玉米秸稈致密成型燃料燃燒動(dòng)力學(xué)分析

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1、第27卷第9期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)Vol.27No.92872011年9月TransactionsoftheCSAESep.2011玉米秸稈致密成型燃料燃燒動(dòng)力學(xué)分析111211劉圣勇，王艷玲，白冰，蘇超杰，楊國(guó)峰，張飛（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部可再生能源重點(diǎn)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，鄭州450002；2.河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，鄭州450053）摘要：為近一步實(shí)現(xiàn)秸稈致密成型燃料高效燃燒的合理利用，該文選用玉米秸稈致密成型燃料進(jìn)行燃燒動(dòng)力學(xué)分析，通過(guò)對(duì)玉米秸稈在不同粒度（1、0.25mm）和不同升溫速率（10、20、40℃/min）進(jìn)行熱重分析，采用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，得出不同實(shí)驗(yàn)水平

2、下的熱重、熱重變化率及差熱，利用熱重和熱重變化率計(jì)算出動(dòng)力學(xué)參數(shù)——活化能和頻率因子,最后得到玉米秸稈的熱解動(dòng)力學(xué)方程。研究表明：玉米秸稈致密成型燃料的燃燒過(guò)程大致可以分為燃料吸熱失水反應(yīng)、揮發(fā)分析出和燃燒反應(yīng)及固定碳的燃燒反應(yīng)3個(gè)階段，升溫速率和樣品細(xì)度的變化對(duì)燃料的活化能及最大失重速率有一定影響，玉米秸稈致密成型燃料的活化能在升溫速率為20℃/min時(shí)最大。該研究為進(jìn)一步研究生物質(zhì)成型燃料的實(shí)際熱解過(guò)程分析以及燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：秸稈，熱解，熱重分析，計(jì)算，玉米，動(dòng)力學(xué)doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.

3、09.050中圖分類號(hào)：S216.2；TK222文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-6819(2011)-09-0287-06劉圣勇，王艷玲，白冰，等.玉米秸稈致密成型燃料燃燒動(dòng)力學(xué)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27(9)：287－292.LiuShengyong,WangYanling,BaiBing,etal.Analysisoncombustionkineticsofcornstalkbriquettingdensificationfuel[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(9):287－292.(inChinesewit

4、hEnglishabstract)?屑3種實(shí)驗(yàn)材料的樣品粒度小于80μm，試樣在適量空氣0引言消耗系數(shù)下僅以30℃/min速率連續(xù)升溫的條件下進(jìn)行實(shí)以生物質(zhì)能源為主的生物質(zhì)資源開(kāi)發(fā)利用已引起[13]驗(yàn)分析；閔凡飛和張明旭采用熱重—微分熱重—差熱[1]世界各國(guó)政府和科學(xué)家的關(guān)注，生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用熱分析連用技術(shù)研究了小麥秸稈和玉米芯2種生物質(zhì)的對(duì)于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源安全和環(huán)境保護(hù)具有重要燃燒模式和燃燒特性。[2-3]意義。目前，生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化技術(shù)可分為4大類：直生物質(zhì)致密成型燃燒已經(jīng)成為生物質(zhì)處置的發(fā)展趨接燃燒技術(shù)、物化轉(zhuǎn)換技術(shù)、生化轉(zhuǎn)換技術(shù)和植物油利勢(shì)，生物質(zhì)

5、致密成型技術(shù)已經(jīng)基本成熟，但生物質(zhì)致密[4]用技術(shù)等。燃燒是生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化中最為成熟，應(yīng)成型燃料的燃燒設(shè)備還不成熟，主要原因是對(duì)生物質(zhì)致[5]用最為廣泛的技術(shù)，具有低成本、低風(fēng)險(xiǎn)和高效率等密成型燃料過(guò)程的動(dòng)力學(xué)分析不夠，導(dǎo)致燃燒設(shè)備的設(shè)優(yōu)越性。在生物質(zhì)燃燒領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是歐盟對(duì)發(fā)計(jì)參數(shù)選取不準(zhǔn)，從而造成燃燒設(shè)備燃燒效率低、煙塵展生物質(zhì)能非常重視，開(kāi)發(fā)了一批生物質(zhì)能散燒、捆燒、[14-15]含量高等問(wèn)題。本文從玉米秸稈致密成型燃料微觀循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備及生物質(zhì)與煤混合燃燒設(shè)備，其水結(jié)構(gòu)入手，測(cè)試并分析了玉米秸稈致密成型燃料在2種[6]平居世界領(lǐng)先地位，生物質(zhì)能

6、利用比例也比較高，我國(guó)細(xì)度和3種升溫速率下的燃燒動(dòng)力學(xué)特性，進(jìn)而確定燃[7-8]在這些方面也有研究，但相關(guān)項(xiàng)目的應(yīng)用水平有待提燒設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)。該研究是實(shí)現(xiàn)玉米秸稈致密成型燃高，早在20世紀(jì)90年代日本、美國(guó)及歐洲一些國(guó)家生料高效燃燒合理利用的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)玉米秸稈致密成物質(zhì)致密成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)基本定型，并已經(jīng)應(yīng)用型燃料燃燒設(shè)備安全、穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)燃燒理論基礎(chǔ)，同時(shí)[9]到加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域，這些國(guó)家生物質(zhì)致為生物質(zhì)致密成型燃料及相關(guān)設(shè)備的推廣與應(yīng)用提供理密成型燃料燃燒設(shè)備存在燃料易結(jié)渣、燃料品種單一、論指導(dǎo)。電耗高等缺點(diǎn)，需要生物質(zhì)致密成型燃料燃燒動(dòng)力

7、學(xué)研1材料與方法究的成果。在國(guó)內(nèi)關(guān)于生物質(zhì)致密成型燃料燃燒技術(shù)的研究還很少，關(guān)于煤和散狀生物質(zhì)秸稈的燃燒動(dòng)力學(xué)的1.1試驗(yàn)方法[10-11]研究比較多，而針對(duì)生物質(zhì)致密成型燃料的燃燒動(dòng)首先將玉米致密成型燃料（取自于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)[12]力學(xué)的研究卻不多，而且不夠全面和深入，如王翠蘋等驗(yàn)基地，其尺寸為：?75mm×100mm，其工業(yè)分析結(jié)果對(duì)玉米秸稈、鋸末木屑、枝葉和鋸末混合得到的混合木如表1所示）分成小塊，其次用微型秸稈粉碎機(jī)把小塊的成型燃料粉碎，再次用分樣篩把秸稈粉分成18目（直收稿日期：2010-03-27修訂日期：2011-07-15徑1mm）、60目（直徑

8、0.25m