關(guān)鍵詞：木屑；致密成型顆粒燃料：差熱分析
生物質(zhì)能作為一種可再生能源越來越受到人們的重視，世界各國(guó)都在投人大量的人力、物力開發(fā)利用生物質(zhì)能源。我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物資源豐富。有效利用農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)能源，是我國(guó)解決農(nóng)村和城鎮(zhèn)生活用能問題的重要途徑之一，同時(shí)還會(huì)帶來良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。生物質(zhì)致密成型燃燒利用，作為一種有效利用生物質(zhì)能的方式，正逐漸被人們接受。本文提出了木屑生物質(zhì)致密成型顆粒燃料的差熱分析，對(duì)其燃燒機(jī)理進(jìn)行研究，為生物質(zhì)致密成型顆粒燃料高效燃燒利用打下基礎(chǔ)。
1、試驗(yàn)儀器所用試驗(yàn)儀器為北京恒久科學(xué)儀器廠生產(chǎn)的微機(jī)差熱天平，HCT-2B型。主要技術(shù)指標(biāo)如下：溫度范圍：室溫~ 4500C，調(diào)溫速度：0.315℃/min~ 640℃/min，差熱量程：±10、±25、±50、±100、±250、±500、±1000uv，熱重量程：1、2、5、10、20、50、100、200mg，微分量程：2、5、10、20、50mv/min，坩堝容積：0.06mL，天平主機(jī)真空度：2.5×10-2Pa。
2、試驗(yàn)材料和試驗(yàn)條件
首先把木屑生物質(zhì)致密成型顆粒燃料分成小塊，其次用微型秸稈粉碎機(jī)把小塊的成型顆粒燃料粉碎，再次用分樣篩把木屑粉分成18目（直徑1mm）、60目（直徑0.25mm）和120目（直徑0.125mm）．每個(gè)試驗(yàn)因素分別在三種不同的升溫速率的試驗(yàn)水平下試驗(yàn)，分別為10、20和400C /min。試驗(yàn)溫度為室溫～650℃，試驗(yàn)氣氛為靜態(tài)的空氣中，側(cè)重量程為20mg，微分量程為5mv/min，差熱量程±100uv，標(biāo)準(zhǔn)物為氧化鋁坩堝，容積為0.06ml，每次加裝生物質(zhì)燃料約15mg。每個(gè)試驗(yàn)水平至少進(jìn)行兩次試驗(yàn)，取試驗(yàn)效果最好的一種進(jìn)行分析。
3、木屑致密成型顆粒燃料試驗(yàn)結(jié)果與分析
在對(duì)木屑致密成型顆粒燃料進(jìn)行差熱分析時(shí)，溫度范圍是室溫至900℃，目的是為了使其燃燒反應(yīng)更充分。試驗(yàn)結(jié)果分析如下。
3.1燃料不同細(xì)度，對(duì)差熱過程影響
木屑致密成型顆粒燃料在升溫速率為40k/min時(shí)，不同細(xì)度的差熱曲線比較，曲線的總體變化趨勢(shì)是一致的。DTA曲線18目與60目的相比波形左移，從原理上分析波形應(yīng)該右移。出現(xiàn)這種相反情況的原因，主要由于18目對(duì)應(yīng)得起始溫度較高引起的，從TE曲線可以看出。DTA曲線120目與60目相比波形左移，主要是細(xì)度大，揮發(fā)分析出燃燒速度快。升溫速率為10k/min和20k/min時(shí)，也有類似波峰左移現(xiàn)象。
3.2不同升溫速率，對(duì)差熱過程影響
木屑致密成型顆粒燃料在細(xì)度為120目時(shí)，不同升溫速率的曲線關(guān)系比較。DTA曲線隨著升溫速率的提高，曲線波峰變窄變尖，峰值變大，其揮發(fā)分燃燒和焦炭燃燒的過渡越來越平緩。
4木屑生物質(zhì)致密成型顆粒燃料差熱曲線特征值分析
試驗(yàn)借助恒久熱分析系統(tǒng)，可以得到，木屑致密成型顆粒燃料在不同試驗(yàn)水平和試驗(yàn)條件下的特征值，見表1。
