第3期 张建良等：生物质焦与煤混合燃烧特性及动力学分析 ·349· 的共燃烧研究，则鲜见报道.本文采用热分析技 制备松木焦所用设备为包头灵捷炉业工程有限公司 术网，利用生物质热解技术可所产生的生物质焦分 生产的管式电阻炉 别与两种无烟煤以不同比例进行混合，对所组成的 1.2实验原料 燃料进行燃烧实验，分析其混合燃烧反应过程，并对 (1)实验所用两种煤样为濉溪煤和百善煤，将 动力学参数活化能E,和指前因子A进行了研究 煤粉在105℃下干燥2h以去除煤中的自由水，然后 粉碎并研磨筛分，取样品粒度小于74μm作为备用 1实验 试样.试样的元素分析和工业分析见表1. 1.1实验仪器 (2)实验用生物质焦试样为松木焦.松木热解 实验仪器为北京光学仪器厂生产的WCT-2C 制备松木焦的过程如下回：将松木切割成一定尺寸 微机差热天平.该天平得到的是程序控制温度下试 的块状，放入管式电阻炉恒温区，通入流量为 样的热重曲线(TG曲线)，横坐标为温度或时间，纵 60 mLmin-的氮气，然后以5℃·min-的速率升温 坐标为试样质量.该仪器的特点是由实验得到的热 至400℃，保温30min.松木及松木焦的元素分析和 重曲线可以连续地、全程记录实验数据.松木热解 工业分析见表1. 表1原料的元素分析和工业分析（质量分数） Table 1 Proximate analysis and ultimate analysis of materials 工业分析 元素分析 原料 M Ad Va FC C H 0 N 濉溪煤 0.62 10.28 8.52 80.58 81.81 3.22 2.52 1.19 0.36 百善煤 0.85 11.01 10.05 78.09 80.40 3.22 2.86 1.32 0.34 松木 6.48 0.80 78.70 14.02 46.88 5.50 39.77 0.41 0.16 松木焦 2.88 1.32 21.67 74.13 79.40 3.96 12.12 0.28 0.04 注：M为空气干燥基水分，A为空气干燥基灰分，V,为空气干燥基挥发分，F℃为空气干燥基固定碳 1.3实验方法 20 0.5 用分析天平称取18±0.1mg按一定比例混合 后的生物质焦、煤混合试样，将其置于差热天平的坩 16 10 14 -um 埚内，向差热天平通入流量为60mL·min1的空气 12 -0.5 流，并以15℃·min-1的升温速率连续升温至900℃， 10 8 -1.0 以保证试样完全燃烧.从实验中得到差热天平同步 6 …濉溪煤 记录试样的热重曲线和反应过程的微分热重曲线 …百善煤 -1.5 松木焦 (DTG曲线). 2.0 200 400 600 800 100 为了研究不同配比条件下生物质焦混煤燃烧的 温度℃ 特点，将松木焦分别与濉溪煤和百善煤按照0%、 图1生物质焦与煤单独燃烧的热重分析曲线 10%、30%、50%、70%、90%和100%的配比（质量 Fig.I TG-DTG curves of biomass char and anthracite 分数，下同)混合后进行热重实验. 微分热重曲线上还可以看出，在掺混比达到30% 2实验结果及分析 时，其燃烧过程曲线开始出现两个峰，燃烧明显分为 2.1生物质焦与煤共燃过程 挥发分析出和固定碳燃烧两个过程. 在燃烧特性实验中得到各种试样的热重曲线和 2.2燃烧特性分析 微分热重曲线，如图1~图3所示. 在燃料的燃烧过程中，燃料的着火燃烧会直接 从图1中的微分热重曲线可以看出，松木焦的 受到挥发分析出因素的影响.在实验的热解特性曲 燃烧过程和无烟煤不同，存在着较为明显的两个区 线上明显影响挥发分析出的主要特征参数有0一)： 间，即挥发分析出和固定碳燃烧阶段.从图2和图3 (1)挥发分初析温度T.,℃；(2)挥发分最大释放速 可以看出，随着松木焦在混合试样中的掺混比例逐 率即峰值(dG/dr)r,mg'min-;(3)对应于(dG/ 步增大，燃烧过程逐渐向低温区域移动，且从对应的 dr)m的温度Tx,℃.其中T越小，表明燃料的着第 3 期 张建良等: 生物质焦与煤混合燃烧特性及动力学分析 的共燃烧研究，则鲜见报道． 