生物油热解及燃烧特性分析

第36卷　第4期2008年　4月　华　中　科　技　大　学　学　报(自然科学版)J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Natural Science Edition )Vol.36No.4　Apr.　2008收稿日期:2007203216.作者简介:王贤华(19782),男,博士;武汉,华中科技大学煤燃烧国家重点实验室(430074).E 2m ail :hp.chen @ (陈汉平)基金项目:国家重点基础研究发展计划资助项目(2007CB210202);国家自然科学基金资助项目(50676037).生物油燃烧特性及动力学研究王贤华　陈汉平　张　谋　杨海平(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉430074)摘要:利用热重分析仪研究了松木屑、花生壳和玉米秆3种有代表性的生物质废弃物快速热解得到的生物油的燃烧过程,结果表明生物油燃烧过程分为挥发段、过渡段和燃烧段3个阶段,各阶段的失重量与生物油性质密切相关.与松木屑油相比,花生壳油和玉米秆油较难燃尽.采用普适积分法和微分方程法相结合的方式求解了挥发段和燃烧段的动力学参数,确定了相应反应机理函数.关　键　词:生物油;燃烧特性;动力学;生物质;热解中图分类号:T K6 文献标识码:A 文章编号:167124512(2008)0420092203Combustion characteristics of bio 2oil and its kinetic analysisW ang X i anhua Chen H an pi ng Zhan g M ou Yang H ai pi ng(State Key Laboratory of Coal Combustion ,Huazhong University ofScience and Technology ,Wuhan 430074,China )Abstract :The combustion characteristics of bio 2oils f rom fast pyrolysis of t hree rep resentative biomass wastes ,pine sawdust ,peanut shell and maize stalk ,were investigated by t hermogravimetric analysis(T GA ).The t hermogravimet ric curves show t hat t here are t hree reactio n stages :devolatilization ,secondary char formation ,and secondary char combustion.The weight loss of each stage has a great deal wit h t he p roperties of bio 2oil.The bio 2oils of peanut shell and maize stalk are difficult to burn out t han t hat of pine sawdust.The kinetics of t he first and t he t hird stages were st udied ,and t he kinetic parameters were calculated.The mechanism f unctions were also determined by bot h t he universal in 2tegral met hod and t he differential equation met hod.K ey w ords :bio 2oil ;combustion characteristics ;kinetics ;biomass ;pyrolysis 生物质热解制油技术近年来发展迅速[1～3],由于生物油含水、含固体杂质较多,热值低,具有较强的腐蚀性并且不稳定,因此无法直接用于现有的燃气轮机,必须针对生物油及其燃烧特性进行相应的改造[4].目前国内外关于生物油燃烧特性的研究都只采用了以木屑为原料的生物油[5],缺乏不同类型原料制得的生物油的比较.本文利用热重分析仪(T GA )对3种生物质原料制取的生物油的燃烧特性进行了研究,并求解了相关的动力学参数.1　实验原料及条件采用3种生物质原料(松木屑、花生壳、玉米秆),在处理量为2kg/h 的流化床热解液化装置中制取生物油.反应条件为:热解温度450℃,蒸气停留时间1s 左右.生物油特性如表1所示.采用德国N ETSC H 公司生产的STA409型热重分析仪,载气是O 2和N 2(体积比为1∶4)的混和气(模拟干空气),总流量为50mL/min ,分别以5℃/min ,10℃/min 和20℃/min 的升温表1　生物油的特性分析油样w a水分/%w b /%CH O N S δc(H/C )弹筒发热量b /(MJ ・kg -1)松木屑油24.1451.317.0641.140.490.00 1.6520.68花生壳油28.5750.447.9939.75 1.820.00 1.9019.74玉米秆油34.5738.618.2751.951.160.012.5715.29a 卡尔费休法测得;b 干基;c 原子比速率从室温升到800℃.样品量控制在20mg 左右.2　结果与讨论2.1　燃烧特性分析5℃/min 升温速率下,3种生物油燃烧的T G ,D T G 和D TA 曲线如图1所示,其中:m 为T G 曲线,δD TG 为D T G 曲线,δDTA 为D TA 曲线.