牛糞摻混玉米秸稈燃燒特性和動(dòng)力學(xué)分析

摘 要：為充分利用生物質(zhì)廢棄物，采用熱重實(shí)驗(yàn)研究牛糞摻混玉米秸稈的燃燒特性和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明，所有樣品燃燒過(guò)程均可劃分為脫水、揮發(fā)分析出與燃燒、固定碳燃燒３個(gè)階段。玉米秸稈的摻混可降低牛糞的著火和燃盡溫度、提高燃燒特性參數(shù)。通過(guò)４種動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算出不同摻混比不同反應(yīng)階段的活化能，其中FWO模型相關(guān)性最高。綜合燃燒特性和動(dòng)力學(xué)分析可知，當(dāng)牛糞與玉米秸稈質(zhì)量比為6∶4時(shí)樣品的綜合性能表現(xiàn)較好。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能；動(dòng)力學(xué)；燃燒；熱重分析；多種燃料燃燒；牛糞；玉米秸稈

中圖分類號(hào)：TK6" " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0629

文章編號(hào)：0254-0096（2024）08-0635-08

1. 河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，天津 300401；

2. 天津城建大學(xué)能源與安全工程學(xué)院，天津 300384；

3. 西藏農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院，林芝 860000

0 引 言

中國(guó)每年可產(chǎn)生14億t牛糞和大量生物質(zhì)秸稈［1］，這些生物質(zhì)廢棄物可通過(guò)生物化學(xué)轉(zhuǎn)化［2］和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化［3］兩種方法加以利用，后者處理效果顯著并可產(chǎn)生生物炭［4］、生物油［5］、熱解氣［6］等一系列副產(chǎn)品。動(dòng)力學(xué)分析是探究熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的一種有效方法，已有眾多學(xué)者分別對(duì)牛糞［7］和玉米秸稈［8］進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究。近年來(lái)有關(guān)生物質(zhì)混燒及共熱解的研究逐漸成為熱點(diǎn)。史志慧等［9］通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明煤矸石與葵花秸稈4∶1摻混（質(zhì)量比）時(shí)可有效降低污染物排放；趙亞斌等［10］研究表明在煤矸石中摻混少量葵花秸稈和玉米秸稈可顯著降低活化能；劉曉鋒等［11］分析得出麥稈與褐煤質(zhì)量比5∶5時(shí)抑制作用最弱；張心怡等［12］提出蘆葦和塑料共熱解最佳摻混比（質(zhì)量比）為5∶5。理論上兩種不同物質(zhì)由于組分的不同，在燃燒或熱解時(shí)中間產(chǎn)物會(huì)對(duì)后續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生抑制或促進(jìn)效果［13］，因此牛糞中摻混玉米秸稈的燃燒特性和動(dòng)力學(xué)分析有待進(jìn)一步研究和討論。

本文采用熱重分析儀在空氣氛圍下對(duì)牛糞和玉米秸稈及其不同混合比例的樣品進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，然后根據(jù)熱失重曲線分析反應(yīng)過(guò)程并計(jì)算燃燒特性參數(shù)，采用FWO、KAS、Friedman和Kissinger方法這4種動(dòng)力學(xué)模型來(lái)探究不同階段的動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律，以期為高效利用牛糞和玉米秸稈提供理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 材料和實(shí)驗(yàn)步驟

本研究選取的牛糞和玉米秸稈取自西藏林芝市，兩種材料晾曬后放入105 ℃電熱恒溫干燥箱中干燥至恒質(zhì)量，粉碎研磨后過(guò)100目篩，密封備用。分別用NF和YM表示牛糞和玉米秸稈，用H1、H2、H3、H4、H5表示牛糞和玉米秸稈的質(zhì)量比為7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、7∶3的混合試樣。

