玉米秸秆燃烧过程及燃烧动力学分析.pdf

第29卷 第 l2期 太 阳 能 学 报 Vo1．29．No．12 2008年 12月 A口 AE ERGIAE S0IARIssIMCA Dec．，20O8 文章编号lozs．4-oo96(~o8)12-1569．04 玉米秸秆燃烧过程及燃烧动力学分析 田松峰 ，罗伟光2，荆有印 ，薛海亮 (1．华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，保定 071003；2．河北晋州秸秆热电厂，晋州 05226O) 摘 要：采用 TG-DTA-DTG热分析联用技术对玉米秸秆在不同升温速率下进行了燃烧实验。考察了着火温度、燃 烧速率最大时温度 、燃尽温度等燃烧特征参数。根据对不同升温速率下玉米秸秆燃烧过程的分析，用双组分分阶 段反应模型能够很好的描述玉米秸秆的燃烧过程。建立了玉米秸秆反应动力学方程 ，得到了在不同温度区间的燃 烧动力学方程和表观活化能、频率因子等燃烧动力学参数，并提出了相应的燃烧机理。 关键词：玉米秸秆 ；双组分分阶段反应模型；燃烧动力学 中图分类号：TKSI2 ．4 文献标识码 ：A 0 引 言 1 实 验 生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大 1．1 样 品 能源，约占全球总能源消耗的14％，生物质能资源作 采用的实验样品为华北平原的玉米秸秆。玉米 为一种相对较稳定的可再生能源已为世界各 国所重 秸秆经 自然风干后，由粉碎机粉碎后，再反复研磨后 视…。我国华北地区生物质能主要以农作物秸秆类 过8O目筛子，取筛下物作为样品。为了与煤进行比 为主，其中玉米秸秆 占有重要地位 。燃烧玉米秸秆 较，给出了煤(神化烟煤)的工业分析与元素分析，结 相对于烧煤来说具有低污染性，其硫、氮含量低 ，燃 果如表 1所示。由表 1可以看 出，玉米秸秆的挥发 烧过程中的SO、NO 排放较少，此外其对大气的二 分比煤高许多，所以玉米秸秆较煤易于燃烧；但是固 氧化碳排放量近似等于零 ，可有效减轻温室效应 J。 定碳的含量却远低于煤 ，这就造成着火过程的不稳 本文通过运用双组分分阶段反应模型对玉米秸 定，火焰难 以控制；硫的含量大大低于煤，故其燃烧 秆的燃烧过程进行了燃烧动力学分析，为玉米秸秆 污染物排放较少，所以在燃烧过程中对挥发分析出 的燃烧实验研究提供了一种新的研究方法。 和燃烧的温度范围控制较为重要。 表 1 玉米秸秆，煤的工业分析与元素分析(％) Table1 Cornstalk，coalfeedstockpropertiesandultimateanalysisdata 1．2 仪器及方法 2．1．1 燃烧过程的分析 本实验采用北京光学仪器厂生产的wcr-2型高温 玉米秸秆的燃烧过程主要包括：水分蒸发、挥发 微分差热天平。该仪器能在高温条件下对微量试样同 分的析出及燃烧和固定碳的燃烧等b]。在燃烧过程 时进行热重( )、差热(D )、微商热重(D )等技术 中定义了几个重要的燃烧特征参数 (如表 2)， 曲 指标的测定。将样品置于热天平的坩埚内，通入 30～ 线中3个失重阶段依次为水分蒸发、挥发分的析出 40mI_／min的空气流；在室温下以分别 l0、20、40~C／min 及燃烧和固定碳的燃烧 ： 为着火温度 (采用 DTA 的升温速率将样品加热至约750~C；由计算机控制和采 第一个燃烧放热峰左侧切线与其基线交点对应的温 集数据可同时得到 TG、DTA、DTG3条曲线。 度)； 为挥发分的析出及燃烧最大速率时对应的 温度； 为固定碳燃烧最大速率时对应的温度；T4 2 结果与分析 为燃尽温