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 ·353· Arenius公式k=Ae会(k为反应速率常数)可 角度分析，当生物质焦的掺混比为50%时是最佳掺 知：低温下，活化能越小，反应速率越大：而高温 混比（图5），此时对应的反应速率在第一阶段和第 下，活化能越大，反应速率越大.因而从反应动力学 二阶段均为最大. 20(a 18) 18 16- 16 .14 12 % 1n4=-0.86221+0.13175E 6 R=-0.99063 00 ln4=-1.8141240.14034E R=0.98535 4 4 2L 2 40 80100120140160 40 60 80100120140 E/(kJ.mol) E/(kJ.mol-) 图4生物质焦与煤混合燃烧的动力学补偿效应.()濉溪煤：(b)百善煤 Fig.4 Kinetic compensation effect of combustion for biomass char anthracite blends:(a)Suixi coal:(b)Baishan coal 160 140 140 一。一第一阶段 。一第一阶段 4…第二阶段 120 …△…第二阶段 120 100 100 80 3 80 60 4+A 40 40 20 406080 100 204060 80 100 松木焦的摻混比% 松木焦的摻混比% 图5试样活化能与生物质焦摻混比之间的关系.(a)濉溪煤：(b)百善煤 Fig.5 Relations between activation energy and biomass char content:(a)Suixi coal:(b)Baishan coal 生物质焦主要影响试样的着火及易燃质燃烧 (2)生物质焦与煤混合燃烧时，混合燃料的燃 阶段（第一阶段），随着掺混比增大，试样的活化能 烧特性指数S、值均比煤高，且随着生物质焦掺混比 均比纯煤和纯生物质焦的活化能低，对应的反应速 例的增大而增大，说明生物质焦对煤的燃烧有促进 率增大，表明二者相互催化，呈现协同作用：在有机 作用，能提高煤的综合燃烧特性 碳的燃烧及燃尽阶段（第二阶段）受煤的影响很大， (3)从动力学角度分析，证实生物质焦与煤的 当掺混比大于50%时，活化能急剧降低，生物质焦 混燃为一级反应，求出了反应动力学参数活化能E。 的存在则开始降低反应速率，抑制反应的进行.这 和指前因子A,并且混合燃料的两段热解活化能E。 表明混合燃料燃烧性能的改善效果主要体现在第一 和指前因子A之间均存在线性关系lnA=a+bE。,即 阶段的热解过程（挥发分析出），而在第二阶段固定 存在动力学补偿效应. 碳的燃烧过程则随着生物质焦掺混比的变化而呈现 (4)从动力学角度分析，煤中掺入生物质焦后， 出先改善后抑制的规律。此中机理还有待进一步 试样在第一阶段热解过程（挥发分析出）的活化能 研究. 均比纯煤和纯生物质焦的活化能低，二者互为正催 化剂，呈现协同作用. 3结论 (1)相比煤而言，生物质焦的灰分含量极低，活 参考文献 化能较低，挥发分含量高，与烟煤相近，易着火、燃 [1]Dong L.Gao SQ,Song W L,et al.Experimental study of NO re- 尽，燃烧特性指数S、较高，燃烧性能明显优于无 duction over biomass char.Fuel Process Technol,2007,88:707 烟煤 Yuan Z H,Wu CZ,Ma LL.The Study of Biomass Energy Utili-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 Arrhenius 公 式 k = Ae － Ea RT ( k 为 反 应 速 率 常 数) 可 知［14］: 低温下，活化能越小，反应速率越大; 而高温 下，活化能越大，反应速率越大． 因而从反应动力学 角度分析，当生物质焦的掺混比为 50% 时是最佳掺 混比( 图 5) ，此时对应的反应速率在第一阶段和第 二阶段均为最大． 图 4 生物质焦与煤混合燃烧的动力学补偿效应． ( a) 濉溪煤; ( b) 百善煤 Fig． 4 Kinetic compensation effect of combustion for biomass char anthracite blends: ( a) Suixi coal; ( b) Baishan coal 图 5 试样活化能与生物质焦掺混比之间的关系 . ( a) 濉溪煤; ( b) 百善煤 Fig． 5 Relations between activation energy and biomass char content: ( a) Suixi coal; ( b) Baishan coal 生物质焦主要影响试样的着火及易燃质燃烧 阶段( 第一阶段) ，随着掺混比增大，试样的活化能 均比纯煤和纯生物质焦的活化能低，对应的反应速 率增大，表明二者相互催化，呈现协同作用; 在有机 碳的燃烧及燃尽阶段( 第二阶段) 受煤的影响很大， 当掺混比大于 50% 时，活化能急剧降低，生物质焦 的存在则开始降低反应速率，抑制反应的进行． 这 表明混合燃料燃烧性能的改善效果主要体现在第一 阶段的热解过程( 挥发分析出) ，而在第二阶段固定 碳的燃烧过程则随着生物质焦掺混比的变化而呈现 出先改善后抑制的规律． 此中机理还有待进一步 研究． 3 结论 ( 1) 相比煤而言，生物质焦的灰分含量极低，活 化能较低，挥发分含量高，与烟煤相近，易着火、燃 尽，燃烧特性指数 SN 较高，燃烧性能明显优于无 烟煤． ( 2) 生物质焦与煤混合燃烧时，混合燃料的燃 烧特性指数 SN值均比煤高，且随着生物质焦掺混比 例的增大而增大，说明生物质焦对煤的燃烧有促进 作用，能提高煤的综合燃烧特性． ( 3) 从动力学角度分析，证实生物质焦与煤的 混燃为一级反应，求出了反应动力学参数活化能 Ea 和指前因子 A，并且混合燃料的两段热解活化能 Ea 和指前因子 A 之间均存在线性关系 lnA = a + bEa，即 存在动力学补偿效应． ( 4) 从动力学角度分析，煤中掺入生物质焦后， 试样在第一阶段热解过程( 挥发分析出) 的活化能 均比纯煤和纯生物质焦的活化能低，二者互为正催 化剂，呈现协同作用． 参 考 文 献 ［1］ Dong L，Gao S Q，Song W L，et al． Experimental study of NO re￾duction over biomass char． Fuel Process Technol，2007，88: 707 ［2］ Yuan Z H，Wu C Z，Ma L L． The Study of Biomass Energy Utili- ·353·