PDF《木质与草本生物质燃烧特性及工况优化研究》

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10 1.2 实验设备及方法 将各样品用微型植物粉碎机进行粉碎,筛分出0.08~0.10mm的颗粒,取质量为10mg试样,采用非等温法进行升温加 热.设定升温速率分别为10℃/min、30℃/min和60℃/min,载气流量25 mL/min,在常压状态下,气氛条件分别为14%和42%氧气浓度,填充气为纯度99.99的氮气.采用Perkin Elmer Pyris STA 6000型热重分析仪进行热重分析. 1.3 燃烧特性相关参数 生物质的燃烧反应与燃烧条件密切相关,不同燃烧条件下的燃烧过程不同,甚至会有明显差异,这些差异在热重曲 线上体现为不同的线型.本实验主要对以下生物质燃烧特性曲线上各特征点和特性指数进行燃烧特性分析: (1)着火点.着火点是衡量试样着火特性的重要特征点,定义为着火温度,记为Ti,℃.如图1所示,在DTG曲线上 ,过峰值点作垂线与TG曲线交于一点,过该点作TG曲线的切线,该切线与失重起始平行线的交点即为着火点,所对 应的温度定义为着火温度. (2)可燃特性指数.燃料的可燃特性指数可用式(1)进行计算. (3)燃尽点.燃尽点是对应于TG和DTG曲线不再有质量变化的起始温度.通过DTG曲线可确定燃尽点,Morgan选取 失重速率为-1%/min时的点定义为燃尽点,并将该点温度定义为燃尽温度Th,℃. (4)燃烧特性指数S.S反映的是生物质着火和燃尽的综合性指标,其定义式见式(2). 页面

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10 2 混合燃料燃烧的TG-DTG热重结果 5种混合燃料M1一M5和桉树干M6在升温速率分别为10℃/min、30℃/min和60℃/min下燃烧的TG、DTG曲线如图

2、 图

3、图4所示. 页面

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10 从TG-DTG曲线可知,生物质燃烧过程大致分为3个阶段,在脱水阶段,TG曲线缓慢下降,水分逐渐析出,直至曲 线平缓.当温度到达一定时,挥发分析出阶段开始呈现,失重曲线变化突然异常陡峭,当失重率到达最大变化值时, DTG曲线上出现失重峰.最后炭化阶段与脱水阶段类似,TG曲线变化趋于平稳. (1)与M1-M5相比,M6在燃烧过程中表现为挥发分析出和焦炭燃烧阶段的滞后性.图2所示10℃/min升温速率下 ,M1-M5的最大失重速率发生在325~330℃之间,而M6在336℃;

M1-M5焦炭燃烧阶段最大失重峰出现在465~472℃之间,而M6则在500℃左右.30℃/min、60℃/min升温速率下具有同样的变化趋势,M6燃烧过程的滞后性主要由于微观 形状以及桉树干中木质素含量较高,热解只能析出较少可快速着火的挥发分.掺甘蔗渣的混合燃料中半纤维素和纤维 素含量高,可较早析出挥发分而快速着火,为后续挥发分和焦炭燃烧提供一定的热量基础. 页面

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10 3混合燃料TG-DTG燃烧特性曲线差异分析 3.1混合生物质着火点燃烧特性分析 着火点是衡量燃料试样着火性能以及活化能高低的一个重要指标.氧气化学当量比为14%和42%时,生物质混燃的 着火点温度变化如图5所示. 由图5可知,在同一燃烧条件下,M1一M6的着火点有一定的差别.随着燃烧试验条件改变,同一燃料的着火点也 呈现出显著的不同. (1)如图5所示,在各燃烧条件下桉树干M6的着火点最高,其次为M

4、M

3、M

2、M

1、M5.可见掺配甘蔗渣等草本 生物质有利于降低桉树干等木质生物质的着火点.这主要是由于生物质半纤维素及纤维素热解析出挥发分,在温度及 氧气达到一定程度时挥发分便着火燃烧,而甘蔗渣中具有较高含量的挥发分和半纤维素,在生物质燃烧前期主要发生 挥发分析出、着火燃烧过程.因此,掺了BA的M1一M4中较高含量的半纤维素在相对较低温度下即可热解出挥发分并 释放热量,为后续可燃质着火提供条件,降低着火点. (2)在同一氧气化学 当量比下,M1一M6的着火点随着升温速 率的提高向高温区移动.如42%O2 下,M3在10℃/min、30℃/min、60℃/min的升温速率下对应的着火点分别为242.7℃、268.7℃、271.1℃.其主要原因 为生物质较差的热导性产生了粒子梯度温度,升温速率低时燃料挥发分析出较缓慢,挥发分对流扩散较为强烈,因此 着火温度主要由残留在试样中的可燃物质决定.随着升温速率的提高,生物质挥发分析出量增多,残留在试样中的可 燃物减少,因而导致燃烧反应向高温区移动,着火温度随之升高. (3)在 同一升温速率 下,M1一M6的着火点随着氧 页面