PDF《农业生物质燃烧特性及燃烧动力学》

农业生物质燃烧特性及燃烧动力学 田红,廖正祝 (广东石油化工学院机电工程学院,茂名525000) 摘要:为了充分燃烧利用农业生物质,采用TG-DTG-DSC(thermogravimetric-differential thermogravimetric-differential scanning calorimetry)联用技术对玉米杆、玉米芯、稻草、龙眼枝、荔枝条及其混合燃料进行了热重试验,考察了其 可燃特性、着火特性、燃尽特性及综合燃烧特性,计算了燃烧动力学参数.

结果表明,玉米杆及玉米芯燃烧前期DT G曲线分别出现

2、3个峰值,而稻草、龙眼枝及荔枝条燃烧前期DTG曲线均只出现一个峰值;

玉米杆及稻草燃烧中后 期出现DSC曲线的吸热峰;

玉米杆的可燃特性指数及着火特性指数均最大,且着火温度最低,荔枝条的燃尽特性指数 最大,玉米芯的综合燃烧特性最好;

低温阶段反应级数约为1.0~1.2,高温阶段反应级数约为0.5~0.8,低温阶段活化 能大于高温阶段的活化能;

生物质燃烧前期属于均相着火,后期属于多相着火.秸秆类生物质纯烧的后期稳定性较差 ,在木质类生物质中适当加入秸秆类生物质有利于混合燃料的前期燃烧,研究结果可为农业生物质的燃烧利用提供指 导. 0引言 生物质是世界上第四大能源,其储量非常丰富且可再生.生物质生长时吸收二氧化碳,在燃烧时释放出二氧化碳, 因此,生物质燃烧利用时对环境几乎没有污染,而且还可以减轻因燃烧化石燃料对环境的污染,同时,对于缓解能源 危机,增加农民收入,促进社会和谐发展具有重要意义.生物质的燃烧利用主要是指农业秸秆、林业及其废弃物的燃 烧利用.生物质主要由纤维素、半纤维素及木质素组成[1] ,各组分的含量对生物质的燃烧有很大的影响,而生物质燃烧是从其热分解开始的,其中纤维素及半纤维素热分解后 主要产物是挥发分,而木质素热解后主要产物是焦炭[2-3] ,而且纤维素及半纤维素较木质素更易热分解,因此,生物质的燃烧是一个非常复杂的过程. 文献[4]对秸秆、稻草、玉米杆、玉米芯成分分析显示,纤维素含量最多,半纤维素次之,木质素最少,同时指出 ,半纤维素最容易热解,纤维素较难热解,木质素最难热解而且持续的时间最长,半纤维素、纤维素热裂解后主要生 成挥发物,而木质素热分解后主要生成碳.文献[5]研究指出,玉米芯的纤维素及半纤维素含量相对较高,同时半纤 维及素纤维素更易热解,因此玉米芯燃烧时挥发分更容易析出着火.文献[6]研究指出,DTG曲线出现肩状峰可能是 半纤维素及纤维素含量较低的结果,同时指出芦苇的热解稳定性较芒属的高.文献[7]对生物质挥发分析出和焦炭燃 烧分段进行观活化能和频率因子的动力学研究指出,木屑燃烧特性优于玉米杆与木屑的混合燃料特性,同时指出纤维 素结构含量对生物质的着火及燃尽特性有较大的影响.文献[8]对生物质燃料的物理品质及成型机理进行过研究. 文献[9]研究指出,农作物秸秆活化能随升温速率的增加而降低,而燃烧特性指数随升温速率的增大而增大.文献[ 10]研究指出,玉米秸秆的致密成型燃料燃烧过程可分为水分失去,挥发分的析出及着火燃烧以及固定碳的燃烧.文献[11]将生物质与污泥的混合燃料进行混烧研究指出,燃料着火点较低,燃烧性能较好,可以作为替代燃料使用.文献[12]研究指出,对生物质颗粒燃料的软化温度越高则其越容易结渣,碱土金属含量越高,则结渣性能越低. 众多文献对生物质燃烧特性进行过研究,但是,对于生物质在各个燃烧阶段活化能变化的解释还不够完全,对秸秆 类与木质类生物质的混烧特性也鲜有研究,同时,为了更有效地燃烧利用农业生物质,本文采用TG-DTG-DSC联用 技术对常见的农业生物质玉米杆、玉米芯、稻草、龙眼枝以及荔枝条及其混合燃料进行了燃烧特性试验及其动力学研 究,以期得出其燃烧特性,为农业生物质的大规模燃烧利用提供理论指导. 1材料与方法 1.1试验材料 试验所用燃料为广东粤西茂名地区的不同农业生物质,玉米芯、玉米杆、稻草、龙眼枝以及荔枝条.燃料的工业分 析及元素分析如表1所示. 页面