生物质及其半焦掺混热分析

作     者：陈莲瑛 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋绍坚

授予年度：2014年

学科分类：080702[工学-热能工程] 080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：生物质 半焦 掺混 热分析 混燃速率模型 官能团 

摘      要：摘要：将生物质和其热解产物半焦进行掺混将带来燃烧特性的改变,研究这种掺混对燃烧特性的影响对提升生物质热转化利用技术具有重要的科学意义和实际意义。 为探讨生物质和半焦的掺混对燃烧特性的影响,本文选取木质生物质及木质半焦产品木炭为研究对象,制备了五个试样：木质,木炭,木质：木炭=1：4,木质：木炭=1：1,木质：木炭=4：1。 为探讨掺混对热解和燃烧特征参数的影响,本文利用热天平分别测定了各试样在氮气和空气气氛下的失重数据;根据失重数据求得了挥发分初析温度、最大反应温度、终止反应温度、最大失重速率;考察了氮气下木质和木炭的挥发分释放特性指数;并讨论了混合组分间的协同作用等。结果表明：掺混对以上特性都有显著影响：氮气气氛下,木炭的最大反应温度、终止析出温度均远大于木质;木质的挥发分释放特性指数比木炭的大一个数量级;三个混合样品的最大反应温度基本等于木质的,而终止反应温度基本等于木炭的;随着木炭含量的增加,挥发分初析温度递增,最大失重速率递减;混合物组分间存在相互抑制的协同作用。空气气氛下,随着木炭含量的增加,挥发分初析温度、终止反应温度均递增,最大失重速率递减;混合物组分间存在相互促进的协同作用。 为揭示掺混比例与反应动力学之间的关系和获取任意掺混比试样的失重速率,本文在失重数据的基础上利用均相和缩核模型进行了动力学分析,采用混合燃料失重速率模型求取了三个混合燃料的失重速率,并与实验值进行对比。结果表明：两种气氛下,对木炭和木炭含量最高的掺混样,均相模型拟合相关系数高于缩核模型,但其它三个试样的相反;氮气气氛下,随着木炭含量增加,两种模型的拟合区间由低温向高温过渡,表明主要反应区间由低温段转移至高温段;空气气氛下,木炭和木炭含量最高的掺混样拟合区间为高温段,表明主要反应区间集中在高温段,其它三个样均需分高温段和低温段拟合,表明主要反应区间分为两个不同的阶段;混合燃料失重速率模型计算结果和实验测得失重速率结果符合较好,表明根据生物质和其半焦的失重数据利用该混合燃料模型可近似计算出任意混合比下的失重速率。 为了探究不同掺混比试样的官能团(有机化学反应发生的主要部位)种类和燃料特性之间的关联性,本文利用傅里叶变换红外光谱仪获取了各试样的红外变换光谱图,由图分析得到相应的官能团归属。结果表明,随着木质含量的增加,试样的含氧官能团种类增多。以木质、木炭各反应性特征参数及含氧官能团峰位数作图得,含氧官能团种类较多时,试样反应性较大。 研究表明：在本实验条件下,生物质与生物质半焦的掺混对热解和燃烧特征参数有重要影响。氮气气氛下,混合物组分间存在相互抑制作用;空气气氛下,混合物组分间存在相互促进的作用。混合燃料失重速率模型能较好的预测任意掺混比的失重速率。掺混比的改变会导致官能团的改变,进而导致反应性的改变。