可图1　5℃/min 升温速率下生物油燃烧的T G ,D T G 和D TA 曲线以看出生物油在空气气氛下的燃烧过程分为3个阶段:阶段1由于生物油含高挥发性成分,从较低温度(低于50℃)开始,生物油经历一个快速失重阶段;当温度升到100℃时,随着水分蒸发,失重速率达到最大,由于蒸发吸热,D TA 曲线上对应为负峰.阶段2当温度升到150℃以上时,除了少量难挥发成分的继续挥发外,主要是非挥发性低聚物、木质素热解产物的裂解反应,并最终形成二次焦炭,相对阶段1,该阶段失重缓慢,D T G 曲线没有明显的峰.虽然生物油成分之间的相互反应生成的大分子会进一步形成焦炭,但在热重实验条件下,脱挥发分过程对二次焦炭的形成起主要作用[6].阶段3为二次焦炭的异相燃烧放热过程,400℃时失重速率达到最大,同时对应D TA 曲线上的放热峰.在430℃左右,燃烧过程结束.3种生物油燃烧过程各阶段的失重量如表2所示.在挥发段,玉米秆油的失重量最大,花生壳油次之,松木屑油最小,这与其水分及H/C 的趋势是一致的,即与其挥发性成分含量相对应;而在燃烧段,3种生物油的失重量大小顺序正好与挥发段相反,而与其C 含量相对应.3种生物油燃烧最后残余灰分分别为0.7%,1.2%和1.6%.表2　生物油燃烧各阶段的失重量(%)油样阶段1阶段2阶段3松木屑油53.321.324.7花生壳油64.916.917.0玉米秆油73.514.510.42.2　升温速率的影响图2给出了不同升温速率下3种生物油燃烧热重曲线.可以看出:随着升温速率的增大,最大图2　不同升温速率下生物油燃烧的T G 2D T G 曲线1—5℃/min ;2—10℃/min ;3—20℃/min・39・第4期 王贤华等:生物油燃烧特性及动力学研究 失重速率对应的温度、二次焦炭的起始燃烧温度和燃尽温度都有所提高.在挥发段,不同升温速率下3种生物油的D T G曲线差别不大.相对于挥发,二次焦炭的燃烧受升温速率的影响较大,随着升温速率的增大,燃烧过程倾向于越来越高的燃尽温度.由于花生壳油和玉米秆油的发热量较低,单独燃烧时的温度不可能较高,因此将会导致生物油燃烧不完全,颗粒物和CO排放浓度较高. 2.3　动力学分析本文仅对挥发段和燃烧段的动力学特性进行研究.采用文献[7]给出的30种机理函数,分别用普适积分法和微分方程法计算得到3种生物油在不同升温速率下,挥发段和燃烧段的动力学参数———活化能E、指前因子A和相关系数r,并根据两种方法得到的活化能、指前因子接近,相关系数最大的原则确定最慨然机理函数[8].最终确定生物油挥发段和燃烧段的机理函数分别为f(α)=(1-α)2;f(α)=1.5(1-α)2/3[1-(1-α)1/3]-1,对应二级化学反应模型和球形对称的三维扩散模型,式中α表示失重率.表3列出了3种生物油在挥发段和燃烧段的动力学参数,可以看出随着升温速率的增大,燃烧反应的活化能是逐渐减小的,而挥发过程的活化能变化不大且没有明显的规律,另外挥发段的活化能比燃烧段小得多.而在相同升温速率下3种生物油燃烧段的活化能比较:玉米秆油>花生壳油>松木屑油,说明花生壳油和玉米秆油燃烧过程中生成的二次焦炭较松木屑油难燃尽.表3　生物油燃烧动力学参数油样升温速率/(℃・min-1)阶段普适积分法E/(kJ・mol-1)ln({A}s-1)r微分方程法E/(kJ・mol-1)ln({A}s-1)r松木屑油5102013131333.02270.5237.36194.5447.82135.902.9538.464.6023.747.5613.420.99930.99960.99750.99840.99720.991235.58254.2034.12178.9040.47120.723.7035.613.6721.275.3811.130.99360.99170.98730.99900.96830.9898花生壳油5102013131339.90347.1775.34241.1770.63177.595.4551.7117.3131.2116.2820.130.99880.99910.99830.99870.99780.997635.12325.3477.82212.1173.84181.254.0247.9017.9826.4617.1520.970.99040.99570.97080.99970.94790.9968玉米秆油5102013131357.50414.3855.82270.26117.16236.7412.0165.3411.5738.6731.1230.860.99720.99600.99750.99920.97970.987664.20358.9054.17255.68137.50207.0614.0955.5411.0036.1437.0926.020.99900.99520.97550.99880.87570.9857参考文献[1]唐汝江,陈汉平,王贤华,等.生物质油应用技术[J].能源技术,2005,26(2):66269.[2]Czernik 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文章编号:025420096(2006)1221285205生物质热解与生物油的特性研究 收稿日期:2005208203 基金项目:中科院“知识创新”方向性项目(K JCXZ 2SW 204)朱锡锋,陆　强,郑冀鲁,郭庆祥,朱清时(中国科技大学生物质洁净能源实验室,合肥230026)摘　要:用木屑、稻壳、玉米秆和棉花秆为原料进行了热解液化试验,生物油的产率分别为63%、53%、57%和56%,生物油的热值均为17～18M J Πkg 。