本文采用热分析技 术［8］，利用生物质热解技术［9］所产生的生物质焦分 别与两种无烟煤以不同比例进行混合，对所组成的 燃料进行燃烧实验，分析其混合燃烧反应过程，并对 动力学参数活化能 Ea和指前因子 A 进行了研究． 1 实验 1. 1 实验仪器 实验仪器为北京光学仪器厂生产的 WCT--2C 微机差热天平． 该天平得到的是程序控制温度下试 样的热重曲线( TG 曲线) ，横坐标为温度或时间，纵 坐标为试样质量． 该仪器的特点是由实验得到的热 重曲线可以连续地、全程记录实验数据． 松木热解 制备松木焦所用设备为包头灵捷炉业工程有限公司 生产的管式电阻炉． 1. 2 实验原料 ( 1) 实验所用两种煤样为濉溪煤和百善煤，将 煤粉在 105 ℃下干燥 2 h 以去除煤中的自由水，然后 粉碎并研磨筛分，取样品粒度小于 74 μm 作为备用 试样． 试样的元素分析和工业分析见表 1． ( 2) 实验用生物质焦试样为松木焦． 松木热解 制备松木焦的过程如下［9］: 将松木切割成一定尺寸 的块 状，放入管式电阻炉恒温区，通 入 流 量 为 60 mL·min － 1 的氮气，然后以 5 ℃·min － 1 的速率升温 至 400 ℃，保温 30 min． 松木及松木焦的元素分析和 工业分析见表 1． 表 1 原料的元素分析和工业分析( 质量分数) Table 1 Proximate analysis and ultimate analysis of materials % 原料 工业分析 元素分析 Mad Aad Vad FC C H O N S 濉溪煤 0. 62 10. 28 8. 52 80. 58 81. 81 3. 22 2. 52 1. 19 0. 36 百善煤 0. 85 11. 01 10. 05 78. 09 80. 40 3. 22 2. 86 1. 32 0. 34 松木 6. 48 0. 80 78. 70 14. 02 46. 88 5. 50 39. 77 0. 41 0. 16 松木焦 2. 88 1. 32 21. 67 74. 13 79. 40 3. 96 12. 12 0. 28 0. 04 注: Ma d为空气干燥基水分，Aad为空气干燥基灰分，Vad为空气干燥基挥发分，FC 为空气干燥基固定碳． 1. 3 实验方法 用分析天平称取 18 ± 0. 1 mg 按一定比例混合 后的生物质焦、煤混合试样，将其置于差热天平的坩 埚内，向差热天平通入流量为 60 mL·min － 1 的空气 流，并以 15 ℃·min － 1 的升温速率连续升温至900 ℃， 以保证试样完全燃烧． 从实验中得到差热天平同步 记录试样的热重曲线和反应过程的微分热重曲线 ( DTG 曲线) ． 为了研究不同配比条件下生物质焦混煤燃烧的 特点，将松木焦分别与濉溪煤和百善煤按照 0% 、 10% 、30% 、50% 、70% 、90% 和 100% 的配比( 质量 分数，下同) 混合后进行热重实验． 2 实验结果及分析 2. 1 生物质焦与煤共燃过程 在燃烧特性实验中得到各种试样的热重曲线和 微分热重曲线，如图 1 ～ 图 3 所示． 从图 1 中的微分热重曲线可以看出，松木焦的 燃烧过程和无烟煤不同，存在着较为明显的两个区 间，即挥发分析出和固定碳燃烧阶段． 从图 2 和图 3 可以看出，随着松木焦在混合试样中的掺混比例逐 步增大，燃烧过程逐渐向低温区域移动，且从对应的 图 1 生物质焦与煤单独燃烧的热重分析曲线 Fig． 1 TG-DTG curves of biomass char and anthracite 微分热重曲线上还可以看出，在掺混比达到 30% 时，其燃烧过程曲线开始出现两个峰，燃烧明显分为 挥发分析出和固定碳燃烧两个过程． 2. 2 燃烧特性分析 在燃料的燃烧过程中，燃料的着火燃烧会直接 受到挥发分析出因素的影响． 在实验的热解特性曲 线上明显影响挥发分析出的主要特征参数有［10--11］: ( 1) 挥发分初析温度 Ta，℃ ; ( 2) 挥发分最大释放速 率即峰值( dG /dτ) max，mg·min － 1 ; ( 3) 对应于( dG / dτ) max的温度 Tmax，℃ ． 其中 Ta越小，表明燃料的着 ·349·