基于热重法的生物质工业分析及其发热量测定

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1、基于热重法的生物质工业分析及其发热量测定茹1,2，田宜水1※，赵立欣1，姚宗路1，孟海波1，侯书林2（1.农业部规划设计研究院，农业部农业废弃物能源化利用重点实验室，北京100125；2.中国农业大学工学院，北京100083）王摘要：为了比较不同种类生物质的燃烧特性，丰富热重分析技术的应用方向，该文采用热重分析技术对农业剩余物、林业剩余物和工业加工废渣的代表性生物质进行了空气气氛下不同升温速率的燃烧特性试验研究。研究表明：3种类型生物质的燃烧过程均包括4个主要阶段：水分蒸发阶段、挥发分析出及燃烧阶段、固定碳燃烧阶段、燃尽阶段。该文提出1种确定样品工业分析值的方法，

2、即热分析曲线法，并推荐应用20℃/min升温速率下的热分析曲线图来计算确定。同时还提出1种差热分析法，用以计算生物质样品发热量，分析发现，农业秸秆类剩余物适用于20℃/min的升温速率，木屑和甜高粱渣适用于5、10℃/min的升温速率。该文提出的计算工业分析值的热分析曲线法与计算发热量的差热分析法，为热重分析技术研究生物质的燃烧特性提供了新的应用方向，但2种新方法的建立，以及他们的有效性和适用性，仍需要大量试验数据的验证和进一步的试验研究。关键词：燃烧；生物质；热重分析；差热分析；工业分析；发热量doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.

3、05.022中图分类号：TF051文献标识码：A文章编号：1002-6819(2014)-05-0169-09王茹，田宜水，赵立欣，等.基于热重法的生物质工业分析及其发热量测定[J].农业工程学报，2014，30(5)：169－177.WangRu,TianYishui,ZhaoLixin,etal.Industrialanalysisanddeterminationofcalorificvalueforbiomassbasedonthermogravimetry[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEn

4、gineering(TransactionsoftheCSAE),2014,30(5):169－177.(inChinesewithEnglishabstract)可以发现，中国目前已有的针对生物质的燃烧特性研究，主要集中在某1种或某1类生物质能源上[18-20]，而对于不同种类生物质的燃烧特性的比较研究较少，并且对热分析曲线TGA-DTG-DTA（热重分析-微商热重-差热分析，thermalgravimetricanalysis-derivativethermogravimetry-differentialthermalanalysis）的应用较为单一，一般用于

5、燃烧特性分析和动力学分析[21-23]。另外，根据中华人民共和国农业行业标准NY/T1881进行工业分析与发热量测试，耗时总共约567min，再加上不同的成分测试需要不同的仪器、工具、器皿配合，程序较为复杂，操作要求较高，时间较久。鉴于此，本研究采用热重分析技术，对中国农业剩余物、林业剩余物、工业加工废渣这3种生物质类型中的生物质代表品种进行燃烧特性及对比研究，并提出了1种相对标准方法简单、快速、易行的采用热分析曲线确定样品工业分析值的方法和1种用于计算生物质样品发热量的差热分析法，以期丰富热重分析技术的应用方向，并为中国生物质燃烧技术的成熟利用提供科学依据。0引

6、言能源危机使得全球在可再生能源领域的兴趣不断增长[1-3]。生物质能源因其较低的N、S含量和近似零的CO2净排放量，已成为世界公认的环境友好的可再生能源[4-6]。因此，如何充分利用生物质能源，已成为可再生能源领域的1个重要方向[7-9]。在众多的生物质能源大规模高效清洁利用方式中，生物质燃烧已成为最重要的技术之一[10-11]。比起国外较为成熟的生物质燃烧技术[12-14]，中国在生物质燃烧特性方面的研究还较为不足。司耀辉等[15]研究了华中地区典型农业秸秆的燃烧特性，并进行了动力学分析。吕薇等[16]研究了不同升温速率和不同载气气氛对玉米秸秆的燃烧特性的影响。

7、徐朝芬等[17]对稻秆、麦秆和油菜秆在不同升温速率下，进行了燃烧动力学特性分析。收稿日期：2013-08-29修订日期：2014-01-24基金项目：“十二五”国家科技计划课题（2012BAD30B0202）作者简介：王茹（1990－），女，主要进行生物质能转化与利用方面的研究。北京农业部规划设计研究院，100125。Tel：13811606841。Email：270606530@qq.com。※通信作者：田宜水（1972－），男，研究员，农业部规划设计研究院能环所副所长，主要从事节能与可再生能源技术和设备的研究、开发与推广，以及能源政策的研究等工作。北京农业部规

8、划设计研究