这是由于植物在燃烧过程中排放出的CO2等于其生长过程中所吸收的量, 故植物燃烧对CO2的净排放量为零。由于植物没有腐烂而是进行燃烧处理,则减少了CH4等温室气体的排放。加入植物与煤共燃能够降低氮氧化物的排放浓度,这主要是由于植物中本身氮的含量就比煤少,二者混合燃烧后排放的氮氧化物的浓度就低。通过将生物质与煤共燃能够有效降低SO2的排放量,减排的效果因共燃生物质和煤种S含量的不同而不同。

煤炭是不可再生的化石能源,其过度消耗和燃烧引发的环境污染已引起世界各国的关注。生物质能因其来源广、低污染、CO2零排放量及可再生等优点而倍受世界各国的重视。充分开发生物质资源,进行生物质与煤共燃的研究对于解决我国能源问题具有重要的作用,找出最佳植物的热值来降低煤炭燃烧对环境造成的影响。

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