生物油成分分析表明,生物油是一种复杂含氧有机化合物与水组成的混合物,包括了几乎所有化学类别的有机物,如醚、酯、醛、酮、酚、醇和有机酸等。

生物油粘温特性研究表明,当温度低于85℃时,生物油粘度随着温度升高而减小,符合液体粘温通用关系式;当温度高于85℃时,生物油粘度随着温度升高而上升,生物油中某些化合物开始产生聚合反应。

关键词:生物质;热解;生物油;粘度中图分类号:TK 6 文献标识码:A0　前　言生物质是一种与环境友好的可再生资源,在完全缺氧情况下快速受热主要降解为一种称为生物油的初级液体燃料,此外还有少量的焦炭和可燃气体。

影响生物质热解液化的主要工艺参数是加热速率、反应温度、气相滞留时间和高温有机蒸汽的淬冷[1]。

生物质转化为生物油后,其能量密度得到大幅提高(如秸秆可提高约10倍),故生物油的运输和储藏要比生物质容易许多[2]。

生物油的用途非常广泛:可以作为燃料油直接燃烧使用(燃烧时只需对现有热力设备略加改造即可);提质后可单独或与化石燃料混合用于内燃机[3～4];生物油是复杂有机化合物的混合物,从中可以分离提取出具有特殊用途或高附加值的化学品[5～6]。

总之,生物质热解液化作为大规模转化利用生物质的一个重要技术手段已越来越为人们所重视。

本文采用自行研制的快速流化床生物质热解液化装置对松木屑、稻壳、玉米秆和棉花秆4种物料进行了热解液化试验,生物油的产率分别为63%、53%、57%和56%,生物油的热值均为17～18M J Πkg 。

生物质热解制备生物油燃烧性能实验报告一、实验背景随着全球能源需求的不断增长和传统化石能源的日益枯竭，开发可再生能源成为了当今世界能源领域的重要研究方向。

生物质作为一种丰富的可再生资源，通过热解技术可以转化为生物油，具有替代传统燃油的潜力。

然而，生物油的燃烧性能对于其实际应用至关重要，因此有必要对其进行深入的实验研究。

二、实验目的本实验旨在研究生物质热解制备的生物油的燃烧性能，包括燃烧热值、燃烧稳定性、燃烧产物等方面，为生物油的进一步应用提供数据支持和理论依据。

三、实验材料与设备（一）实验材料1、生物质原料：选取了_____等常见的生物质材料。

2、热解设备：采用了_____型热解炉。

（二）实验设备1、量热仪：用于测量生物油的燃烧热值。

2、燃烧实验台：包括燃烧器、温度传感器、压力传感器等，用于模拟生物油的燃烧过程。

3、气体分析仪：用于分析燃烧产物中的气体成分。

四、实验方法（一）生物质热解将预处理后的生物质原料放入热解炉中，在_____的温度和_____的气氛条件下进行热解反应，得到生物油。

（二）燃烧热值测定使用量热仪，按照标准操作流程，对生物油样品进行燃烧热值测定。

（三）燃烧实验将生物油通过燃烧器进行燃烧，通过温度传感器和压力传感器实时监测燃烧过程中的温度和压力变化，记录燃烧时间和火焰形态等数据。

（四）燃烧产物分析使用气体分析仪对燃烧产物中的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、氮氧化物（NOₓ）等气体成分进行分析。

五、实验结果与分析（一）燃烧热值实验测定的生物油燃烧热值为_____kJ/kg。

与传统燃油相比，生物油的燃烧热值相对较低，这可能是由于其成分复杂，含有较多的含氧有机物和水分。

（二）燃烧稳定性在燃烧实验中，生物油的燃烧过程较为平稳，但燃烧初期存在一定的点火延迟现象。

燃烧过程中的温度和压力变化较为均匀，没有出现明显的波动，表明生物油具有较好的燃烧稳定性。

（三）燃烧产物燃烧产物分析结果显示，生物油燃烧产生的一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOₓ）含量相对较低，二氧化碳（CO₂）排放量也在可接受范围内。

4结语与展望工业企业用能系统的优化与流程再造项目的实施,降低了产品成本,增强了产品市场竞争力,为企业再发展赢得了利润空间。

另一方面,因产品用能水平的提升,节约了能源消耗,减少了环保废物产生,在能源日益紧张、环境保护要求日益严格的今天,具有更大的社会效益。

对以生物工程为主的原料药生产企业,能源成本在其产品成本中占有较大比例,当前医药市场竞争激烈,提高医药产品节能降耗水平对提升产品竞争力具有重要作用。

原料药药品生产,工艺过程虽不完全相同,但是消耗能源种类相同,主要用能设备、用能工序类似,产品间用能操作控制方法彼此相通,因此系统节能技术具有广泛的可借鉴性和可扩散性。

参考文献[1]唐克嶂.工厂能源管理[M].大连:大连理工大学出版社,1994.[2]张桂宁,吴彦宇,王福兴.内展翅片换热器在空气除湿系统中的应用[J].机电信息,2006,(12):33-35.作者简介:王福兴(1976-),男,山东诸城人,硕士,工程师,从事搬迁产品方案及设计工作。

收稿日期:2010-03-15;修回日期:2010-03-30生物质及其热裂解产物生物油的特性分析孙玉凤,高 虹(沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159)摘要:以红松、白松、落叶松、玉米秸秆等不同生物质为原料,对流化床反应器热裂解制取的生物油进行了研究试验,通过对生物油的物理特性及其成分的分析,得出的实验结果表明:红松制取的生物油品质最好,热值高,含水率低,更适合进一步改性研究和应用,并利用现代精密仪器G C-M S对生物油进行了组分分析,解释了生物油高含氧和高含水特性。

