生物质与煤混合燃烧特性及动力学分析

生物质与煤混合燃烧是一种综合利用生物质能和煤炭资源并同时降低传统污染排放的新型燃烧方式。混合燃烧是一个极其复杂的物理化学过程，在其燃烧过程中，生物质与煤之间相互影响，相互制约，使混合燃料表现出不同于单一燃料的燃烧特性。 本文首先采用Pyrisl型热重分析仪对3种生物质(稻草、玉米秸秆和锯木)和2种煤(七台河煤与祁连塔煤)及其混合物进行燃烧特性研究。试验结果表明，混合样的燃烧过程大致可分为水分蒸发、生物质挥发分的析出燃烧、过渡燃烧和煤焦燃烧4个阶段。生物质和煤单独燃烧时有其各自的集中燃烧区。升温速率增大，生物质、煤及其混合物的着火和燃尽都推后，而各项燃烧特性指数都呈升高趋势。生物质的添加使得混合样的着火提前，燃尽性能变好。 其次，采用Coats-Redfern法对生物质、煤及其混合物的燃烧动力学参数进行求解。研究发现，稻草和玉米秸秆燃烧反应后期活化能大，频率因子小，而锯未燃烧反应后期更剧烈。烟煤的总体反应活性要比褐煤低。 然后，采用非线性等转化率微分(NL-DIF)法对玉米秸杆、烟煤及其混合物燃烧过程中活化能的分布情况作进一步分析，发现燃烧初始阶段玉米秸秆、烟煤及其混合物的活化能分别为75、152、107kJ/mol,混合燃烧后期活化能较煤单独燃烧时小。利用Popescu法对玉米秸秆和烟煤的燃烧机理进行分析，发现玉米秸秆燃烧反应遵循随机成核和随后增长模型，烟煤燃烧符合三维扩散模型。 最后，采用Weibull分布模型对稻草、褐煤及其混合物的燃烧过程进行模拟,发现在各个升温速率下的模拟曲线均较好地反映了燃料的燃烧过程。