【摘 要】
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目前,对氮气和氧化性气氛下生物质热解过程的表观动力学模型的研究已经比较成熟,但由于生物质组分、结构等的复杂性,表观动力学模型参数并不能完全描述材料的燃烧性。在火灾过程
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目前,对氮气和氧化性气氛下生物质热解过程的表观动力学模型的研究已经比较成熟,但由于生物质组分、结构等的复杂性,表观动力学模型参数并不能完全描述材料的燃烧性。在火灾过程中,氧气浓度在空间和时间上都是变量,有必要研究氧气在生物质有氧热解中所发挥的作用,并进一步分析氧化作用下热解过程中的热效应。
本文根据生物质热解过程中TG-DTG曲线特征,提取与燃烧相关的特征参数,包括着火温度、失重最大速率、平均失重速率、燃尽温度等六个特征参数,并应用因子分析法对这些特征参数进行分析,结果表明,六个参数可以用三个因子来解释,分别是“着火”、“第一步热解失重”和“第二步热解失重”,建立得分模型对生物质材料燃烧性进行排序,结果表明燃烧性最差的是火力楠叶、栗树叶和木荷叶。
通过氮气和空气气氛下TG曲线的差谱提出并建立生物质热解过程的氧化TG曲线,发现试样从常温到560℃高温的低速升温过程中,生物质热解的氧化TG/DTG曲线经历了两个失重过程和一个增重过程。第一步失重是氧气对半纤维素和纤维素热解的加速,第二步失重主要是焦炭的氧化燃烧反应。采用等转化率方法和优化计算方法,对氧化过程的反应动力学模型进行研究,结果表明,三步并行反应模型适用于描述升温速率较低时多种树干或树枝试样有氧热解过程的氧化效应。
空气气氛下DSC曲线表现出两个放热峰,低温段放热峰主要是半纤维素和纤维素有氧热解过程放热的结果,高温段主要是生成炭氧化燃烧的结果。采用Dollimore法和Kissinger法对DSC曲线两个放热峰进行分析,表明每步反应适合用n级反应模型进行模拟。把根据Kissinger法得到反应级数玎应用到两个连续反应模型中,并通过比较微分法和积分法优化计算结果,选择更加稳定可靠的动力学参数。
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