棉稈熱解及燃燒特性試驗研究

研究與探討棉稈熱解及燃燒特性試驗研究肖健秋周勝2國防科技大學(xué)長(cháng)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,相關(guān)系數在0.99以上。研究結果表明:隨著(zhù)升溫速率提髙,棉稈熱解過(guò)程中的活化能增加。試驗棉稈的著(zhù)火溫度為246℃。關(guān)鍵詞:棉稈;熱解特性;燃燒特性;熱重分析;著(zhù)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中國圖分類(lèi)號:TK16文獻標志碼:A文章編號:1001-5523(200903-00200我國是當今世界最大的煤炭生產(chǎn)和消費國近TFA92型常壓熱重分析儀。每次實(shí)驗取樣品15mg年來(lái)在我國一次能源的利用中,煤炭發(fā)電份額一般粒徑小于0.2mm。高純氮氣作為載氣,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,它們對環(huán)境間10min。試驗時(shí),熱天平自動(dòng)記錄重量的變化信造成很多負面影響生物質(zhì)能作為可再生能源儲號。每個(gè)試驗完成后做一個(gè)相同條件的空白試驗量豐富分布相對集中,由于其具有可再生性,低含以消除系統誤差。硫性和CO2零排放性,被認為是未來(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的生物質(zhì)資源豐富每年僅農作業(yè)分析元素分析物廢棄物就相當于6億t標準煤,還有約3億t煤M A V C H 0 N S /MJ.kg當量的林業(yè)廢棄物。棉稈8411.756797436355040330270.111237棉稈是我國主要的農業(yè)廢棄物,如何綜合、有能效地利用這些農業(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對熱解21熱解特性試驗結果的分析有助于熱化學(xué)轉化過(guò)程控制及高效轉化工圖1為棉稈在升溫速率為10℃/min及20℃/min酊藝的開(kāi)發(fā)。目前園內外對生物質(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氣及空氣下顯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、半中國煤化工1試驗纖維二成成分熱解疊加的結CNMHG生250℃-50020試驗用棉稈基本性質(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(cháng)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線(xiàn)在高溫區趨于平緩束此時(shí)以木質(zhì)素熱解為主。由于木質(zhì)素熱解時(shí)形成22熱解動(dòng)力學(xué)參數150300450溫度溫度代℃a)10℃/min圖1棉稈熱解TG-DTG曲線(xiàn)(b)20℃/min根據熱解曲線(xiàn),可以求解生物質(zhì)熱解的反應動(dòng)研究表明,秸稈類(lèi)生物質(zhì)的熱解反應可視為一學(xué)參數。試樣在試驗中總的質(zhì)量變化為:級反應。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為試驗結束時(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為反應速度常數;n為反應級數。根據試驗結果,可以計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,即可求得反應的表觀(guān)活k=AeE/RT(3)化能E和頻率因子A,計算結果如表2所示。很明式中:A為頻率因子;E為活化能R為氣體常數;7顯各擬合方程的相關(guān)系數都大于099,說(shuō)明線(xiàn)性回為絕對溫度。歸比較合理。衰2熱解動(dòng)力學(xué)參數升溫速率/℃·min溫度區間A℃擬合方程相關(guān)系數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(zhù)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(zhù)火溫度,如圖所示,得到試驗棉稈的著(zhù)火溫度為246℃。根據熱解動(dòng)力學(xué)參數求解方法,得到樣品的燃中國煤化工燒動(dòng)力學(xué)參數如表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)參數溫度區間t℃擬合方程相關(guān)系數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3結論律幾煤炭學(xué)報,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206412125結論如下:[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、預熱TG-MS Technique [] Joumal of Analytical and Applied Py-揮發(fā)分析出和碳化。隨著(zhù)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)試驗棉稈的著(zhù)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)素熱裂參考文獻解動(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,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,2006,343)309-314.國陳能源環(huán)保會(huì )展信息(三)時(shí)間:2009696.11會(huì )議地址:英國倫敦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中國煤化工F-CNMHG(王教太陽(yáng)能經(jīng)濟論壇