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文檔簡介
1、生物質(zhì)能是一種清潔可再生能源,它以CO2零排放、低S、低N等特點(diǎn)在能源結(jié)構(gòu)中的地位越來越重要。生物質(zhì)熱解不僅是一種高效生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化途徑,而且還是氣化、液化及燃燒過程的初始和伴生反應(yīng)。通過對(duì)生物質(zhì)的失重行為進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,可深入了解生物質(zhì)熱解過程及反應(yīng)機(jī)理,為設(shè)計(jì)和開發(fā)高效的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換設(shè)備提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
本文首先設(shè)計(jì)搭建了一套熱風(fēng)干燥裝置,可在短時(shí)間內(nèi)將大量新鮮高濕物料干造成含水率較低的分析樣,便于入庫保存,為后
2、續(xù)實(shí)驗(yàn)研究做準(zhǔn)備。
采用綜合熱分析儀,對(duì)幾種典型的源自生物質(zhì)的工業(yè)有機(jī)殘?jiān)ㄈ缰兴幵⒛拘?、甘蔗渣和發(fā)酵床墊料)進(jìn)行了熱解動(dòng)力學(xué)研究。在不同升溫速率β下分別對(duì)粒徑<65目的四類生物質(zhì)殘?jiān)M(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn),并在β=20℃/min,不同粒徑范圍內(nèi),對(duì)中藥渣(樣品來自加多寶集團(tuán))進(jìn)行熱重分析。在確定生物質(zhì)殘?jiān)皠?dòng)力學(xué)三因子”時(shí),采用多升溫速率法中Ozawa法、Staring法和Doyle法計(jì)算活化能E值,同時(shí)利用Coats-Redf
3、ern積分法將熱重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別代入12種常用的固態(tài)熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)中,通過動(dòng)力學(xué)三因子求算的比較法,獲得用來描述特定生物質(zhì)的最優(yōu)機(jī)理函數(shù)。最后引入動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng),在選定的最優(yōu)機(jī)理模型基礎(chǔ)上,確定藥渣、木屑和甘蔗渣的活化能E與頻率因子A,從而建立三種試樣的熱解過程動(dòng)力學(xué)表達(dá)式。分析研究結(jié)果包括:
1.生物質(zhì)殘?jiān)鼰峤馓匦詫?shí)驗(yàn)研究結(jié)果如下:
(1)中藥渣熱解過程分為預(yù)熱干燥、主熱解和炭化三個(gè)階段,木屑與甘蔗渣
4、熱解過程可分為四個(gè)階段,與藥渣相比增加了預(yù)熱解階段。(2)隨著升溫速率的提高,最大失重速率及其對(duì)應(yīng)的溫度顯著增加,熱重曲線TG/DTG向高溫側(cè)移動(dòng)。(3)大粒徑的試樣碳化程度較高,最大失重量和最大失重速率低于小顆粒試樣。(4)甘蔗渣DTG曲線出現(xiàn)明顯兩峰分離現(xiàn)象,原因在于半纖維素相對(duì)纖維素含量高。(5)含木質(zhì)素較高的木材類生物質(zhì)在消極熱解區(qū)較為活躍,同時(shí)高升溫速率有利于揮發(fā)分的析出。
2.生物質(zhì)殘?jiān)鼰峤鈩?dòng)力學(xué)研究結(jié)果如下:
5、
(1)在粒徑小于65目不同升溫速率下,三種多升溫速率法求得中藥渣活化能E值在70.5~76.8kJ/mol范圍內(nèi),木屑E值在126.4~167.5kJ/mol范圍之間,甘蔗渣E值在154.3~193.9KJ/mol范圍之間。(2)在對(duì)木屑和甘蔗渣活化能E值確定中發(fā)現(xiàn),隨轉(zhuǎn)化率α的增加,木屑和甘蔗渣的活化能值先增加后減小,α=40%和35%時(shí),木屑和甘蔗渣活化能值分別達(dá)到最大。(3)從機(jī)理函數(shù)推斷中可知,D1號(hào)模型能夠較好
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