按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)利用元素分析儀和工業(yè)分析儀對(duì)制備的樣品進(jìn)行測(cè)試，獲得樣品的物理化學(xué)性質(zhì)；熱重實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)PerkinElmer公司生產(chǎn)的STA-6000型同步TG-DSC熱分析儀，由于較低升溫速率下生物質(zhì)失重分區(qū)較為明顯，因此升溫速率設(shè)為10、20、30和40 ℃/min；為保證樣品充分反應(yīng)，溫度范圍設(shè)定為30～900 ℃，溫度達(dá)到30 ℃之前通入高純N2（99.99%）作為保護(hù)氣，當(dāng)溫度達(dá)到30 ℃之后，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開始通入空氣進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，2種氣體壓力均為0.2 MPa，流量均為19.8 mL/min。

1.2 燃燒特性參數(shù)計(jì)算

利用熱重分析法［14］在熱重-微商熱重（TG-DTG）曲線基礎(chǔ)上獲得樣品的著火溫度[Ti]、燃盡溫度[Tb]、最大燃燒速率溫度[Tm]、最大燃燒速率[vm]、殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)[ε]，通過(guò)以上參數(shù)依據(jù)式（1）～式（2）計(jì)算出平均燃燒速率[v]和燃燒特性綜合指數(shù)[S]。

[v=β×εi-εbTb-Ti] （1）

[S=vmvT2iTb] （2）

式中：[β]——升溫速率；[εi]、[εb]——著火溫度點(diǎn)和燃盡溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的樣品剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3 動(dòng)力學(xué)方法

動(dòng)力學(xué)參數(shù)主要包括與模型無(wú)關(guān)的活化能（[E]）和指前因子（[A]）。活化能指反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)所需的能量，指前因子代表單位時(shí)間內(nèi)為獲得反應(yīng)發(fā)生的正確方向而產(chǎn)生的碰撞次數(shù)，其動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)學(xué)方程為：

[α=m0-mm0-mf×100%] （3）

式中：[α]——轉(zhuǎn)化率；[m0]、[m]、[mf]——初始質(zhì)量、瞬時(shí)質(zhì)量、最終質(zhì)量，mg。

[dαdt=k（T）f（α）] （4）

[k（T）=Aexp-EαRT] （5）

式中：[f（α）]——關(guān)于轉(zhuǎn)化率的動(dòng)力學(xué)模型；[k（T）]——化學(xué)反應(yīng)常數(shù)關(guān)于溫度的模型；[Eα]——轉(zhuǎn)化率為[α]時(shí)的活化能，kJ/mol；[R]——?dú)怏w常數(shù)；[T]——絕對(duì)溫度，K。

由式（4）、式（5）可知：

[dαdt=Aexp-EαRTf（α）] （6）

[T=T0+βt] （7）

式中：[T]、[T0]——瞬時(shí)和初始絕對(duì)溫度，K；[t]——反應(yīng)時(shí)間，min。 結(jié)合式（6）、式（7）可知：

[dαdT=Aβexp-EαRTf（α）] （8）

式（8）分離變量后兩邊積分可得：

[0αdαfα=0TAβexp-EαRTdT] （9）

因?yàn)閇0T0Aβexp-EαRTdT=0]，所以有：

[g（α）=T0TAβexp-EαRTdT] （10）

本文采用Flynn-Wall-Ozawa（FWO）、Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）、Friedman和Kissinger這4種轉(zhuǎn)換模型方法從熱重分析儀（TGA）數(shù)據(jù)中確定活化能[Eα]和指前因子[A]，這4種模型在一定加熱速率下，轉(zhuǎn)化率都僅是溫度的函數(shù)，而[f（α）]保持不變。

1.3.1 FWO法

[lnβ=lnAαREαg（α）-5.331-1.052EαRTα] （11）

式中：[Tα]——轉(zhuǎn)化率為[α]時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度，K。

以[1000/T]為橫坐標(biāo)繪制[lnβ]的散點(diǎn)圖，根據(jù)擬合直線的斜率[-1.052Eα/R]計(jì)算活化能。

1.3.2 KAS法

[lnβT2α=lnAαREαg（α）-EαRTα] （12）

在不同轉(zhuǎn)化率下，以1000/T為橫坐標(biāo)繪制ln（β/Tα2）的散點(diǎn)圖，根據(jù)擬合直線斜率[-Eα/R]計(jì)算活化能。

