高掺混比例下不同生物质与煤粉混燃试验

生物质作为可再生能源,具有资源丰富、着火容易、污染物排放低等优点,但存在能量密度低、水分高等缺点。煤粉则具有能量密度高的优点和着火困难、污染物排放高等缺点。将生物质高比例掺混入煤粉(生物质/煤粉质量比大于5∶5),可有效解决生物质利用率低、能量密度低、煤粉着火较难和污染物排放高等问题,提高能源利用率,实现节能减排,该方法已成为一种新型能源利用技术。目前学者研究主要集中低掺混比例(小于5∶5),国内常见生物质与煤粉在高掺混比例下的混燃特性尚有待深入研究。采用热重分析法研究了不同生物质(玉米秸秆、稻杆、玉米芯、棉花及杨木屑)与煤粉在高掺混比例下(0∶10、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、10∶0)的燃烧特性和动力学特性,分析了不同生物质种类及掺混比例对燃料热失重特性、特征温度、反应动力学、燃尽特性及燃烧特性指数等影响,并确定不同生物质的最佳掺混比例。结果表明:混合样品的失重曲线表现为失水、挥发分燃烧、固定碳燃烧3个阶段。最大失重速率在第1阶段变小,第2阶段变大,燃烧整体前移。混合样品的着火温度和燃尽温度分别比煤粉下降约100和40℃,在协同作用下,掺混后杨木屑的着火温度随掺混比例的增加而增大;掺混后玉米秸秆、稻杆和棉花随掺混比例的增加先减小后增大,在7∶3时最小;掺混后玉米芯则随掺混比例的增加而减小;所有种类生物质掺混后的燃尽温度均下降。单一生物质的活化能均小于煤粉,其排序为稻杆>杨木屑>玉米秸秆>棉花>玉米芯(第1阶段),杨木屑>棉花>玉米芯>稻杆>玉米秸秆(第2阶段)。随掺混比例增大,第1阶段掺混后棉花和杨木屑活化能先增大后减小,玉米芯和稻杆逐渐减小,且均在8∶2时最小;掺混后玉米秸秆先减小后增大,6∶4时最小。第2阶段掺混后玉米芯、杨木屑和棉花活化能逐渐减小,8∶2时最小;玉米秸秆和稻杆先减小后增大,分别在6∶4和7∶3时最小。燃尽特性指数变化规律不同,掺混后棉花在7∶3时抑制作用最强,玉米秸秆、稻杆、玉米芯、杨木屑分别在8∶2、6∶4、6∶4和8∶2时促进作用最强。单一生物质的综合燃烧特性指数为玉米芯>棉花>玉米秸秆>稻杆>杨木屑,约分别为煤粉的10.0倍、7.7倍、7.0倍、6.5倍和6.2倍;且玉米芯和棉花在8∶2时、稻杆和玉米秸秆在7∶3时综合燃烧特性指数最大,小范围改变掺混比例,燃烧特性指数几乎无变化。