文中使用熱重分析法研究生物質(zhì)成型燃料的熱解性質(zhì)。結(jié)果顯示,生物質(zhì)成型燃料的熱解過程主要分為三個(gè)階段:失水干燥、快速熱解與緩慢失重。當(dāng)升溫速度從5K/min逐漸升高至30K/min時(shí),最大熱解速率由-3.72%/min逐步上升至-19.41%/min,這說明提高升溫速度對(duì)熱解有利,熱解曲線向高溫區(qū)移動(dòng)。采用Coats-Redfern模型對(duì)成型燃料的熱解過程進(jìn)行擬合,發(fā)現(xiàn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可描述成型燃料的熱解過程,且活化能在58k J/mol⁶9k J/mol之間,表明生物質(zhì)成型燃料的熱解過程很容易進(jìn)行。 

【文章來源】：質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究. 2018,(02)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

生物質(zhì)成型燃料在升溫速率5K/min下的TG-DTG曲線

線下降速率變緩，失重速率基本維持在-0.39%/K至-0.42%/K。該階段主要是木質(zhì)素?zé)峤猓⑸奢^多的炭。2.2升溫速率對(duì)生物質(zhì)成型燃料熱解的影響圖2分別顯示了成型燃料在5K/min、10K/min、20K/min與30K/min升溫速率下的TG-DTG曲線。圖2生物質(zhì)成型燃料在不同升溫速率下的TG(a)-DTG(b)曲線圖2經(jīng)整理后，獲得成型燃料在4個(gè)升溫速率下的熱解特征參數(shù)，見表2。表2不同升溫速率下成型燃料熱解的特征參數(shù)當(dāng)升溫速率從5K/min升高至30K/min時(shí)，TG曲線整體向高溫區(qū)移動(dòng)，熱解過程出現(xiàn)了滯后，ΔTG1逐漸降低，ΔTG2基本相等，在相同的溫度下，升溫速率越高，失重就越少；DTG曲線的兩個(gè)熱解峰的峰值速率U1與U2分別從-0.46%/min與-3.72%/min升高至-1.26%/min與-19.4%/min，熱解速率升高且主熱解區(qū)峰寬變大，說明提高升溫速率有利于熱解反應(yīng)迅速進(jìn)行；峰值溫度θ1與θ2分別從326.9K與608.9K升高至381.7K與645.5K，DTG曲線也隨之向高溫區(qū)移動(dòng)，傳熱滯后效應(yīng)導(dǎo)致峰值溫度θ升高。2.3生物質(zhì)成型燃料的熱解動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)分析主要針對(duì)的是第二時(shí)期的主熱解階段，利用熱重?cái)?shù)據(jù)即可求出成型燃料在各個(gè)升溫速率下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。研究者已經(jīng)得出多種動(dòng)力學(xué)模型[5,6]。文中采用Coats-Redfern法計(jì)算活化能E及頻率因子A。生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)方程的一般形式為：（1）式中：，為轉(zhuǎn)化率，為殘余物質(zhì)量，k遵循阿累尼烏斯方程：（2）式中：A為頻率因子，E為表觀活化能，T為絕對(duì)溫度，R為氣體常數(shù)。f(α)是關(guān)于轉(zhuǎn)化率α的函數(shù)，它的函數(shù)形式取決于反應(yīng)類型，一般假設(shè)f(α)與溫度T和時(shí)間t無關(guān)，只與反應(yīng)程度α有關(guān)。對(duì)于簡(jiǎn)單反應(yīng)可取f(α)=(1-a)n，n為反應(yīng)級(jí)數(shù)，所以。等速升溫的熱重分析中，升溫速率為β=，將其帶?

下的擬合結(jié)果見圖3，其中，x=。圖3成型燃料在不同升溫速率下的擬合曲線擬合曲線顯示出良好的線性關(guān)系。將圖3整理后，獲得活化能、頻率因子和相關(guān)系數(shù)等，見表3。表3不同升溫速率下成型燃料的熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)于主熱解階段，當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)為1時(shí)，用TG數(shù)據(jù)模擬動(dòng)力學(xué)曲線，獲得高的相關(guān)系數(shù)，R2為0.996以上，說明采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型來描述成型燃料的主要熱解階段是可行的，采用Coats-Redfern法求得的活化能數(shù)據(jù)是可靠的。成型燃料的活化能在58kJ/mol-69kJ/mol之間，數(shù)值較低，表明成型燃料的熱解反應(yīng)比較容易進(jìn)行，而且升溫速率對(duì)表觀活化能的影響并不大，數(shù)據(jù)之間的差異主要由于模型計(jì)算誤差產(chǎn)生。3結(jié)論文中研究了生物質(zhì)成型燃料的熱解性質(zhì)及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，獲得以下三點(diǎn)結(jié)論：（1）成型燃料的熱解過程存在三個(gè)階段：干燥、快速熱解與緩慢分解。（2）隨著升溫速率的逐漸提高，熱解速率也隨之提高，有利于熱解過程；而傳熱滯后效應(yīng)引起TG與DTG曲線向高溫區(qū)移動(dòng)。（3）采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合出的曲線相關(guān)系數(shù)均大于0.996，表明成型燃料的熱解過程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，而且活化能低，熱解反應(yīng)容易進(jìn)行。結(jié)果表明，成型燃料可通過熱解氣化方式提高生物質(zhì)的能源利用率，該研究可為開發(fā)用于生物質(zhì)成型燃料的熱解氣化設(shè)備提供熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)[1]孫軍,鄒玲.木廢料燃燒過程中及其影響因素分析[J].工業(yè)鍋爐,2002(6):24-27.[2]盛奎川,吳杰.生物質(zhì)成型燃料的物理品質(zhì)和成型機(jī)理的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2004,20(2):242-245.[3]蔡曉鋒,張濤.生物質(zhì)熱解技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及研究[J].工業(yè)鍋爐,2011(2):10-12.[4]蘇毅,朱惠春,張金亮,等.城市垃圾熱化學(xué)轉(zhuǎn)化處理技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用[J].工業(yè)鍋爐,2015(1):7-14.[5]HuS,Jess

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]生物質(zhì)成型燃料的物理品質(zhì)和成型機(jī)理的研究進(jìn)展[J]. 盛奎川,吳杰.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2004(02)
[4]木廢料燃燒過程及其影響因素分析[J]. 孫軍,鄒玲.  工業(yè)鍋爐. 2002(06)



本文編號(hào)：3580880