高加热速率下生物质三组分间的相互作用对其共混物燃烧的影响研究

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生物质能源是一种储量大、可再生、CO2零排放的清洁能源。目前直接燃烧发电是生物质能源主要应用方式之一。生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素三种组分构成。大量的关于生物质三组分的相互作用及其对生物质燃烧的影响的研究是在热重(低加热速率)条件下进行,而在高加热速率条件下的研究较少。本文采用Hencken平焰燃烧器、高速摄像机和辐射能测温技术研究生物质三组分及其共混物的着火燃烧过程以及特征燃烧指标,对比共混物与纯三组分的燃烧行为与特征燃烧指标研究高加热速率下三组分间相互作用对共混物燃烧的影响。首先,制备直径为5mm,质量为0.045g的纯生物质三组分样品,并在Hencken燃烧器上进行纯三组分燃烧实验。结果表明,生物质三组分样品的着火都是均相着火。生物质三组分中木质素着火延迟时间(2.08s)最短,半纤维素为4.16s,纤维素(7.52s)最长。木质素焦最容易着火、半纤维素次之,纤维素焦最难。纤维素和半纤维素的焦着火发生后颗粒燃烧温度会出现急剧增加,而木质素的焦发生着火后,颗粒温度则没有急剧增加,而是以相对平缓的速度快速增加。其次,在Hencken燃烧器上,研究了掺混比分别为25%、50%和75%生物质三组分两两掺混的9种共混物以及三组分等量掺混共混物的燃烧行为和相互作用。对比共混物与纯三组分的燃烧行为与特征燃烧指标的结果发现,生物质三组分之间在热解过程中的相互作用对共混物均相着火影响不明显。三组分在成焦过程中的相互作用主要影响共混物焦的着火,且与掺混比密切相关。半纤维素对纤维素成焦的抑制作用显著地抑制了25%半纤维素/75%纤维素共混物的焦着火。纤维素和木质素会彼此抑制对方成焦,这种相互作用明显地抑制了50%纤维素/50%木质素的共混物的焦着火。半纤维素与木质素之间在成焦过程中的相互作用,显著抑制了25%半纤维素/75%木质素共混物焦的着火。
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