TG特征值分析：相同燃料細(xì)度時(shí)，TG曲線外推起始點(diǎn)溫度T。和拐點(diǎn)溫度TL，隨升溫速率的升高而升高。相同升溫速率下不同細(xì)度燃料的失重率的平均值，隨升溫速率的增加而減小。升溫速率為10k/min和40k/min時(shí)，細(xì)度為120目的木屑燃料失重百分比最大，而升溫速率為20k/min時(shí)，細(xì)度為18目的木屑燃料失重百分比最大。
DTG特征值分析：相同細(xì)度的燃料，其最大失重速率dtg隨升溫速率增大而增加，失重速率最大時(shí)對(duì)應(yīng)溫度T。也隨之增加。相同升溫速率下，最大失重速率由于燃料細(xì)度變化引起的極差，隨升溫速率的增加而增加。說明升溫速率越高，燃料細(xì)度的變化對(duì)最大失重率的影響越明顯。
DTA特征值：相同燃料細(xì)度時(shí)，外推起始點(diǎn)溫度隨升溫速率的增加而減小。在相同升溫速率下，DTA特征溫度由于燃料細(xì)度變化引起的溫度極差，隨升溫速率的增加而減小。DTA曲線的外推終止點(diǎn)溫度，隨升溫速率的增加而增加。
5木屑生物質(zhì)致密成型顆粒燃料燃燒機(jī)理動(dòng)力學(xué)參數(shù)
根據(jù)生物質(zhì)致密成型顆粒燃料的差熱曲線，并借助相關(guān)分析軟件可以方便的獲得其燃燒反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，它可以定性定量的研究生物質(zhì)致密成型顆粒燃料燃燒反應(yīng)進(jìn)行的速率及其影響因素。本研究是建立在TG曲線上第二階段的動(dòng)力學(xué)方程，第二階段是揮發(fā)分析出燃燒區(qū)，生物質(zhì)致密成型顆粒燃料揮發(fā)分的析出燃燒過程主要受化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制，屬于一級(jí)反應(yīng)(n=1)，即燃燒過程也屬于一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)級(jí)數(shù)n=1。利用這些數(shù)據(jù)并借助Excel進(jìn)行一元線性回歸分析，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)與所求直線的均方差最小，從而可以求出反應(yīng)的活化能E和頻率因子A。該燃料在不同試驗(yàn)條件下的最終試驗(yàn)分析結(jié)果，如表2所示。
該燃料在不同試驗(yàn)條件下，利用差熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并借助差熱分析系統(tǒng)、henven和Excel進(jìn)行一元線性回歸分析得出擬合曲線圖如圖3。
6、結(jié)論
6.1木屑生物質(zhì)致密成型顆粒燃料的差熱分析過程大致可以分為三個(gè)階段，但每段的特征值，會(huì)因?yàn)樵嚇拥牟煌霸囼?yàn)條件的不同而不同。第一階段主要發(fā)生的燃料吸熱失水反應(yīng)，大致發(fā)生在25～200℃之間；第二階段主要是揮發(fā)分的析出和燃燒反應(yīng)，大致發(fā)生在200～380℃之間，最大失重率溫度在300℃左右；第三階段主要是固定碳的燃燒反應(yīng)，結(jié)束于550℃左右。這三個(gè)階段之間的界線有交叉現(xiàn)象。
6.2升溫速率和樣品細(xì)度的變化對(duì)木屑致密成型顆粒燃料的活化能有一定影響。木屑致密成型顆粒燃料的活化能所升溫速率的增加而減少。燃料細(xì)度隊(duì)活化能的影響，規(guī)律性不明顯，有增有減。
6.3升溫速率和樣品細(xì)度變化對(duì)木屑生物質(zhì)致密成型顆粒燃料的最大燃燒速率有一定影響。木屑生物質(zhì)致密成型顆粒燃料的最大燃燒速度，隨升溫速率的增加而成倍增加，增加顯著。樣品細(xì)度的增加也會(huì)使最大燃燒速率增加，但影響不顯著，增幅很小，細(xì)度增加一倍，最大燃燒速率約增加0.1mg/min。
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