生物质成型燃料热解特性及动力学研究

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1、生物质成型燃料热解特性及动力学研究链接：www.china-nengyuan.com/tech/114229.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com生物质成型燃料热解特性及动力学研究12111杨帅，杨树斌，甘云华，黄开泉，杨泽亮(1.华南理工大学电力学院，广东广州510641；2.广东省特种设备检测院，广东广州510655)摘要：利用NETZSCHSTA409PC型热重-差热分析仪对生物质成型燃料在以10℃/min、20℃/min及30℃/min升温速率下的热解过程进行了热重分析。对TG-T、DTG

2、-T曲线分析，结果表明生物质成型燃料热解过程分为干燥、热解预热、热解与炭化4个阶段，热解过程随着升温速率升高出现热滞后现象。对剧烈失重区间建立了反应动力学模型，求解出此温度区间的表观活化能、频率因子等动力学参数。0引言在煤炭、石油等化石能源日益枯竭和环境问题日趋严重的背景下，生物质能作为一种可储存、可运输的可再生能源，其高效转换和洁净利用已被广泛关注[1-3]。生物质能的技术研究和开发利用已成为重大课题之一，许多国家都制订了相应的研究开发计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、巴西的酒精能源计划等，而生物质能源的开发利

3、用都占有相当的比重。生物质成型燃料(BiomassMouldingFuel，简称“BMF”)是采用农林废弃物作为原材料，经过粉碎、烘干、混合、挤压等工艺，制成颗粒状的可直接燃烧的一种新型清洁燃料，可以看作一种绿色煤炭，是一种新型洁净能源。一般农作物秸秆、木屑都具有疏松、密度小、单位体积的热值低等缺点，作为燃料使用很不方便，造成大量农作物秸秆等被废弃。生物质燃料成型技术有效地解决了这一问题，并且可以改变木屑、秸秆等生物质的燃烧特性，实现快速、洁净、高效燃烧。生物质成型燃料成型技术即是通过粉碎、干燥、机械加压等过程，将松散、细

4、碎的桔杆、农业废弃物压成结构致密颗粒状燃料，其能量密度较加工前要大十倍左右。这种生物质成型燃料便于贮运，燃烧后排放的烟灰和SO2远低于重油，是一种适合于工业锅炉使用的高品位燃料。本文运用热重分析法研究生物质成型燃料颗粒的热解特性，并通过比较不同升温速率下各种反应级数的动力学模型，获得动力学参数(表观活化能E、频率因子A)，判断分解反应机理及影响因素，为生物质能的优化利用、生物质成型燃料流化床高效燃烧提供理论依据。1实验系统1.1材料及仪器实验材料选取广州某集团的直径为12mm的生物质成型燃料，其由木屑、玉米秸秆等农林废弃物

5、粉碎混合压制而成，元素分析与工业分析见表1。实验仪器采用德国Netzsch公司生产的NETZSCHSTA409PC型热重-差热分析仪。1.2试验方法将生物质成型燃料研磨至粒径为80～120目(0112～0118mm)，分别以10℃/min、20℃/min及30℃/min的升温速率从40℃升温至800℃，进行实验测量。实验气氛为80ml/min的高纯氮气。页面1/7生物质成型燃料热解特性及动力学研究链接：www.china-nengyuan.com/tech/114229.html来源：中国新能源网china-nengyua

6、n.com2实验结果及分析生物质成型燃料由木屑、秸秆等农林废弃物压制而成，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素等。热解后的产物主要有可燃气体、液体焦油和固体焦炭[4]。生物质成型燃料颗粒在三种升温速率下TG、DTG曲线如图1和图2所示。2.1热解过程分析由图1中TG曲线分析看出生物质成型燃料颗粒的质量变化，其热解失重过程明显的分为四个阶段：干燥阶段、热解预热阶段、热解阶段与炭化阶段。页面2/7生物质成型燃料热解特性及动力学研究链接：www.china-nengyuan.com/tech/114229.html来源：中国新能

7、源网china-nengyuan.com页面3/7生物质成型燃料热解特性及动力学研究链接：www.china-nengyuan.com/tech/114229.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com(1)干燥阶段生物质成型燃料在40～120℃温度区间出现小的失重，此过程中生物质成型燃料受热升温，伴随试样内部水分蒸发，试样失重率约为715%，与试样工业分析中水分的含量大致相同。此阶段表现在DTG-T曲线上为一个小的失重峰。(2)热解预热阶段此阶段温度区间为120～220℃，水分蒸发后，试样平稳升温。这

8、个阶段TG曲线变化平缓，试样发生微量失重，约为1%。同时伴随着生物质成型燃料颗粒解聚及“玻璃化”转变这一缓慢过程。(3)热解阶段随着温度的继续升高，在220～550℃温度区间，生物质成型燃料开始热解，大量挥发份析出。从TG曲线可以看出试样失重明显，失重率达60%。其中在200～260℃时半纤维素首先热解