【摘要】 研究锥形量热仪对山毛榉/云杉/橡树/松树/白蜡烘焙木材的燃烧性能测试，揭示热通量对引发时间、放热率及燃烧效率的影响机制，为生物质能源储存安全提供数据支撑。

随着化石能源不可持续性问题凸显，可再生能源开发成为全球焦点。2015年全球可再生能源供应量达1823百万吨，其中63.7%来自固体生物燃料。烘焙木材作为煤炭替代燃料，通过200-300℃惰性气氛热解处理，显著提升能量密度和可磨性，成为生物质能源化的核心路径。

 

​燃烧机理与实验创新​

木材三大组分（半纤维素/纤维素/木质素）在热解中呈现阶梯式降解：

  • 200-225℃：半纤维素轻微失重
  • 250℃：纤维素开始降解
  • 275-300℃：剧烈热解阶段
    此过程伴随O/C比下降（羟基流失）及灰分增加，导致吸水率显著降低。

图1 锥形量热计原理图: 1-样品架、2-样品、3-引发器、4-锥形加热器、5-排气罩、6-燃气样品萃取、7-风机、8-燃气分析仪

实验采用创新紧凑样本（100×100×20mm³），突破传统粉尘燃烧研究局限，首次实现致密烘焙木材的锥形量热仪评估。

 

​关键树种实验结果​

选取斯洛伐克主要树种（山毛榉34.2%/云杉22.1%/橡树10.5%/松树6.6%）及白蜡木进行测试：

热通量(kW/m²)

平均燃烧效率

引发时间趋势

20

72%

显著延长

30

81%

中等

40

90%

急剧缩短
  • 临界热通量：4.67-15.2 kW/m²
  • 点火温度：277-452℃
    数据证实热通量提升可增强燃烧效率，但降低燃烧均匀性。

​

能源与安全双重价值​

实验结果对两方面产生直接影响：

1.能源生产​：90%燃烧效率证实烘焙木材在40kW/m²工况下的高效能量转化

2.​储存安全​：15.2kW/m²临界值提供防火设计基准，避免仓储过程热释放速率突变

研究填补烘焙木材贮存防火安全的数据空白，为生物质电厂燃料管理提供关键技术参数。

 

参考文献：1.Rantuch, P.; Martinka, J.; Ház, A. The Evaluation of Torrefied Wood Using a Cone Calorimeter. Polymers 2021, 13, 1748. https://doi.org/10.3390/polym13111748.

 

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