1.3.3 Friedman法

[lndαdt=lnAαf（α）-EαRTα] （13）

在不同轉(zhuǎn)化率下，以[1000/T]為橫坐標(biāo)繪制[ln（dα/dt）]的散點(diǎn)圖，根據(jù)擬合直線斜率[-Eα/R]計(jì)算活化能。

1.3.4 Kissinger法

[lnβT2P=lnARE-EαRTP] （14）

2 結(jié)果和分析

2.1 成分分析

經(jīng)烘干后樣品的理化性質(zhì)結(jié)果如表1所示。由表1可知，牛糞和玉米秸稈元素都以C、O元素為主，且玉米秸稈高于牛糞，牛糞中N元素含量高于玉米秸稈，H、S兩種元素含量相差不大。與其他學(xué)者研究的理化特性結(jié)果對(duì)比可知，牛糞樣品中的H、C、N、S元素含量相差不大，玉米秸稈樣品中的元素含量有較小區(qū)別。工業(yè)分析結(jié)果顯示，相比于玉米秸稈，牛糞中的灰分含量較高，揮發(fā)分、固定碳含量較低，這主要是因?yàn)榕＜S中含有較多的無(wú)機(jī)物。兩種樣品由于經(jīng)過(guò)烘干至恒重處理，因此只含有微量水分，與其他學(xué)者工業(yè)分析結(jié)果相差不大。

2.2 燃燒特性曲線分析

2.2.1 牛糞、玉米單獨(dú)燃燒特性分析

牛糞樣品在不同升溫速率下的熱失重分析（thermogravimetric，TG）和微分熱失重分析（derivative thermogravimetric，DTG）曲線如圖1所示。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，牛糞燃燒過(guò)程根據(jù)曲線變化趨勢(shì)可分為脫水、揮發(fā)分析出與燃燒、固定碳燃燒3個(gè)階段，劉玉龍等［16］通過(guò)對(duì)牛糞的熱解特性分析也得到了這3個(gè)階段。

第1階段（30～185 ℃）為脫水階段，TG曲線緩慢下降，失重量約占樣品質(zhì)量的4%，DTG曲線呈現(xiàn)出兩個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的失重峰，第1個(gè)失重峰對(duì)應(yīng)溫度為30～120 ℃，在這個(gè)過(guò)程中牛糞中的自由水和少量結(jié)合水受熱揮發(fā)；第2個(gè)失重峰對(duì)應(yīng)溫度為120～185 ℃，此過(guò)程中牛糞中的結(jié)合水和少量脂溶性物質(zhì)受熱揮發(fā)。第2階段（185～610 ℃）為揮發(fā)分析出與燃燒階段，TG曲線迅速下降，失重量約占樣品質(zhì)量的66%，DTG曲線中約在316 ℃呈現(xiàn)出一個(gè)大的失重峰，10 ℃/min升溫速率下最大失重速率為7.6%/min，此階段牛糞中的脂溶性物質(zhì)、半纖維素、纖維素、木質(zhì)素等［7，19］主要揮發(fā)分發(fā)生分解反應(yīng)，裂解成小分子氣體參與燃燒反應(yīng)。第3階段（610～900 ℃）為固定碳燃燒階段，TG曲線顯示失重速率逐漸放緩，總失重占比達(dá)5%，715 ℃時(shí)，DTG曲線出現(xiàn)一個(gè)失重峰，該峰主要為牛糞中的礦物質(zhì)進(jìn)行分解反應(yīng)以及部分固定碳進(jìn)行燃燒反應(yīng)［7，20］，最終樣品剩余質(zhì)量占比約為24%。

玉米秸稈在不同升溫速率下的TG-DTG曲線如圖2所示。觀察結(jié)果顯示，玉米秸稈的燃燒過(guò)程可細(xì)分為3個(gè)階段：初期的脫水干燥階段（30～140 ℃），隨后的揮發(fā)分釋放燃燒階段（140～360 ℃）以及最后的固定碳燃燒階段（360～900 ℃），3個(gè)階段的溫度范圍與代敏怡等［17］的研究結(jié)果基本相同。

