玉米秸秆致密成型燃料燃烧动力学分析

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1、第27卷第9期农业工程学报Vol.27No.92872011年9月TransactionsoftheCSAESep.2011玉米秸秆致密成型燃料燃烧动力学分析111211刘圣勇，王艳玲，白冰，苏超杰，杨国峰，张飞（1.河南农业大学农业部可再生能源重点开放性实验室，郑州450002；2.河南工业贸易职业学院，郑州450053）摘要：为近一步实现秸秆致密成型燃料高效燃烧的合理利用，该文选用玉米秸秆致密成型燃料进行燃烧动力学分析，通过对玉米秸秆在不同粒度（1、0.25mm）和不同升温速率（10、20、40℃/min）进行热重分析，采用一级反应动力学模型，得出不同实验水平

2、下的热重、热重变化率及差热，利用热重和热重变化率计算出动力学参数——活化能和频率因子,最后得到玉米秸秆的热解动力学方程。研究表明：玉米秸秆致密成型燃料的燃烧过程大致可以分为燃料吸热失水反应、挥发分析出和燃烧反应及固定碳的燃烧反应3个阶段，升温速率和样品细度的变化对燃料的活化能及最大失重速率有一定影响，玉米秸秆致密成型燃料的活化能在升温速率为20℃/min时最大。该研究为进一步研究生物质成型燃料的实际热解过程分析以及燃烧设备的设计参数选择提供理论依据。关键词：秸秆，热解，热重分析，计算，玉米，动力学doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.

3、09.050中图分类号：S216.2；TK222文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)-09-0287-06刘圣勇，王艳玲，白冰，等.玉米秸秆致密成型燃料燃烧动力学分析[J].农业工程学报，2011，27(9)：287－292.LiuShengyong,WangYanling,BaiBing,etal.Analysisoncombustionkineticsofcornstalkbriquettingdensificationfuel[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(9):287－292.(inChinesewit

4、hEnglishabstract)屑3种实验材料的样品粒度小于80μm，试样在适量空气0引言消耗系数下仅以30℃/min速率连续升温的条件下进行实以生物质能源为主的生物质资源开发利用已引起[13]验分析；闵凡飞和张明旭采用热重—微分热重—差热[1]世界各国政府和科学家的关注，生物质能的开发利用热分析连用技术研究了小麦秸秆和玉米芯2种生物质的对于我国能源结构调整、能源安全和环境保护具有重要燃烧模式和燃烧特性。[2-3]意义。目前，生物质能的转化技术可分为4大类：直生物质致密成型燃烧已经成为生物质处置的发展趋接燃烧技术、物化转换技术、生化转换技术和植物油利势，生物质

5、致密成型技术已经基本成熟，但生物质致密[4]用技术等。燃烧是生物质热化学转化中最为成熟，应成型燃料的燃烧设备还不成熟，主要原因是对生物质致[5]用最为广泛的技术，具有低成本、低风险和高效率等密成型燃料过程的动力学分析不够，导致燃烧设备的设优越性。在生物质燃烧领域，发达国家尤其是欧盟对发计参数选取不准，从而造成燃烧设备燃烧效率低、烟尘展生物质能非常重视，开发了一批生物质能散烧、捆烧、[14-15]含量高等问题。本文从玉米秸秆致密成型燃料微观循环流化床锅炉设备及生物质与煤混合燃烧设备，其水结构入手，测试并分析了玉米秸秆致密成型燃料在2种[6]平居世界领先地位，生物质能

6、利用比例也比较高，我国细度和3种升温速率下的燃烧动力学特性，进而确定燃[7-8]在这些方面也有研究，但相关项目的应用水平有待提烧设备的设计参数。该研究是实现玉米秸秆致密成型燃高，早在20世纪90年代日本、美国及欧洲一些国家生料高效燃烧合理利用的基础，也是实现玉米秸秆致密成物质致密成型燃料燃烧设备已经基本定型，并已经应用型燃料燃烧设备安全、稳定及经济燃烧理论基础，同时[9]到加热、供暖、干燥、发电等领域，这些国家生物质致为生物质致密成型燃料及相关设备的推广与应用提供理密成型燃料燃烧设备存在燃料易结渣、燃料品种单一、论指导。电耗高等缺点，需要生物质致密成型燃料燃烧动力

7、学研1材料与方法究的成果。在国内关于生物质致密成型燃料燃烧技术的研究还很少，关于煤和散状生物质秸秆的燃烧动力学的1.1试验方法[10-11]研究比较多，而针对生物质致密成型燃料的燃烧动首先将玉米致密成型燃料（取自于河南农业大学实[12]力学的研究却不多，而且不够全面和深入，如王翠苹等验基地，其尺寸为：75mm×100mm，其工业分析结果对玉米秸秆、锯末木屑、枝叶和锯末混合得到的混合木如表1所示）分成小块，其次用微型秸秆粉碎机把小块的成型燃料粉碎，再次用分样筛把秸秆粉分成18目（直收稿日期：2010-03-27修订日期：2011-07-15径1mm）、60目（直径

8、0.25m