农作物秸秆混配燃烧特性与动力学分析

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1、2014年11月农业机械学报第45卷增刊doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．S0．032*农作物秸秆混配燃烧特性与动力学分析1，21，222张林海薛党琴李刚侯书林(1．南阳理工学院机械与汽车工程学院，南阳473004;2．中国农业大学工学院，北京100083)摘要:选用北京市大兴区玉米秸为主原料，混配小麦秸、花生壳，利用热重仪研究混配物料的燃烧特性，并采用Coats-Ｒefern法研究其燃烧动力学特性，为农作物秸秆固体成型与燃烧提供实践与理论数据。研究发现，3试样燃烧都有2个明显的峰值，燃烧过程可分为水分

2、蒸发干燥、挥发分析出及燃烧、固定碳燃烧和燃尽4个基本阶段，在整个燃烧阶段有较大的重叠区域。添加花生壳的混配物料，其燃烧特性及动力学参数受花生壳的影响较大，而添加小麦秸影响较小。关键词:秸秆混配燃烧特性热重法动力学中图分类号:S216.2文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)S0-0202-05型的物料混配及混配物料的燃烧提供参考。引言1实验我国为农业大国，有丰富的农作物秸秆资［1－2］源，农作物秸秆是生物质固体成型主要的原料1.1实验样品来源。不同秸秆物料的理化特性存在差异，为改变采用北京市大兴区小麦秸、花生壳、玉米秸3

3、种主原料固体成型及成型燃料的燃烧性能，常需混配农作物秸秆作为实验物料，经干燥后细粉为80目［3］其他物料。混配物料的燃烧特性是各物料燃烧(0～0.18mm)，工业分析和元素分析(质量分数)见特性的线性或非线性的组合，混配物料的种类及比表1。其中元素分析采用perkinelmer元素分析仪例选择，会影响其燃烧特性。(型号2400SeriesIICHNS/OSystem)进行测定，工采用热重-微分热重-差示扫描量热仪业分析按GB/T28731—2012《固体生物质燃料工业(Thermogravimetric-differentialther

4、mogravimetric，TG-分析方法》测定，高位发热量按NY/T12—1985《生［4－6］DTG)方法研究燃烧反应，在煤炭、生物质以及物质燃料发热量测试方法》测定。可以看出，秸秆煤炭与生物质混合燃烧研究中应用较多。本文选用中花生壳的灰分较小，玉米秸的固定碳含量最低，花北京市大兴区玉米秸为主原料，混配小麦秸、花生壳生壳中固定碳含量最高，挥发分的含量3试样没有形成混配物料，通过热重分析实验对农作物秸秆混显著差异。配物料的燃烧特性及动力学进行研究，选择合适的1.2热重分析燃烧反应的动力学参数，探究农作物秸秆物料混配以玉米秸为主原料，按

5、照辅料占总质量的对改善主原料燃烧特性的影响，以期为秸秆固体成10%、20%、40%、100%的比例分别添加花生壳与小表1物料工业分析和元素分析Tab．1Proximateanalysis，ultimateanalsisandcalorificofsamples工业分析/%元素分析/%QHHV/物料－1水分灰分挥发分固定碳CHONS(MJ·kg)玉米秸8.6710.0269.8811.4941.605.7434.111.090.1617.38小麦秸6.2113.0663.6417.2742.166.3140.180.810.4416.42

6、花生壳7.026.0661.0426.4045.316.8835.681.070.2218.94收稿日期:2014-07-30修回日期:2014-08-23*国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2012AA10A503-4)作者简介:张林海，讲师，中国农业大学博士生，主要从事生物质能源技术与装备研究，E-mail:zhlinhai2005@163．com通讯作者:侯书林，教授，博士生导师，主要从事机械设计及制造工艺研究，E-mail:hsl010@126．com增刊张林海等:农作物秸秆混配燃烧特性与动力学分析203麦秸，秸秆的

7、燃烧特性采用岛津公司的DTA-60A型热重分析仪进行分析，采用同步热分析技术可同时分析燃烧过程中秸秆的失重特性与放热行为。每次实验选取约5mg生物质干燥样品，粒径为0.18mm以下。升温程序为:以20℃/min的升温速率从室温升到900℃，工作气氛是空气，气体流量100mL/min。2结果与讨论燃料的燃烧特性，常从着火特性、燃烧稳定性与［7－9］燃尽特性等3方面评价。着火特性反映燃料着火的难易程度，用着火指数表征，其数值越小表明着火特性越好。图1纯秸秆TG-DTG燃烧曲线VdDtgmaxZi=(1)Fig．1TG-DTGcurvesof

8、purestalkTi式中Zi———着火指数Vd———挥发分比例析出及燃烧、固定碳燃烧和燃尽4个基本阶段。水Dtgmax———燃烧最大失重速率分蒸发干燥阶段，此时温度从室温到230℃，TG曲Ti———着火温