关键词:生物质;热裂解;生物油;流化床中图分类号:TQ517 4+4 文献标识码:A 文章编号:1004-7948(2010)04-0017-04引言生物质热裂解液化技术是当今世界上可再生能源发展领域中的前沿技术之一,近年来世界各国对生物油液体燃料的开发给予了高度的重视。

我国资源比较缺乏,对外依存度大,过度开采、运输和不合理使用对环境造成很大影响,因而必须改变能源的生产方式和消费方式[1]。

生物质燃料‎的燃烧特性‎‎目前，生物‎质最主要的‎利用方式就‎是生物质燃‎烧。

研究生‎物质燃料的‎组成成分，‎了解其燃烧‎特点，有利‎于进一步科‎学、合理地‎开发利用生‎物质能。

从‎刘建禹、翟‎国勋等[2‎0]对生物‎质燃料特性‎的研究可以‎发现，生‎物质燃料与‎化石燃料相‎比存在明显‎的差异。

从‎化学的角度‎上看，生物‎质属于碳氢‎化合物，含‎固定碳少。

‎生物质燃料‎中含碳量最‎高的也仅5‎0%左右，‎相当于褐煤‎中的含碳量‎。

因此，生‎物质燃料不‎抗烧，热值‎较低；若生‎物质燃料中‎含氢量变多‎，挥发分就‎明显增多。

‎生物质燃料‎中的碳元素‎多数和氢元‎素结合成小‎分子的碳氢‎化合物，燃‎烧需要长时‎间的干燥，‎在一定的温‎度下热分解‎而析出挥发‎物。

所以，‎生物质燃料‎易被引燃，‎燃烧初期，‎烟气量较大‎；生物质燃‎料含氧量明‎显地多于煤‎炭，它使得‎生物质燃料‎热值低，但‎易于引燃；‎生物质燃料‎的密度小于‎煤炭，其质‎地较疏松，‎特别是农作‎物秸杆和一‎些粪类，因‎此生物质燃‎料易于燃烧‎和燃尽，但‎其热值较低‎，发热量小‎，灰烬中残‎留的焦碳量‎少于燃烧煤‎炭；生物质‎燃烧排放烟‎气中硫氧化‎物和氮氧化‎物含量较少‎，故对环‎境的污染将‎小于燃烧煤‎炭等化石燃‎料，燃烧‎时无需设置‎控制气体污‎染装置，从‎而降低了成‎本，这也是‎生物质优于‎化石燃料的‎一方面[2‎2]。

生物‎质燃料的燃‎烧过程主要‎分为挥发份‎的燃烧和残‎余焦炭的燃‎。

本文有‎宇龙机械整‎理。

4‎烧，其主‎要燃烧过程‎的特点是[‎23]：‎(1)生物‎质水分含量‎较多，燃‎烧需要较长‎时间的干燥‎，产生的‎烟气量较大‎，排烟造‎成热损失较‎高；(2‎)生物质燃‎料的密度较‎小，结构比‎较疏松，燃‎烧时受风面‎积大，较易‎造成悬浮燃‎烧，容易‎产生一些黑‎絮；(3‎)由于生物‎质热值低，‎发热量小‎，在锅炉‎内比较难以‎稳定的燃‎烧；(4‎)由于生‎物质挥发份‎含量高，‎燃料着火温‎度较低，‎一般在25‎0℃ ~3‎50℃温‎度下挥发份‎就大量析出‎并开始剧烈‎燃烧，此‎时若空气供‎应量不足，‎将会增大‎燃料的化学‎不完全燃烧‎损失；(‎5)挥发份‎析出燃尽后‎，受到灰‎烬包裹和空‎气渗透困难‎的影响，焦‎炭颗粒燃烧‎速度缓慢、‎燃尽困难，‎如不采取适‎当的必要措‎施，将会导‎致灰烬中残‎留较多的余‎碳，增大‎机械不完全‎燃烧损失。

22引言目前，生物质热解油代替石化柴油在供电供热领域应用十分广泛，但是其水分多、腐蚀性强等一系列问题阻止了在柴油机领域的推广。

近年来，采取相应手段提高生物质热解油的性质以适合柴油机燃烧系统变成了热门课题，当前主要的方式主要有：催化裂解、催化加氢、催化酯化、萃取、和乳化等。

尽管有以上的多种方式可以提升生物质热解油的品质，但其大规模使用在车用柴油机上仍未能见到。

如果寻找到一种经济高效的提质措施，生物质热解油大规模商用的进程将被快速推进，并且在改善世界性能源短缺和治理环境污染等方面具有重大意义。

一、生物质热解油组成及性质生物质热解油具有复杂的有机组分，其中包含了酸、醛、酮、醇、酯、醚、酚和糖类及其衍生物等上百种物质。

想要准确地测定出热解油的组分非常困难，现阶段多使用气质联用仪对生物质热解油进行组分分析。

Branca等对木屑进行热裂解制得生物质热解油，并使用气质联用仪测得其中含有：乙酸、羟乙醛、苯酚和愈创木酚在内的40多种有机化合物，也推算出了该生物质的主要裂解过程为纤维素、半纤维素和木质素的快速分解。

