水热生物炭燃烧特性与动力学分析.pdf

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1、第32卷2016焦第15期8月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．15Aug．2016219水热生物炭燃烧特性与动力学分析范方宇1,3,4，邢献军1趟，施苏薇1，张贤文1，张学飞1，李永玲1，邢勇强1(1．合肥工业大学先进能源技术与装备研究院，合肥230009；2．国家城市能源计量中心(安徽)，合肥230051；3．合肥工业大学化学与化工学院，合肥230009；4．西南林业大学林学院，昆明650224)摘要：采用热重法对锯末、玉米秸秆水热生物炭燃烧特性及动力学进行了研究，考察了不同升温速率

2、(10、20、40％／min)对燃烧特

3、生的影响，分析了它们的燃烧特性及动力学参数。结果表明：1)水热炭化前后生物质燃烧质量损失集中在挥发分和固定碳燃烧阶段，升温速率快，着火温度、燃尽温度高，整体向高温区转移，综合燃烧特性指数越大；2)40。C／min时，锯末水热生物炭综合燃烧特性指数远大于玉米秸秆，在其余升温速率下区别不明显；3)以20％／rain相同升温速率时，锯末、玉米秸秆水热生物综合炭燃烧特性相对于未炭化生物质下降27％、13％；4)采用一级反应动力学模型和积分法对水热生物炭燃烧动力学进行了研究，一级反应动力学能很好的描述2种生物炭的燃烧动力学，相关系数俾2)均高于0．9，挥发分阶段活

4、化能大于固定碳阶段的活化能。研究结果可为水热生物炭的燃烧应用能提供理论指导。关键词：燃烧；动力学；生物质；水热生物炭；热法重；升温速率；综合燃烧特性指数doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．15．030中图分类号：TKl6文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一15—0219一06范方宇，邢献军，施苏薇，张贤文，张学飞，李永玲，邢勇强．水热生物炭燃烧特性与动力学分析【J]．农业工程学报，2016，32(151：219-224．doi：10．119756．issn．1002—6819．2016．15．030http：／／www．tcsae．orgF

5、anFangyu，XingXianjun，ShiSuwei，ZhangXianwen，ZhangXuefei，LiYongling，XingYongqiang．Combustioncharacteristicandkineticsanalysisofhydrochars[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(15)：219—224．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975a．issn．1002—6819．20

6、16．15．030http：llwww．tcsae．org0引言随着经济的发展，能源与环境问题越来越严重u’2，。可再生能源的开发和利用正被各国关注和重视，并大力发展和利用生物质能”‘4l。生物质利用技术很多，水热炭化是生物质热化学转化利用的一种”，，其固体产物水热生物炭应用范围广。水热炭化条件不同，产物特征不一，如可制备表面功能团丰富的碳微(纳米)球m，，高比表面积活性炭p，，对重金属具有吸附功能的碳材料嘲，固体酸催化剂19]，清洁能源等。其中以清洁能源为目的的水热生物炭可提高、改善生物质的燃料、热解性质，是一种有望成为煤替代品的固体燃料。近年来以水热炭化技术制备生物炭燃料的研究逐渐增多，如

7、黄玉莹等”叫对稻草的水热炭化研究，当温度260oC、时问2h时，热值可达25．20MJ／kg，热值提高了82．21％；Alvarez．Murillo等“11对橄榄残渣进行水热炭化研究，分析了水热时间、温度、固液比对水热炭的产率和能量密度的影响，给出了不同水热生物炭要求下的炭化条件；Liu等”21对椰树、桉树水热炭化研究，并对产物进行了燃烧试验；Kambo等㈣收稿日期：2016—01—26修订日期：2016—05—25基金项目：国家科技支撑计划(2012BAD30801)作者简介：范方字，男，四川隆昌人，博士生。讲师，主要从事生物质转化与利用研究。合肥合肥工业大学先进能源技术与装备研究院，230

8、009。Email：fangyufll8@mail．hfut．edu．cn※通信作者：邢献军，男，安徽无为人，教授，博士生导师，主要从事生物质转化与利用研究。合肥合肥工业大学先进能源技术与装备研究院，230009。Email：xxianjun@mail．ustc．edu．ca将烘焙、水热法制备的生物炭进行了对比，结果发现水热生物炭热值高于烘焙生物炭，且疏水性更好，灰分更少。这些研究发现，水热生物炭