棉秆热解及燃烧特性试验研究

研究与探讨棉秆热解及燃烧特性試验研究肖健秋周胜2国防科技大学长沙410073;2恒源煤电股份有限公司,安徽淮北235100)摘要:利用热重分析仪研究棉秆在N2及空气气氛下的热解及燃烧特性,通过动力学分析得到了棉秆热解及燃烧的动力学参数,相关系数在0.99以上。研究结果表明:随着升温速率提髙,棉秆热解过程中的活化能增加。试验棉秆的着火温度为246℃。关键词:棉秆;热解特性;燃烧特性;热重分析;着火温度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中国图分类号:TK16文献标志码:A文章编号:1001-5523(200903-00200我国是当今世界最大的煤炭生产和消费国近TFA92型常压热重分析仪。每次实验取样品15mg年来在我国一次能源的利用中,煤炭发电份额一般粒径小于0.2mm。高纯氮气作为载气,流量为都在75%左右。燃煤发电不仅会排放出SO2和80ml/min。热分析温度范围为室温至900℃,停留时NOx,而且会排放出大量温室气体CO2,它们对环境间10min。试验时,热天平自动记录重量的变化信造成很多负面影响生物质能作为可再生能源储号。每个试验完成后做一个相同条件的空白试验量丰富分布相对集中,由于其具有可再生性,低含以消除系统误差。硫性和CO2零排放性,被认为是未来能源的一个重表1秸秆的元素分析和工业分析要组成部分我国的生物质资源丰富每年仅农作业分析元素分析物废弃物就相当于6亿t标准煤,还有约3亿t煤M A V C H 0 N S /MJ.kg当量的林业废弃物。棉秆8411.756797436355040330270.111237棉秆是我国主要的农业废弃物,如何综合、有能效地利用这些农业废弃物进行资源化研究显得十2生物质T-DTG分析「分必要。热解是热化学转化中最为基本的过程是之气化液化及燃烧过程的初始和伴生反应对热解21热解特性试验结果的分析有助于热化学转化过程控制及高效转化工图1为棉秆在升温速率为10℃/min及20℃/min酊艺的开发。目前园内外对生物质及其组分的热解下的热解曲线。由图可知,在200-500℃,样品明用已有大量的研究本文研究棉秆在氮气及空气下显失重有大量气体包括焦油析出物料重量急剧的热解及燃烧特性。下降出阶段的热解是纤维素、半中国煤化工1试验纤维二成成分热解叠加的结CNMHG生250℃-50020试验用棉秆基本性质见表1。采用的仪器为热解后碳量较少热解速率很快;而木质素较难热性长等轩热辞及燃性试殄研究研究与探讨解热解速率在400℃C以后出现峰值。在热解温度高较多的碳,因此稻壳、样品热失重曲线和热解速率曲于500℃以后,半纤维素和纤维素的热分解基本结线在高温区趋于平缓束此时以木质素热解为主。由于木质素热解时形成22热解动力学参数150300450温度温度代℃a)10℃/min图1棉秆热解TG-DTG曲线(b)20℃/min根据热解曲线,可以求解生物质热解的反应动研究表明,秸秆类生物质的热解反应可视为一学参数。试样在试验中总的质量变化为:级反应。将式(3)玳代入式(2)积分并整理得m(1)中E(2R7In(-In( al-In( AR(4)式中:m为试样初始质量:m为试验结束时的质量;式中为升温速率=。令m9m为试样任一时刻的质量。根据质量作用定律可以得到试样热解速率方程x=am1-2Ex)2=是。则有(2)式中k为反应速度常数;n为反应级数。根据试验结果,可以计算出样品在不同工况下由 Arrehenius定律X、Y值,进而求得a、b值,即可求得反应的表观活k=AeE/RT(3)化能E和频率因子A,计算结果如表2所示。很明式中:A为频率因子;E为活化能R为气体常数;7显各拟合方程的相关系数都大于099,说明线性回为绝对温度。归比较合理。衰2热解动力学参数升温速率/℃·min温度区间A℃拟合方程相关系数R活化能E/ k. mol-频率因子A/minY=24247-6296X52.35869x10252~345Y=18163-6706X09908291×10°23燃烧特性231着火点图2为棉秆在20℃/min下燃烧过程中的TG-DTG曲线如所示。利用TG-DTG方法分析麦秆次研究与用的着火温度,如图所示,得到试验棉秆的着火温度为246℃。根据热解动力学参数求解方法,得到样品的燃中国煤化工烧动力学参数如表3所示。CNMHG图2棉秆燃烧TCG-DTG曲线什小.枘及均骏研究衰3燃烧动力学参数温度区间t℃拟合方程相关系数R活化能 E/kJ.mol频率因子A/min258-332Y=09747-7178X0.99598.56x10°332-536y=100146-1860X096754程世庆,尚琳琳张海清生物质的热解过程及其动力学规3结论律几煤炭学报,2006,31(4):501-5055]张晓东许敏孙荣峰孙立.玉米秸热解动力学研究门燃利用热重分析仪研究棉秆的热解及燃烧特性。料化学学报206412125结论如下:[6] Worasuwannarak N, Sonobe T, Tanthapanichakoon W. Pyrolysis Behaviors of Rice Straw, Rice Husk, and Corncob by(1)棉秆热解主要可分为4个阶段,干燥、预热TG-MS Technique [] Joumal of Analytical and Applied Py-挥发分析出和碳化。随着升温速率提高,棉秆热解rolysis,2007,782265-271过程中的活化能增加。[7] Yang H P. Yan R, Chen H P, Lee D H, Zheng CG. Character-(2)试验棉秆的着火温度为246℃。istics of Hemicellulose, Cellulose and Lignin Pyrolysis[J) Fuel,007,862-13)178l-17888]姚燕,王树荣郑赟等基于热红联用分析的木质素热裂参考文献解动力学研究燃烧科学与技术,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赖艳华吕明新马春元施明恒秸秆类生物质热解特性CO Emission by Substituting Biomass for Fossil Fuels[J] En-及其动力学研究太阳能学报,2002,23(2:203-206ergy,1995,(20:1097-111]杨海平陈汉平晏蓉等油棕废弃物热解的 TG-FTIR分收稿日期:2008-1201析燃料化学学报,2006,343)309-314.国陈能源环保会展信息(三)时间:2009696.11会议地址:英国伦敦2009年未来资源讨论会联系人: Green Power Conferences, Southbank House会议地址:英国伦敦Black Prince Road, London. SE1 7SJ UK联系人: Rebecca Penberthy电话:+44(0)2070990600电话:+44(0)1604620426传真:+44(0)2079001853会议网址hp/www.futuresourceuk.com电子邮箱:into@greenpowerconferences.com时间:20096.15会议网址hp/w2 greenpowerconferences. c太阳能—未来能源之窗uk/v8-12/Prospectus/Index. phps Event会议地址:马来西亚槟榔屿Code=sPo906UK联系人; Pusat Tenaga Malay56227T)联系地:219s间0162429, 43650 Bandar Baru Bangi, Selangor Darul Ehsan第6届华尔街可再生能源融资论坛电话:603-89210800会议地址:美国纽约用传真:603890911联系电话:+12122243789电子邮箱infor@bipv.net.my会议网址htp/ww.euromoneyenerg..com/EventDe会议网址hp/www.mbipv.net.my时间:200966-618myH中国煤化工F-CNMHG(王教太阳能经济论坛