生物质三组分燃烧特性及动力学分析.pdf

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1、第28卷第17期农业工程学报1862012年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．28NO．17Sep．2012生物质三组分燃烧特性及动力学分析卢洪波，戴惠玉，马玉鑫(东北电力大学能源与动力工程学院，吉林132012)摘要：采用热重分析法对纤维素、木聚糖和木质素的燃烧特性及动力学进行研究，考察了不同升温速率(20、40、60、80。C／min)对燃烧特性的影响，求出了生物质三组分的燃烧特性参数和动力学参数。研究表

2、明：纤维素和木质素的燃烧失重分别集中在挥发分和焦炭的燃烧阶段，而木聚糖的燃烧在这2个阶段失重都比较大。纤维素和木质素在低温段和高温段燃烧的最佳反应级数分别为1和2，而木聚糖在这2个温度区间燃烧的最佳反应级数都为1。．关键词：生物质，燃烧特性，动力学，热重分析doi：10．39698．issn．1002—6819．2012．17．027中图分类号：TK6文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一17—0186—06卢洪波，戴惠玉，马玉鑫．生物质三组分燃烧特性及动力学分析[J]．农业工程学

3、报，2012，28(17)：186—191．LuHongbo，DaiHuiyu，MaYuxin．Combustioncharacteristicsanddynamicanalysisofthreebiomasscomponents[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(17)：186—191．(inChinesewithEnglishabstract)0引言

4、随着社会经济的迅速发展，资源、能源危机日益突出，生物质以其分布广泛、资源丰富、生态环境友好等特点引起世界各国政府和学者的广泛关注【l刁J。然而，生物质资源大部分被直接废弃或焚烧，能源利用率低，能量损失严重，且造成了严重的环境污染。因此，加强生物质资源的合理开发利用显得尤为重要。生物质是一种复杂的高聚物，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，对于大多数生物质而言，这3种组分占其总质量的90％以上。生物质的燃烧特性可以认为是这3种主要组分燃烧特性的综合表现一J。迄今为止，有很多学者对生物质的热解行为进行了

5、大量研究，而关于三组分的燃烧特性及动力学研究较少。何芳等【5】和赖艳华掣6】通过对秸秆类生物质整体热解研究，发现其热解过程符合一级反应。傅旭峰等【7J认为二级反应动力学模型能对草类生物质的热解过程进行较好地描述。通过以上可以发现，不同类型生物质热解过程所表现出的反应机理不同，笔者认为生物质中各组分的热反应机理对其整体热反应过程具有重要影响。国内外学者对生物质各组分的热解特性及动力学进行了大量研究。收稿日期：2012—03—02修订日期：2012-08．20基金项目：吉林省科技发展计划项H(20110

6、4091作者简介：卢洪波(1968一)，男，博士，教授。从事生物质能综合利用和高效清洁燃烧技术方面的研究。吉林东北电力大学能源与动力工程学院，132012。Email：luhongb0129@163．tom谭洪等峭J研究发现生物质三组分中木聚糖的热稳定性最差，纤维素的热解起始温度最高，木质素热解的最终残留物最多。Vamvuka等[9】研究发现纤维素、半纤维素和木质素的热解遵循一级动力学规律。因此，对生物质各组分的热反应特性和机理进行深入研究，有助于掌握不同类型生物质整体热解或燃烧过程的反应实质。1试

7、验设置试验采用美国珀金埃尔默(PerkinElmer)公司生产的Pyris．1TGA热重分析仪进行燃烧特性实验，由计算机控制和采集数据，可以同时得到TG(热重)和DTG(微分热重)2条曲线。试验设定升温速率分别为20、40、60、80℃／min，温度为室温至900℃；以模拟空气(80：20，氮气：氧气)为载气，流量为60mL／min；样品用量为2mg左右。由于半纤维素结构复杂多变以及用化学分离的方法不易获得，因此采用木聚糖作为半纤维素的代替物lI卜12J。另外2种生物质组分分别为纤维素和木质素。试验

8、样品的工业分析和元素分析结果见表1。表1样品的工业分析和元素分析Table1Proximateandultimateanalysisofsamples注：坛d、‰、爿小FCad分别为水分、挥发分、灰分、固定碳。第17期卢洪波等：生物质三组分燃烧特性及动力学分析1872结果与讨论2．1热重曲线分析升温速率为40。C／min时对纤维素、木聚糖和木质素进行燃烧试验，得到的TG和DTG曲线分别见图1和图2。由图1和图2可以发现，生物质3组分的热重曲线差异比较明显。图l升温速率