研究與探討棉稈熱解及燃燒特性試驗(yàn)研究肖健秋周勝2國(guó)防科技大學(xué)長(zhǎng)沙410073;2恒源煤電股份有限公司,安徽淮北235100)摘要:利用熱重分析儀研究棉稈在N2及空氣氣氛下的熱解及燃燒特性,通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析得到了棉稈熱解及燃燒的動(dòng)力學(xué)參數(shù),相關(guān)系數(shù)在0.99以上。研究結(jié)果表明:隨著升溫速率提髙,棉稈熱解過(guò)程中的活化能增加。試驗(yàn)棉稈的著火溫度為246℃。關(guān)鍵詞:棉稈;熱解特性;燃燒特性;熱重分析;著火溫度Abstract: Pyrolysis and combustion characteristics of cotton stalk were studied in N2 bythermogravimetric analysis. The kinetic parameters from pyrolysis and combustion were acquired bykinetics analysis. The correlation coefficients are above 0.99. The results show that as heating rateincreases, the activation energy from pyrolysis increases. The ignition temperature of cotton stalk is246℃。Key words: cotton stalk; pyrolysis characteristic; combustion characteristic; TG analytionemperature中國(guó)圖分類(lèi)號(hào):TK16文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1001-5523(200903-00200我國(guó)是當(dāng)今世界最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)近TFA92型常壓熱重分析儀。每次實(shí)驗(yàn)取樣品15mg年來(lái)在我國(guó)一次能源的利用中,煤炭發(fā)電份額一般粒徑小于0.2mm。高純氮?dú)庾鳛檩d氣,流量為都在75%左右。燃煤發(fā)電不僅會(huì)排放出SO2和80ml/min。熱分析溫度范圍為室溫至900℃,停留時(shí)NOx,而且會(huì)排放出大量溫室氣體CO2,它們對(duì)環(huán)境間10min。試驗(yàn)時(shí),熱天平自動(dòng)記錄重量的變化信造成很多負(fù)面影響生物質(zhì)能作為可再生能源儲(chǔ)號(hào)。每個(gè)試驗(yàn)完成后做一個(gè)相同條件的空白試驗(yàn)量豐富分布相對(duì)集中,由于其具有可再生性,低含以消除系統(tǒng)誤差。硫性和CO2零排放性,被認(rèn)為是未來(lái)能源的一個(gè)重表1秸稈的元素分析和工業(yè)分析要組成部分我國(guó)的生物質(zhì)資源豐富每年僅農(nóng)作業(yè)分析元素分析物廢棄物就相當(dāng)于6億t標(biāo)準(zhǔn)煤,還有約3億t煤M A V C H 0 N S /MJ.kg當(dāng)量的林業(yè)廢棄物。棉稈8411.756797436355040330270.111237棉稈是我國(guó)主要的農(nóng)業(yè)廢棄物,如何綜合、有能效地利用這些農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行資源化研究顯得十2生物質(zhì)T-DTG分析「分必要。熱解是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化中最為基本的過(guò)程是之氣化液化及燃燒過(guò)程的初始和伴生反應(yīng)對(duì)熱解21熱解特性試驗(yàn)結(jié)果的分析有助于熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程控制及高效轉(zhuǎn)化工圖1為棉稈在升溫速率為10℃/min及20℃/min酊藝的開(kāi)發(fā)。目前園內(nèi)外對(duì)生物質(zhì)及其組分的熱解下的熱解曲線(xiàn)。由圖可知,在200-500℃,樣品明用已有大量的研究本文研究棉稈在氮?dú)饧翱諝庀嘛@失重有大量氣體包括焦油析出物料重量急劇的熱解及燃燒特性。下降出階段的熱解是纖維素、半中國(guó)煤化工1試驗(yàn)纖維二成成分熱解疊加的結(jié)CNMHG生250℃-50020試驗(yàn)用棉稈基本性質(zhì)見(jiàn)表1。采用的儀器為熱解后碳量較少熱解速率很快;而木質(zhì)素較難熱性長(zhǎng)等軒熱辭及燃性試殄研究研究與探討解熱解速率在400℃C以后出現(xiàn)峰值。在熱解溫度高較多的碳,因此稻殼、樣品熱失重曲線(xiàn)和熱解速率曲于500℃以后,半纖維素和纖維素的熱分解基本結(jié)線(xiàn)在高溫區(qū)趨于平緩束此時(shí)以木質(zhì)素?zé)峤鉃橹?。由于木質(zhì)素?zé)峤鈺r(shí)形成22熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)150300450溫度溫度代℃a)10℃/min圖1棉稈熱解TG-DTG曲線(xiàn)(b)20℃/min根據(jù)熱解曲線(xiàn),可以求解生物質(zhì)熱解的反應(yīng)動(dòng)研究表明,秸稈類(lèi)生物質(zhì)的熱解反應(yīng)可視為一學(xué)參數(shù)。試樣在試驗(yàn)中總的質(zhì)量變化為:級(jí)反應(yīng)。將式(3)玳代入式(2)積分并整理得m(1)中E(2R7In(-In( al-In( AR(4)式中:m為試樣初始質(zhì)量:m為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的質(zhì)量;式中為升溫速率=。令m9m為試樣任一時(shí)刻的質(zhì)量。根據(jù)質(zhì)量作用定律可以得到試樣熱解速率方程x=am1-2Ex)2=是。則有(2)式中k為反應(yīng)速度常數(shù);n為反應(yīng)級(jí)數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,可以計(jì)算出樣品在不同工況下由 Arrehenius定律X、Y值,進(jìn)而求得a、b值,即可求得反應(yīng)的表觀活k=AeE/RT(3)化能E和頻率因子A,計(jì)算結(jié)果如表2所示。