Bertero等对小麦壳、豆科灌木和松木三种原料进行传统方式的热解，分别得到了三种生物质热解油。

随着热解油原料的改变，各个组分的含量变化很大，这说明热解油各组分的相对含量会由于原材料的不同而差异显著。

Huber等通过实验发现，生物质热解油的成分不仅受到原材料的影响，还受到制备工艺的影响，不同的实验条件对生成物的组成成分影响十分明显。

由此可见，合适的加工工艺能够有效改善生物质热解油的品质。

通过快速加热分解生物质得到的液体状热解油在成份上与传统石化柴油还存在很大差别，所以在生物质热解油在大规模实际使用上还存在许多问题，例如水分相对含量较高导致点火困难，运动粘度较高导致易在喷油嘴中结焦堵塞喷嘴。

热值低是生物质热解油的一个严重缺陷，在柴油机的实际使用时会提高燃料用量，更多的喷油量会导致雾化效果恶化，与空气混合作用降低，甚至影响柴油机的正常工作。

生物质热解过程中的产物特性生物质热解是一种将生物质在缺氧或无氧条件下加热分解的过程，通过这一过程可以得到多种有价值的产物。

这些产物具有各自独特的特性，对于能源利用、化工生产和环境保护等领域都具有重要意义。

生物质热解的产物主要包括生物油、生物炭和不可冷凝气体。

生物油是一种复杂的混合物，包含了数百种有机化合物。

它具有较高的能量密度，但同时也存在一些缺点，如稳定性差、腐蚀性强和含水量高。

生物油中的化学成分非常丰富，包括羧酸、醇、醛、酮、酚类和酯类等。

这些成分的比例和种类会受到生物质原料的种类、热解条件（如温度、加热速率和停留时间）等因素的显著影响。

例如，以木质生物质为原料得到的生物油中酚类化合物的含量相对较高，而以农作物废弃物为原料得到的生物油中则可能含有更多的羧酸和酯类。

生物炭是生物质热解的另一个重要产物。

它是一种富含碳的固体物质，具有多孔结构和较大的比表面积。

这些特性使得生物炭在土壤改良、碳封存和污染物吸附等方面表现出优异的性能。

生物炭的孔隙结构可以为土壤中的微生物提供栖息和繁殖的场所，从而改善土壤的肥力和结构。

同时，生物炭能够吸附土壤中的重金属和有机污染物，降低它们的迁移性和生物有效性，减少对环境的危害。

此外，生物炭中的碳相对稳定，可以在土壤中长时间存在，从而实现碳的长期封存，有助于缓解气候变化。

不可冷凝气体是生物质热解过程中产生的另一种产物，主要成分包括一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳等。

这些气体具有较高的热值，可以作为燃料直接使用，或者用于合成其他化学品。

其中，氢气是一种清洁的能源载体，具有广阔的应用前景。

通过优化热解工艺条件，可以提高不可冷凝气体中氢气的含量，从而提高其利用价值。

在生物质热解过程中，温度是影响产物特性的关键因素之一。

一般来说，随着热解温度的升高，生物油的产量会先增加后减少，而生物炭和不可冷凝气体的产量则会相应增加。

这是因为在较低温度下，生物质主要发生解聚和脱水反应，生成较多的生物油；而在较高温度下，生物油会进一步分解为小分子气体和焦炭。

生物质成型燃料热解焦油性能及成分研究近年来，大气污染和全球变暖挑战人类和自然环境的生存，因此开发可替代传统化石燃料的可再生能源显得尤为重要。

生物质是一种重要的可再生能源。

其燃料性能高，利用可回收的农业waste，以及降低污染和温室气体排放的方法有益的潜力。

因此，生物质燃料的研究成为现今研究的重点。

生物质燃料的基本成分是木质素、纤维素、蛋白质、糖和油脂。

这些成分在热解过程中可以分解成更小的物质，如水分子、碳氢化合物和有机物。

热解是利用化学反应将物质分解成更小组分的过程。

热解生物质产生的焦油称为生物焦油。

生物焦油是一种重要的含碳物质，具有提供能量、分解有机物质和制备有机碳化合物的潜力。

近年来，对生物焦油的研究日益深入，已经对生物焦油的可替代性、有机化学性质、结晶结构、热力学和热解机理等方面进行了深入的研究。

例如，有人研究了生物质成型燃料热解焦油的性能特性及其成分，以期了解生物焦油的各种特性，并有效利用其特性。

由于生物焦油的复杂成分，其组成从简单的单碳烃到多碳醇，硫醚和硫醛等复杂有机物，因此，研究其中组分的比例及其特性，可以更好地利用生物焦油的性质。

为了研究生物质成型燃料热解焦油的性能特性及其成分，首先采用牛油果壳和木质素、纤维素作为原料，利用常规法实验，分析生物焦油中各成分的比例，其次，用比色计、气相色谱和热重分析（TGA），研究生物焦油的概念性性质和分析特征，以期更多地了解生物焦油的性质。

