PDF《农业生物质燃烧特性及燃烧动力学》

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13 1.2试验设备、样品的制备及试验条件 试验采用NETZSCH公司的STA409PC热分析仪,该仪器可进行TG、DTG以及DSC的同步热分析.将各试验样品通 过磨煤机研磨,再经过筛分分离,得到粒度小于200目的试验样品,然后放在恒温干燥箱中,在105℃时干燥2h,取出 放在干燥器皿中冷却后装入密封袋备用.S

1、S

2、S

3、S4及S5分别表示试验样品玉米杆、玉米芯、稻草、龙眼枝及荔 枝条;

S

6、S7及S8分别表示玉米杆、稻草及荔枝条的质量比分别为1:2:

3、2:2:2及3:2:1的混合燃料. 农业生物质燃烧试验采用气氛为空气,气体流量为80mL/min,采用非等温法进行加热,升温速率为20K/min,从室 温升温,终止温度为1173K,试验样品质量约为10mg左右. 1.3可燃特性指数、着火特性指数、燃尽特性指数及综合燃烧特性指数的计算方法 页面

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13 2燃烧反应动力学分析 2.1燃烧机理 生物质的燃烧机理需要分析挥发分的热解析出及着火燃烧和挥发分析出后形成的少量多孔焦炭的燃烧,生物质的热 分解是燃烧必须首先要经历的过程.由于生物质主要是由纤维素、半纤维素及木质素组成3大组分组成,半纤维素及 纤维素在热解过程中主要析出成分是挥发分,而木质素热解主要生成物是碳、少量挥发分及其它物质,而且木材的半 纤维素开始热解温度是423~623K,纤维 素是548~623K,木质素是523~773K[17] ,可知,在本试验中各样品挥发析出的着火温度范围均在文献[17]指出的半纤维素及纤维素热解析出挥发分的温度范 围内.生物质3大组分热分解过程是相互叠加混合在一起的过程,在燃烧前期主要体现的是挥发分的析出着火燃烧过 程,而后期主要体现的是焦炭的生成及其着火燃烧过程,因此,对生物质燃烧机理的分析需要分段进行. 在低温段,生物质半纤维素及纤维素热解析出挥发分的同时在温度及氧气达到了一定程度时挥发分便着火燃烧,挥 发分燃烧释放的热量为后续挥发分的析出及着火提供了条件,同时,生物质析出挥发分之后形成少量多孔状的焦碳, 此时温度还没有达到其着火点,而且在挥发分析出的同时阻碍了氧气向焦炭表面的渗透扩散,所以,前期体现的主要 是生物质挥发分的析出及着火的剧烈燃烧反应;

在此阶段,由于着火燃烧发生在挥发分析出后形成的多孔状颗粒周围 的气体边界层中,是挥发分与氧气混合达到一定浓度及温度时的气相着火燃烧,因此,此阶段是属于典型的均相着火 燃烧模型,反应速度主要由挥发分的析出速度与浓度来决定的.随着温度继续升高,主要是剩余木质素的高温热分解 生成焦炭的量相对较少且跨越温度区间(时间)较长,加之前期纤维素热分解生成的少量焦炭的燃烧生成的灰包裹着 剩余木质素,阻碍了氧气与焦碳的接触,虽然温度达到了焦炭的着火点,但是其燃烧速度相对来说较为缓慢,因此, 生物质燃烧后期主要是少量焦炭的缓慢燃烧过程,此阶段,是固体焦炭与氧气在碳表面接触发生的多相反应,是属于 多相着火燃烧模型[18] ,反应的速度主要决定于氧气的浓度.所以,对生物质的燃烧过程分段进行动力学特性参数的研究是合理的. 2.2动力学的计算方法 生物质燃烧反应动力学参数的计算采用 常用的差减微分法Freeman-Carroll[19-20] 进行求解,该方法是从热重曲线求解动力学参数的方法中较为常用的方法,该方法适用于直接测定因发生质量变化及 其变化率的反应.生物质的燃烧是属于固体分解的失重反应,对于生物质燃烧采用的是非等温热重试验,燃烧反应是 在程序升温速率下进........