很明式中:A為頻率因子;E為活化能R為氣體常數(shù);7顯各擬合方程的相關(guān)系數(shù)都大于099,說(shuō)明線(xiàn)性回為絕對(duì)溫度。歸比較合理。衰2熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)升溫速率/℃·min溫度區(qū)間A℃擬合方程相關(guān)系數(shù)R活化能E/ k. mol-頻率因子A/minY=24247-6296X52.35869x10252~345Y=18163-6706X09908291×10°23燃燒特性231著火點(diǎn)圖2為棉稈在20℃/min下燃燒過(guò)程中的TG-DTG曲線(xiàn)如所示。利用TG-DTG方法分析麥稈次研究與用的著火溫度,如圖所示,得到試驗(yàn)棉稈的著火溫度為246℃。根據(jù)熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)求解方法,得到樣品的燃中國(guó)煤化工燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)如表3所示。CNMHG圖2棉稈燃燒TCG-DTG曲線(xiàn)什小.枘及均駿研究衰3燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)溫度區(qū)間t℃擬合方程相關(guān)系數(shù)R活化能 E/kJ.mol頻率因子A/min258-332Y=09747-7178X0.99598.56x10°332-536y=100146-1860X096754程世慶,尚琳琳張海清生物質(zhì)的熱解過(guò)程及其動(dòng)力學(xué)規(guī)3結(jié)論律幾煤炭學(xué)報(bào),2006,31(4):501-5055]張曉東許敏孫榮峰孫立.玉米秸熱解動(dòng)力學(xué)研究門(mén)燃利用熱重分析儀研究棉稈的熱解及燃燒特性。料化學(xué)學(xué)報(bào)206412125結(jié)論如下:[6] Worasuwannarak N, Sonobe T, Tanthapanichakoon W. Pyrolysis Behaviors of Rice Straw, Rice Husk, and Corncob by(1)棉稈熱解主要可分為4個(gè)階段,干燥、預(yù)熱TG-MS Technique [] Joumal of Analytical and Applied Py-揮發(fā)分析出和碳化。隨著升溫速率提高,棉稈熱解rolysis,2007,782265-271過(guò)程中的活化能增加。[7] Yang H P. Yan R, Chen H P, Lee D H, Zheng CG. Character-(2)試驗(yàn)棉稈的著火溫度為246℃。istics of Hemicellulose, Cellulose and Lignin Pyrolysis[J) Fuel,007,862-13)178l-17888]姚燕,王樹(shù)榮鄭赟等基于熱紅聯(lián)用分析的木質(zhì)素?zé)崃褏⒖嘉墨I(xiàn)解動(dòng)力學(xué)研究燃燒科學(xué)與技術(shù),200713(1)50-54[1] Sami M, Annamalai K, Wooldnidgel M Co-firing of Coal and (9) Jerry A MJ, Gabor V. Cellulose Pyrolysis Kinetics: The CurrentBiomass Fuel Blends[) Progress in Energy and CombustionStates of Knowledge []. Industrial and Engineering ChemistryScience,2001,(27:219-230Research,1995,343):703-7[2] Gustavsson L Johansson B, Svenningsson P, et al. Reducing[lo賴(lài)艷華呂明新馬春元施明恒秸稈類(lèi)生物質(zhì)熱解特性CO Emission by Substituting Biomass for Fossil Fuels[J] En-及其動(dòng)力學(xué)研究太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2002,23(2:203-206ergy,1995,(20:1097-111]楊海平陳漢平晏蓉等油棕廢棄物熱解的 TG-FTIR分收稿日期:2008-1201析燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2006,343)309-314.國(guó)陳能源環(huán)保會(huì)展信息(三)時(shí)間:2009696.11會(huì)議地址:英國(guó)倫敦2009年未來(lái)資源討論會(huì)聯(lián)系人: Green Power Conferences, Southbank House會(huì)議地址:英國(guó)倫敦Black Prince Road, London. SE1 7SJ UK聯(lián)系人: Rebecca Penberthy電話(huà):+44(0)2070990600電話(huà):+44(0)1604620426傳真:+44(0)2079001853會(huì)議網(wǎng)址hp/www.futuresourceuk.com電子郵箱:into@greenpowerconferences.com時(shí)間:20096.15會(huì)議網(wǎng)址hp/w2 greenpowerconferences. c太陽(yáng)能—未來(lái)能源之窗uk/v8-12/Prospectus/Index. phps Event會(huì)議地址:馬來(lái)西亞檳榔嶼Code=sPo906UK聯(lián)系人; Pusat Tenaga Malay56227T)聯(lián)系地:219s間0162429, 43650 Bandar Baru Bangi, Selangor Darul Ehsan第6屆華爾街可再生能源融資論壇電話(huà):603-89210800會(huì)議地址:美國(guó)紐約用傳真:603890911聯(lián)系電話(huà):+12122243789電子郵箱infor@bipv.net.my會(huì)議網(wǎng)址htp/ww.euromoneyenerg..com/EventDe會(huì)議網(wǎng)址hp/www.mbipv.net.my時(shí)間:200966-618myH中國(guó)煤化工F-CNMHG(王教太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)論壇