实验结果表明，生物焦油的组成大致可以分为醇、醚、烯烃和烷烃四种，其中醇和醚的含量较高。

然后利用TGA测定生物焦油的挥发分析结果，它从20°C400°C进行热重测定，结果表明，生物焦油的热释放范围和曲线特性与碳氢化合物的特性相似。

最后，针对生物焦油的组分和温度特性，研究了它们在不同温度范围内的变化，以期更好地了解生物焦油的性质。

综上所述，研究了生物质成型燃料热解焦油的性能特性及其成分，以期了解生物焦油的各种特性，并有效利用其特性。

不同种类生物质的燃烧特性分析摘要：通过热重分析方法研究了不同种类的生物质在不同燃烧条件下的燃烧过程及其动力学特性。

在升温速率分别为20、30和40℃／min，加热终温900℃的条件下，得到了不同种类的生物质燃烧的TG、DSC曲线，研究了加热速率和含氧量对燃烧过程的影响，建立了生物质燃烧的反应动力学方程，由Coats-Redfern积分法得到了生物质燃烧动力学参数，分析了不同试样的活化能和频率因子。

随着化石能源日趋减少和人类大量使用矿物燃料带来的环境问题日益严重，特别是近几年石油和煤炭价格直线上升，迫使各国政府开始关心、重视替代能源生物质能源的开发利用。

我国生物质资源丰富，仅农作物秸杆年产量就达6亿t 以上，并且生物质是一种可再生能源，资源丰富，品种多样。

生物质能最常用的利用方式还是直接燃烧，而大规模的集中燃烧包括用于工业炉燃烧和与煤炭混烧。

因非等温热重试验可以消除样品间的误差，所以文章对不同种类的生物质在氮气与氧气混合气氛中进行了不同升温速率下的非等温热重试验。

并采用Coats-Redfern法得到了反映各种生物质燃烧特性的动力学参数，为设计和开发燃烧不同种类的生物锅炉提供理论支持。

1实验试验采用的生物质分别为加工过的锯末颗粒、刨花颗粒、稻壳颗粒和秸秆颗粒以及未加工的锯末和稻壳，在进行试验之前将样品磨细并混合均匀。

试样粒径小于100目，每次称取试样15±0.5mg。

生物质工业分析见表1。

生物质的热重分析采用的仪器是由德国耐驰公司生产的409PC热重分析仪。

仪器测定的温度范围：20～1550℃，加热速率范围：0.1～50K／min。

试样的起始温度为35℃，终止温度为900％，升温速度为20、30和40℃／min，载气为氮气与氧气混合气体，氧气含量为15％、20％和33％。

2结果与分析2.1实验结果生物质燃料具有高的含氧量和高的有机挥发分，将在燃烧阶段产生大量的挥发物气体。

既发生在燃料加热热解过程释放的挥发分气相燃烧，同时在焦炭氧化过程发生固体多相燃烧。

生物质燃料燃烧的特性与应用生物质燃料燃烧特性与应用1、前言生物质燃料是一种可再生能源，是指依靠太阳光合作用而产生的各种有机物质，是太阳能以化学能的形式存在于生物之中的一种能量形式，直接或间接地植物的光合作用。

被认为是第四大能源，分布广，蕴藏量大。

生物质燃料基本特性生物质的种类很多，一般可分以下5大类：①木质素：木块、木屑、树皮、树根等；②农业废弃物：秸秆、果核、玉米芯、甘蔗皮渣等；③水生植物：藻类、水葫芦等；④油料作物：棉籽、麻籽、油桐等；⑤生活废弃物：城市垃圾、人及牲畜的粪便。

生物质作为有机物燃料是由多种复杂的高分子有机化合物组成的复合体，化学组成主要有：纤维素、半纤维素、木质素和提取物等，这些高分子物质在不同种类生物质、同一种类生物质的不同区域其组成也不同，有些甚至有很大差异。

生物质的可燃成分主要是有机元素如碳、氢、氮和硫，虽然就元素的成分而言，生物质燃料的成分和常规燃料煤炭基本上没什么区别，但正是各成分在数量上的差异导致了生物制燃烧产物与煤炭的差异。

生物质的碳含量普遍在50%左右，低于普通的烟煤，而氢含量则高于烟煤，尤其是挥发份和氧含量远远高于普通烟煤，氧含量超过煤10倍左右。

由于生物质燃料的可燃组分含量相对比较低，因此生物质燃料的低位发热量比一般烟煤低。

在着火燃烧性能方面，生物质燃料的挥发份含量远远高于普通烟煤，导致着火燃烧性能明显高于普通烟煤。

在燃烧污染物生成排放方面，生物质燃料的硫含量仅为0.1%左右，含氮量和理论氮气容积也低于烟煤，所以总的SO2和NOx生成量都远低于烟煤。

根据秸秆生物质燃料高挥发分、高氧量、低硫份和灰份的基本特性，因此相对于煤炭而言，秸秆生物质具有易燃、清洁环保的特点。

2、生物质燃料：2.1生物质燃料燃烧过程分析：生物质燃料的燃烧过程主要分为挥发分的析出、燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立阶段。