第1階段，樣品由于吸熱內(nèi)部大量的自由水和少量結(jié)晶水蒸發(fā)，導(dǎo)致樣品失重，TG曲線呈緩慢下降趨勢(shì)，失重量約占樣品總質(zhì)量的3%，DTG曲線約在100 ℃出現(xiàn)一個(gè)失重峰。第2階段，樣品中的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素［21］隨溫度的升高逐步發(fā)生熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量揮發(fā)分氣體，在有氧模式下產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，因此在TG曲線呈現(xiàn)出快速下降的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)DTG曲線出現(xiàn)明顯的失重峰，此過(guò)程樣品失重率達(dá)到65%，10 ℃/min最大失重速率為12.3%/min，對(duì)應(yīng)溫度為284 ℃。一方面，揮發(fā)分的燃燒為第3階段固定碳的燃燒提供了溫度條件；另一方面，揮發(fā)分氣體又阻礙了氧氣的擴(kuò)散過(guò)程，使固定碳產(chǎn)生著火延遲現(xiàn)象，因此TG曲線呈先緩慢后快速下降的趨勢(shì)，失重率為25%，DTG曲線約在405 ℃呈現(xiàn)一個(gè)失重峰。

對(duì)比不同升溫速率下牛糞和玉米秸稈的TG-DTG曲線，可觀察到4種升溫速率下熱失重趨勢(shì)大致相同，升溫速率會(huì)影響熱失重速率，升溫速率越快，熱失重速率越大，3個(gè)階段的溫度范圍相應(yīng)前移，曲線波峰呈右移現(xiàn)象。從傳熱學(xué)角度分析，升溫速率越大，樣品受熱越不均勻，揮發(fā)分越不易析出，產(chǎn)生了熱滯后現(xiàn)象［22］。與玉米秸稈不同，升溫速率對(duì)牛糞的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響較大，升溫速率越快牛糞的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高。

2.2.2 牛糞玉米不同摻混比例燃燒特性分析

圖3a～圖3e分別為H1、H2、H3、H4、H5樣品以10、20、30、40 ℃/min不同升溫速率進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)得到的TG-DTG曲線。從圖3可觀察到，與兩種樣品單獨(dú)燃燒反應(yīng)相同，不同摻混比例的樣品均可根據(jù)溫度劃分為脫水、揮發(fā)分析出與燃燒、固定碳燃燒3個(gè)階段。第1階段受到玉米秸稈輕微影響，隨著玉米秸稈含量的增加，DTG曲線第2個(gè)肩峰逐漸平緩直至消失，脂溶性物質(zhì)揮發(fā)減少，水分蒸發(fā)主要受限于升溫速率，升溫速率越大水分蒸發(fā)越快。第2階段溫度范圍隨玉米秸稈的摻混逐漸前移，失重速率緩慢增大，同時(shí)升溫速率的增大加快了揮發(fā)分析出和燃燒。玉米秸稈的摻混對(duì)第3階段影響最明顯，肩峰愈加陡峭，這是由于玉米秸稈中的固定碳高于牛糞，灰分含量低于牛糞，玉米秸稈的加入使第3階段固定碳燃燒充分，殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少。

綜上，玉米秸稈的摻混對(duì)牛糞的燃燒過(guò)程產(chǎn)生了一定影響。圖3f為10 ℃/min升溫速率下不同摻混比例的TG-DTG曲線。隨著玉米秸稈摻混比例的增加，第3階段DTG肩峰愈加明顯，燃盡溫度降低，DTG曲線峰值對(duì)應(yīng)溫度呈向左移動(dòng)的趨勢(shì)，第2、3階段的最大失重速率逐漸增大，溫度相應(yīng)降低，混合物的TG、DTG曲線都表現(xiàn)出向玉米秸稈單獨(dú)燃燒靠攏的趨勢(shì)，表明混合物的燃燒性能逐漸變好，二者在熱失重過(guò)程中存在協(xié)同效應(yīng)。這是因?yàn)橛衩捉斩挼膿交焯岣吡嘶旌衔镏袚]發(fā)分的含量，揮發(fā)分的充分燃燒為第3階段焦炭燃燒創(chuàng)造了理想條件，同時(shí)也降低了殘余物的比重。

