分析生物质燃烧模式

对于一种给定的固体燃料, 其燃烧动力学路径可采用微分热重( DTG) 技术进行分析, 将燃料分别在惰性气氛和含氧气氛中进行微分热重分析得到相应的微分热重曲线I- DTG 和O- DTG, 为方便分析, 假设燃料在惰性气氛中热解时仅出现1 个峰, 当燃料在氧化气氛中进行微分热重分析时可能出现以下3 种情第 1期 闵凡飞等: 生物质燃烧模式及燃烧特性的研究 105况( 图1 ( b) ) : 1 O- DTG 曲线表现为2 个峰, 第1 个峰为O1, 它完全与I- DTG 峰重合, 第2 个峰为O2, 它是固定碳的燃烧峰. 这种模式是典型的A+ B 路径. 对于这种模式燃料的热解速度比其多相氧化速度快, 氧化气氛对其影响可以忽略. o O- DTG 曲线表现为一个大的单峰, 先于I- DTG 峰出现, 只是在形状上不同, 这是典型的C 路径. 对于这种模式燃料的燃烧速度比其热解速度快. ? O- DTG 曲线表现为2 个峰, 分别表示为O1和O2, 其中O1先于I- DTG 峰出现只是在形状上不同, O2在高温区出现是固定碳的图2 两种生物质燃烧与热解DTG 曲线Fig12 DTG curves of combustion and pyrolysis of two kinds of biomass燃烧峰, 这是一种介于A+ B 路径和C 路径之间的一种燃烧路径. 这种模式是纯热解和多相氧化的综合效果,在这种模式下燃料的多相氧化有利于化学键的断开和挥发分的产生[ 6]. 根据以上分析, 为了确定两种生物质的燃烧模式, 在氮气和氧气气氛下分别对两种生物质进行了TG- DTG 分析,实验结果如图2 所示.由图2 可看出, 小麦秸秆是典型的第2 种燃烧模式, 即挥发分和固定碳的同时多相氧化燃烧. 而玉米芯的燃烧是3 种模式, 是介于A+
B 和C 路径之间的一种燃烧模式. 由此得出, 不同的生物质在燃烧模式上是有所不同的, 对不同的生物质的燃烧特性应分别研究, 不能一概而论.
212 生物质燃烧特性的研究
( 1) 生物质燃烧特性的热分析表征 生物质燃烧过程主要包括水分蒸发、挥发分释放以及挥发分和固定碳的燃烧等, 根据生物质的燃烧过程, 在生物质的燃烧特性曲线上定义了以下几个重要的特征参数( 图3) : TG 曲线中3 个失重阶段依次为脱水、挥发分释放及燃烧和固定碳的燃烧; T1为脱水速率最大时对应
的温度; T2为生物质的着火温度, 有2 种定义法: 一种采用DTA 燃烧放热峰左侧切线与其基线的交点对应的温度( 外推法) , 本文提出另一种方法( 图3 ( b) ) 在温度曲线T 上将温度曲线首次出现峰的起始点定义为着火点, 采用这种方法定义生物质的着火温度准确、直观、易于接受, 因为当生物质着火时开始放出大量热, 从而使得温度曲线不再按照程序升温而变化, 出现了温度升高突变而产生了向上的峰; T3, T4分别为生物质挥发分和固定碳燃烧速率最大时对应的温度; T5为燃尽温度, 对应于TG 和DTG 曲线不再有质量变化; $T1, $T2分别为生物质挥发分和固定碳燃烧放热时与参比物间的最大温度差, 对应于生物质
燃烧DTA 曲线峰顶值, 它反映了燃烧反应放热量的大小和剧烈程度; V1为水分蒸发最大速率, V2, V3分别为生物质挥发分和固定碳最大燃烧速率, 分别对应于DTG 曲线上各自峰顶值.图3 生物质燃烧曲线特征参数Fig13 Combustibility curves of biomass( 2) 生物质燃烧特性的综合分析 为研究2 种生物质的燃烧特性, 采用热分析联用技术对2 种生物质进行了TG- DTA- DTG 综合分析, 2 种生物质的燃烧特征参数见表2.106

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