煤生物质混合物的热重和质谱 (TG-MS) 分析和动力学

近年来，可再生能源的燃烧和再燃烧因其燃料灵活性、高燃烧效率、高传热以及NOx、SOx和CO₂中性的低排放而受到关注。生物质可以转化为能源，被认为是一种潜在的可再生能源。因此，煤-生物质混合物被认为是共燃过程的另一种选择。在Kandasamy Jayaraman等人的研究中，研究了煤-生物质混合物（25、50和75 wt%）的热重和质谱（TG-MS）分析和动力学。所有实验均在20℃/min的加热速率和空气气氛下进行。测定了样品的反应区域、峰值和燃尽温度、质量损失、最大质量损失率、燃烧指数和残留物。

图1 煤和生物质样品的TG和DTG[1]

图1和图2介绍了煤的质量损失和导数特性；生物质及其混合物分别在20℃/min的空气气氛下。在所有研究的样品中，由于水分蒸发，初始质量损失阶段发生在室温至110℃之间，这取决于样品的性质。在该初始质量损失阶段之后，与原始煤和清洁煤样品的一个阶段相比，在生物质样品中观察到两个阶段的质量损失。生物质样品的第二阶段是由于半纤维素、纤维素和木质素的分解，而第三阶段是燃烧更复杂和热稳定的结构和焦炭氧化。

在原始煤和洁净煤样品中观察到的主要质量损失阶段是释放二氧化碳和氢气的初级碳化阶段。在煤-生物质混合物的情况下，观察到三个不同的质量损失阶段。正如预期的那样，在水分操作阶段之后，由于生物质燃烧，根据混合比（25、50和75wt%）发生了两个连续的阶段，而最后一个阶段主要是由于煤的燃烧。根据混合物浓度的不同，该阶段的一些质量损失是由于生物质含量造成的。通常，混合物的曲线峰值位于单个燃料（原始和清洁的coa）之间。

图2 空气气氛中原始煤和杨木混合物的TG-DTG曲线[1]

研究还基于其在150-750℃温度范围内的相对强度及其相关性，重点研究了煤-生物质混合物燃烧释放的主要挥发性产物，如H₂、O₂、CO、CO₂和碳氢化合物。COS的主要释放在分解阶段观察到，而SO₂的显著释放在燃烧阶段观察到。当生物质在煤-生物质混合物中的百分比增加时，最大质量损失率增加，表明样品的反应性更高。使用两种不同的方法（Arrhenius和Coats&Redfern）计算了煤-生物质混合物的动力学参数。共混物中的活化能和阿伦尼斯常数随着生物量比的增加而增加。

[1] Kandasamy Jayaraman, Mustafa Versan Kok, Iskender Gokalp, Thermogravimetric and mass spectrometric (TG-MS) analysis and kinetics of coal-biomass blends, Renewable Energy, Volume 101, 2017, Pages 293-300,

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