其燃烧过程的特点是：【1】(1)生物质水分含量较多，燃烧需要较高的干燥温度和较长的干燥时间，产生的烟气体积较大，排烟热损失较高。

生物质燃烧技术的研究与应用自从人类掌握了利用火的技术，燃烧一直是我们重要的能源利用方式。

然而，随着化石燃料的日益稀缺，越来越多的研究者开始关注替代能源的研发。

生物质燃烧技术因其可再生、绿色、低碳的特性受到了广泛的关注和应用。

本文将讨论生物质燃烧技术的研究与应用。

一、生物质燃烧技术的基础生物质燃烧技术基于生物物质的热解和氧化理论，是一种将生物物质作为燃料进行能源转换的技术。

生物物质是指由动植物和微生物组成的生物界的有机物，包括木材、秸杆、植物残渣、废弃物、食品废料、污泥等。

生物质燃烧技术主要通过燃烧反应将生物物质转化为热能，释放出二氧化碳和水蒸气等废气。

生物质燃烧技术与化石燃料燃烧的过程基本相同，但是生物质燃烧技术的燃料来自于自然界，具有可再生性和低碳特点，而化石燃料的燃烧过程会产生大量的二氧化碳和大气污染物，加剧全球气候变暖和环境污染等问题。

二、生物质燃烧技术的应用生物质燃烧技术的应用范围十分广泛，并且正在不断扩大。

下面我们将从三个方面讨论生物质燃烧技术的应用。

1、家庭生物质燃烧技术目前，我国主流的热源设备为燃气锅炉和电热水器，但是这些设备使用成本较高，降低使用成本的方法之一就是利用生物质燃烧技术替代传统能源。

木材是最常见的生物质燃烧材料之一，其热值高，价格相对低廉，并且可以自行生产。

在一些乡村地区，很多家庭使用的是生物质燃烧炉灶。

生物质燃烧炉灶具有节能、环保、便利的特点，因此得到了广泛的推广和应用。

2、工业生物质燃烧技术在工业领域，生物质燃烧技术主要用于取代传统的燃煤发电技术，以减少碳排放并满足环保要求。

我国南方地区广泛使用甘蔗渣等生物废弃物燃烧发电，各大电力公司也在逐渐完善生物质燃烧技术的应用。

3、生物质燃烧技术的研究生物质燃烧技术的研究目前主要集中在加强生物质的可利用性、提高热效率、减少废气排放等方面。

其中，增加生物质热值、减少生物质燃烧过程中的可燃残留物、使用高效的净化设备等技术是当前最受关注的研究领域。

生物质热解制油过程动力学实验报告一、实验目的生物质热解制油是一种将生物质转化为液体燃料的重要技术。

本实验旨在研究生物质热解制油过程的动力学特性，了解反应温度、停留时间等因素对生物质热解产物分布和产油率的影响，为优化生物质热解工艺提供理论依据和实验数据支持。

二、实验原理生物质热解是指在无氧或缺氧条件下，生物质受热分解产生气体、液体和固体产物的过程。

生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其热解过程可以分为三个阶段：干燥阶段、预热解阶段和热解阶段。

在热解过程中，生物质大分子发生断裂和重组，生成小分子化合物，如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氢气、水、有机酸、醛、酮、酚等。

这些小分子化合物在一定条件下进一步反应，形成液体油和固体炭。

生物质热解制油的动力学模型通常基于反应速率方程和质量守恒定律建立。

通过对实验数据的拟合，可以得到反应的动力学参数，如反应级数、活化能和指前因子等。

三、实验材料与设备（一）实验材料本次实验选用的生物质原料为玉米秸秆，其主要成分（质量分数）为：纤维素 35%，半纤维素 25%，木质素 18%，水分 10%，灰分 12%。

