生物质与皮革污泥混合及成型燃料热重分析

摘要

化石燃料的日渐枯竭和环境污染的不断加剧，已经成为制约人类发展的两大难题。寻求新的可持续发展的清洁能源成为世界能源战略的重要发展方向。生物质由于其自身清洁性和CO2零排放特性等优越性引起了世界各国的广泛关注。但生物质本身体积能量密度低、易结渣等问题，制约了生物质的大规模利用。因此，生物质成型技术和混合燃烧技术成为生物质利用技术的重要发展方向。与此同时，通过焚烧对人们生产过程中产生的大量皮革污泥进行处理是目前最有效的处理方式之一。
　　 本文选取了麦秆、玉米秆和玉米芯三种常见的生物质与皮革污泥进行混合成型后燃烧，对混合燃料进行热重分析和燃烧动力学分析。研究表明，生物质燃烧的主要阶段是挥发分的燃烧，失重率达60％以上。皮革污泥燃烧出现两个挥发分燃烧峰值，燃烧最大速率出现在第一个峰值。生物质和皮革污泥均具有良好的着火特性。随着生物质含量的增加，混合燃料的TG、DTG曲线向低温侧移动，最大燃烧速率整体呈现出逐渐增大的趋势。向混合燃料中加入生物质有利于燃料的着火和燃烧。当生物质比例高于60％时，燃烧特性指数增加程度高于生物质含量较低时。皮革污泥对混合燃料的燃尽温度影响较大。混合燃料的燃尽特性主要是由皮革污泥决定的。为了保证燃料良好的应用，混合燃料中生物质含量应高于60％。
　　 对混合燃料进行动力学分析，根据燃烧速率峰值将曲线分为低温1、低温区2和高温区三个部分，取n=0.5，1.0，1.5，2.0代入后进行拟合计算得出，皮革污泥成型燃料三个阶段的反应级数分别为0.5、1.5和1.0，纯生物质成型燃料反应级数均为2，混合成型燃料的反应级数与皮革污泥成型燃料相同。
　　 选取生物质含量为80％的混合燃料在不同升温速率下燃烧后发现，随着升温速率的提高，燃料燃烧TG曲线向高温侧移动，最大燃烧速率增大，燃尽温度升高，但燃尽时间缩短，综合燃烧特性指数增加，燃烧特性得到改善。随着升温速率的增加，活化能和频率因子并不是单调变化的，说明燃料燃烧需要最佳反应升温速率。将成型燃料与粉末燃料进行对比后发现，成型燃料着火温度较低，最大燃烧速率明显高于粉末燃料，最大燃烧速率对应温度较低，燃尽温度相差不大，综合燃烧特性指数明显提高，因此对燃料进行成型处理能够明显改善混合燃料的燃烧性能。在低温区前期，成型燃料的活化能和频率因子高于粉末燃料，在低温区后期和高温区，成型燃料的活化能和频率因子低于粉末燃料。因此，成型燃料比粉末燃料的燃烧更稳定，有利于燃料的高效利用。

目录

声明

摘要

符号表

1．绪论

1．1 能源与环境

1．1．1 能源概况

1．1．2 环境危机

1．2 生物质能源利用现状

1．2．1 生物质资源概况

1．2．2 生物质能源利用的现状与前景

1．2．3 生物质燃烧

1．2．4 生物质成型燃料

1．3 皮革污泥利用现状

1．3．1 皮革污泥的特性与利用前景

1．3．2 皮革污泥的燃烧特性

1．4 研究目的与研究内容

1．4．1 国内外研究进展

1．4．2 研究目的

1．4．3 研究内容

2．试验系统及方法

2．1 试验样品制备

2．2 试验系统简介

2．3 试验原理

2．3．1 热重分析

2．3．2 燃烧动力学

2．4 试验方法

2．4．1 试验步骤

2．4．2 试验数据处理方法

3．生物质与皮革污泥混合成型燃料热重分析

3．1 单一燃料燃烧热重分析

3．2 生物质与皮革污泥混合燃烧热重分析

3．2．1 生物质含量对混合燃料燃烧特性的影响

3．2．2 升温速率对混合燃料燃烧特性的影响

3．3 本章小结

4．生物质与皮革污泥混合成型燃料燃烧动力学分析

4．1 热分析方法求解燃烧反应动力学参数

4．2 热动力学计算结果与分析

4．2．1 整体反应模型

4．2．2 分步反应模型

4．3 本章小结

5．成型对燃料燃烧特性的影响

5．1 成型燃料燃烧特性研究

5．2 燃烧特性分析

5．3 成型燃料燃烧动力学分析

5．4 本章总结

6 全文总结

附录

参考文献

致谢

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