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 ·351· 2.2.1挥发分析出和着火特性分析 前期，所对应的温度Tm和时间7分别为380℃和 挥发分初析温度T是表征试样挥发分析出难 25.3min,低于煤样及混合燃料：对于单一的无烟煤 易程度的一个重要特征参数.从表2中可以看出， 来说，燃烧的最大速率出现时间较晚，所处的温度较 松木焦的挥发分初析温度为265℃远低于无烟煤的 高，大于580℃：在混燃的情况下，随着松木焦掺混 挥发分初析温度370℃左右.在松木焦和煤混烧 比的增加，其最大燃烧速率出现的时间有前移的趋 时，随着松木焦掺混比由0增大到90%，试样的挥 势，所处的温度均有所降低，表明在煤中掺入松木焦 发分初析温度由370℃左右逐渐降低至270℃左 后，最大燃烧速率有所提前. 右，挥发分开始析出时间由25min左右缩短至 对于初始燃尽点F来说，在煤中掺入生物质焦 19min左右，提前了大约6mim,说明生物质焦的掺入 后，试样的燃尽温度T均有所降低（如由740℃降 可以改善煤的挥发分析出特性和着火性能 到625℃)，其对应的燃尽时间r也有所缩短（如由 着火点是衡量试样着火特性的重要特征参数， 50.2min缩短至42.6min),表明生物质焦在煤中的 可以反映燃料着火的难易程度.本文采用最常用的 存在使煤的燃尽特性得到改善 热重分析法来确定试样的着火温度(T),结果由表 2.2.3生物质焦与煤混合的综合燃烧特性指数S、 3所示.松木焦的着火温度为346℃，远低于无烟煤 本文借用综合燃烧特性指数S、四来评价生物 的500℃左右，与烟煤相近.在松木焦和煤混烧时， 质焦与煤混合试样的燃烧特性.综合燃烧特性指数 随着松木焦掺混比例的增大，试样的着火温度逐渐 S、是表征混煤的综合燃烧性能，S、值越大，煤的燃烧 降低并向着火性能好的松木焦靠近，即松木焦对煤 特性越佳 有催化助燃作用. (dG/dr）x·(dG/dr）an 从图1~3中的微分热重曲线也可以看出：松木 SN= TTe 焦在燃烧前期的曲线峰狭长，峰值很高，表明其挥发 式中，(dG/dr）eam为平均燃烧速率，mg*min-1.表3 分释放剧烈集中，因而着火容易：松木焦与煤混燃时 给出了实验试样的计算结果 所形成的曲线峰类似于松木焦燃烧时的情况，峰尖 从表3可以看出，松木焦的综合燃烧性能最好， 锐，只是峰值较低，说明在松木焦与煤混烧时，由于 纯煤最差.随着试样中松木焦所占比例的增加，试 松木焦的挥发分在较低温度下即可析出，从而改善 样的综合燃烧特性指数S、呈增大趋势，均比纯煤 了煤的着火性能 高，但比纯生物质焦低.试样的燃烧特性指数S、越 2.2.2最大燃烧速率和燃尽特性分析 大，其燃烧特性越佳，表明在煤中掺入生物质焦可以 从表2可以看出：对于松木焦来说，其最大燃烧 改善试样的燃烧特性.Kastanaki和Vamvuka)认 速率(dG1dr)mm为l.77mg·min-1高于煤样及混合 为，生物质焦的多孔结构和高度无序的碳组织结构 燃料的最大燃烧速率，燃烧的最大速率出现在燃烧 是产生这种现象的主要原因. 表3松木焦与煤混合燃烧的综合燃烧特性指数 Table 3 Comprehensive behavior indexes of combustion for biomass char and coal blends 试样名称 T/℃ (dc/dr）ax/(mg*min） (dG/dr）an/(mg"min） Tr/℃ Sx/(10-9·mg2min2k-5) 濉溪煤 510 1.21 1.04 740 6.54 10%松木焦 481 1.19 1.04 719 7.44 30%松木焦 448 1.12 1.03 680 8.45 50%松木焦 398 1.04 0.88 662 8.73 70%松木焦 351 1.13 0.69 652 9.71 90%松木焦 348 1.33 0.68 625 11.95 百善煤 501 1.15 0.99 729 6.22 10%松木焦 467 1.12 0.93 722 6.62 30%松木焦 446 1.10 0.99 692 7.91 50%松木焦 378 1.05 0.79 670 8.66 70%松木焦 361 1.27 0.68 648 10.23 90%松木焦 352 1.43 0.71 636 12.88 松木焦 346 1.77 1.13 570 29.3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 2. 2. 1 挥发分析出和着火特性分析 挥发分初析温度 Ta 是表征试样挥发分析出难 易程度的一个重要特征参数． 