玉米秸秆经过粉碎、干燥处理，粒度小于 2mm。

（二）实验设备1、热解反应炉：采用管式炉，最高加热温度可达 1000℃，控温精度为±1℃。

2、进料系统：由螺旋给料机和料斗组成，用于将生物质原料均匀地送入反应炉。

3、冷凝系统：由冷凝器和收集瓶组成，用于收集热解产生的液体产物。

4、气体分析系统：采用气相色谱仪，用于分析热解产生的气体成分。

5、称重设备：电子天平，精度为 001g，用于称量生物质原料和产物的质量。

四、实验方法（一）实验步骤1、称取一定量的玉米秸秆粉末，放入料斗中。

2、设定反应炉的温度和升温速率，启动加热程序。

3、当反应炉温度达到设定值后，启动螺旋给料机，将生物质原料以一定的速率送入反应炉。

4、热解产生的气体经过冷凝器冷却后，液体产物收集在收集瓶中，气体产物通过气相色谱仪进行分析。

生物质燃料直接燃烧过程特性的分析1生物质燃料和固体矿物质燃料(煤)的主要差别生物质燃料和煤碳相比有以下一些主要差别1)含碳量较少,含固定碳少。

生物质燃料中含碳量最高的也仅50%左右,相当于生成年代较少的褐煤的含碳量。

特别是固定碳的含量明显地比煤炭少。

因此,生物质燃料不抗烧,热值较低。

2)含氢量稍多,挥发分明显较多。

生物质燃料中的碳多数和氢结合成低分子的碳氢化合物,遇一定的温度后热分解而折出挥发物。

所以,生物质燃料易被引燃,燃烧初期,析出量较大,在空气和温度不足的情况下易产生镶黑边的火焰。

在使用生物质为燃料的设备设计中必须注意到这一点。

3)含氧量多。

生物质燃料含氧量明显地多于煤炭,它使得生物质燃料热值低,但易于引燃。

在燃烧时可相对地减少供给空气量。

4)密度小。

生物质燃料的密度明显地较煤炭低,质地比较疏松,特别是农作物秸杆和粪类。

这样使得这类燃料易于燃烧和燃尽,灰烬中残留的碳量较燃用煤炭者少。

5)含硫量低。

生物质燃料含硫量大多少于0.20%,燃烧时不必设置气体脱硫装置降低了成本,又有利于环境的保护。

2生物质燃料的燃烧过程生物质燃料的燃烧过程是强烈的化学反应过程,又是燃料和空气间的传热、传质过程。

燃烧除去燃料存在外,必须有足够温度的热量供给和适当的空气供应。

它可分作:预热、干燥(水分蒸发)、挥发分析出和焦碳(固定碳)燃烧等过程。

燃料送入燃烧室后,在高温热量(由前期燃烧形成)作用下,燃料被加热和析出水分。

随后,然料由于温度的继续增高,约250℃左右,热分解开始,析出挥发分,并形成焦碳。

气态的挥发分和周围高温空气掺混首先被引燃而燃烧。

一般情况下,焦碳被挥发分包围着,燃烧室中氧气不易渗透到焦碳表面,只有当挥发分的燃烧快要终了时,焦碳及其周围温度已很高,空气中的氧气也有可能接触到焦碳表面,焦碳开始燃烧,并不断产生灰烬。

从上述说明可以看出,产生火焰的燃烧过程为两个阶级:即挥发分析出燃烧和焦碳燃烧,前者约占燃烧时间的10%,后者则占90%。

生物质热解及其燃烧特性研究生物质热解是指将生物质输送至高温条件下加热，使得生物质的化学结构发生变化而产生可燃气体或液体燃料的过程。

生物质热解能够将大量的废弃生物质转变为有用能源，具备环保和可持续等优势，因此备受研究者的关注。

一、生物质热解原理生物质热解的原理是将生物质在缺氧或低氧气氛下加热，使得生物质的主要组分纤维素、半纤维素和木质素发生裂解以及氧化作用，生成液体燃料和气体燃料。

其中，主要有三个阶段：干燥、热解和气化。

在干燥阶段中，生物质中的水份被蒸发并且开始加热；在热解阶段中，生物质发生化学反应，产生液体、气体和固体的产物；在气化阶段中，热解产生的气体燃料被加热，产生更高能量的气体燃料或者燃料油。

二、生物质热解的适用范围生物质热解适用于各种类型的生物质，包括植物、动物残体、农作物残留物、废弃纸张、木材废料等等。

但由于不同类型的生物质性质不同，因此需要对生物质进行预处理，以增加生物质的易热解性。

例如，对于木材废料，可以通过切割、研磨或者漂白等处理方法提高其易热解性。

此外，不同类型的生物质还需要进行不同的加工和处理过程，以达到最佳的热解效果。

三、热解产物的分析热解产物主要包括气体燃料、液体燃料和固体炭块。

其中，气体燃料是最主要的产物，包括一氧化碳、氢气、甲烷等等。

液体燃料主要由碳氢氧化合物构成，例如醇类、酮类和酯类等等。

固体炭块是由生物质中的纤维素和半纤维素转化而成，其化学成分主要是碳和灰分。

分析这些热解产物的构成和性质，可以了解热解过程中的化学反应机制和化学性质，为后续的燃烧和利用提供基础数据。

四、燃烧特性的研究生物质热解的产品主要是气体、液体和固体炭块。

其中，固体炭块的燃烧最容易实现，因为它是由纤维素和半纤维素经过高温处理而成，燃烧可以产生更高的热值。

液体燃料和气体燃料的燃烧则需要特定的燃烧设备和适宜的燃料配方，以充分发挥其能源转换的潜力和优势。

各种生物质的热解产物具备不同的燃烧特性，包括燃烧速度、热值、火焰传播距离、排放物等等，这些特性的研究可以为生物质热解产品的进一步利用提供实验依据和基础数据。