从表 2 中可以看出， 松木焦的挥发分初析温度为 265 ℃远低于无烟煤的 挥发分初析温度 370 ℃ 左右． 在松木焦和煤混烧 时，随着松木焦掺混比由 0 增大到 90% ，试样的挥 发分初析温度由 370 ℃ 左右逐渐降低至 270 ℃ 左 右，挥发分开始析出时间由 25 min 左 右 缩 短 至 19 min左右，提前了大约 6 min，说明生物质焦的掺入 可以改善煤的挥发分析出特性和着火性能． 着火点是衡量试样着火特性的重要特征参数， 可以反映燃料着火的难易程度． 本文采用最常用的 热重分析法来确定试样的着火温度( Ti ) ，结果由表 3 所示． 松木焦的着火温度为 346 ℃，远低于无烟煤 的 500 ℃左右，与烟煤相近． 在松木焦和煤混烧时， 随着松木焦掺混比例的增大，试样的着火温度逐渐 降低并向着火性能好的松木焦靠近，即松木焦对煤 有催化助燃作用． 从图 1 ～ 3 中的微分热重曲线也可以看出: 松木 焦在燃烧前期的曲线峰狭长，峰值很高，表明其挥发 分释放剧烈集中，因而着火容易; 松木焦与煤混燃时 所形成的曲线峰类似于松木焦燃烧时的情况，峰尖 锐，只是峰值较低，说明在松木焦与煤混烧时，由于 松木焦的挥发分在较低温度下即可析出，从而改善 了煤的着火性能． 2. 2. 2 最大燃烧速率和燃尽特性分析 从表 2 可以看出: 对于松木焦来说，其最大燃烧 速率( dG /dτ) max为 1. 77 mg·min － 1 高于煤样及混合 燃料的最大燃烧速率，燃烧的最大速率出现在燃烧 前期，所对应的温度 Tmax和时间 τmax分别为 380 ℃和 25. 3 min，低于煤样及混合燃料; 对于单一的无烟煤 来说，燃烧的最大速率出现时间较晚，所处的温度较 高，大于 580 ℃ ; 在混燃的情况下，随着松木焦掺混 比的增加，其最大燃烧速率出现的时间有前移的趋 势，所处的温度均有所降低，表明在煤中掺入松木焦 后，最大燃烧速率有所提前． 对于初始燃尽点 F 来说，在煤中掺入生物质焦 后，试样的燃尽温度 TF均有所降低( 如由 740 ℃ 降 到 625 ℃ ) ，其对应的燃尽时间 τF也有所缩短( 如由 50. 2 min 缩短至 42. 6 min) ，表明生物质焦在煤中的 存在使煤的燃尽特性得到改善． 2. 2. 3 生物质焦与煤混合的综合燃烧特性指数 SN 本文借用综合燃烧特性指数 SN ［10］来评价生物 质焦与煤混合试样的燃烧特性． 综合燃烧特性指数 SN是表征混煤的综合燃烧性能，SN值越大，煤的燃烧 特性越佳． SN = ( dG /dτ) max ·( dG /dτ) mean T2 i TF ． 式中，( dG /dτ) mean为平均燃烧速率，mg·min － 1 ． 表 3 给出了实验试样的计算结果． 从表 3 可以看出，松木焦的综合燃烧性能最好， 纯煤最差． 随着试样中松木焦所占比例的增加，试 样的综合燃烧特性指数 SN 呈增大趋势，均比纯煤 高，但比纯生物质焦低． 试样的燃烧特性指数 SN越 大，其燃烧特性越佳，表明在煤中掺入生物质焦可以 改善试样的燃烧特性． Kastanaki 和 Vamvuka 11］ 认 为，生物质焦的多孔结构和高度无序的碳组织结构 是产生这种现象的主要原因． 表 3 松木焦与煤混合燃烧的综合燃烧特性指数 Table 3 Comprehensive behavior indexes of combustion for biomass char and coal blends 试样名称 Ti /℃ ( dG /dτ) max /( mg·min － 1 ) ( dG /dτ) mean /( mg·min － 1 ) TF /℃ SN /( 10 － 9 ·mg2 ·min － 2 ·K － 3 ) 濉溪煤 510 1. 21 1. 04 740 6. 54 10% 松木焦 481 1. 19 1. 04 719 7. 44 30% 松木焦 448 1. 12 1. 03 680 8. 45 50% 松木焦 398 1. 04 0. 88 662 8. 73 70% 松木焦 351 1. 13 0. 69 652 9. 71 90% 松木焦 348 1. 33 0. 68 625 11. 95 百善煤 501 1. 15 0. 99 729 6. 22 10% 松木焦 467 1. 12 0. 93 722 6. 62 30% 松木焦 446 1. 10 0. 99 692 7. 91 50% 松木焦 378 1. 05 0. 79 670 8. 66 70% 松木焦 361 1. 27 0. 68 648 10. 23 90% 松木焦 352 1. 43 0. 71 636 12. 88 松木焦 346 1. 77 1. 13 570 29. 3 ·351·