2.3 燃燒特性參數(shù)分析

以10 ℃/min的升溫速率為例，探究不同摻混比例對(duì)燃燒特性的影響，牛糞和玉米秸稈及其不同摻混比的燃燒特性參數(shù)如表2所示。隨著玉米秸稈在混合物中比例的增加，觀察到樣品的著火溫度約在260 ℃有所浮動(dòng)，呈先降后升的趨勢(shì)，且都低于牛糞單獨(dú)燃燒，說(shuō)明摻混玉米秸稈可促進(jìn)牛糞提前燃燒，這是因?yàn)橄啾扔谂＜S，玉米秸稈中的揮發(fā)分更易析出，析出后的氣體進(jìn)一步燃燒促進(jìn)了整體反應(yīng)向低溫區(qū)發(fā)展。樣品的平均燃燒速率、燃燒特性綜合指數(shù)增大，燃盡溫度、殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，進(jìn)一步說(shuō)明了在牛糞中添加玉米秸稈可提高燃燒性能。隨著玉米秸稈比例的增加，第2階段揮發(fā)分燃燒愈加充分，使固定碳可與氧氣充分接觸［23］，加快第3階段反應(yīng)速度，促進(jìn)整體燃燒反應(yīng)。

2.4 動(dòng)力學(xué)分析

根據(jù)不同升溫速率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用FWO、KAS、Friedman、Kissinger這4種無(wú)模型方法計(jì)算牛糞、玉米秸稈及其混合物的動(dòng)力學(xué)參數(shù)以獲得活化能和指前因子。樣品在反應(yīng)初始和結(jié)束階段不穩(wěn)定，因此本文進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算時(shí)轉(zhuǎn)化率α取值范圍選擇為0.1～0.9，增量為0.1。

2.4.1 牛糞、玉米秸稈單獨(dú)動(dòng)力學(xué)分析

牛糞樣品動(dòng)力學(xué)擬合直線如圖4所示。表3為計(jì)算得到的牛糞動(dòng)力學(xué)參數(shù)，其擬合直線的R2均較高，數(shù)據(jù)可信。

基于FWO、KAS、Friedman、Kissinger法計(jì)算得到的牛糞平均活化能分別為132.28、125.03、116.43和237.25 kJ/mol，前3種方法計(jì)算得到的活化能相差不大，且變化趨勢(shì)一致。相對(duì)而言，Kissinger法得到的平均活化能普遍較高。反應(yīng)開始時(shí)活化能較高，此時(shí)牛糞中的水分蒸發(fā)吸熱，大分子物質(zhì)受熱分解為小分子氣體，需輸入較高的能量，隨后活化能開始降低，轉(zhuǎn)化率達(dá)到約0.3時(shí)活化能最大，當(dāng)[0.1≤α≤0.3]時(shí)，牛糞中的脂溶性物質(zhì)、半纖維素因其分子鏈結(jié)構(gòu)聚合度較低所需能量較少首先發(fā)生熱分解，隨后纖維素和木質(zhì)素開始分解，這兩種物質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，需輸入更多能量，因此在轉(zhuǎn)化率為0.3時(shí)活化能最大。

玉米秸稈樣品動(dòng)力學(xué)擬合直線如圖5所示，4種方法的動(dòng)力學(xué)參數(shù)如表4所示，其擬合直線的R2均較高，平均活化能值分別為160.86、159.46、165.70和212.43 kJ/mol，對(duì)比不同轉(zhuǎn)化率時(shí)活化能可知，活化能呈先增大后減小的現(xiàn)象，反應(yīng)初始階段活化能較高，玉米秸稈整個(gè)過(guò)程中所需平均活化能高于牛糞。

揮發(fā)分析出階段需吸收大量能量，此時(shí)牛糞活化能高于玉米秸稈，表明相比于玉米秸稈，牛糞樣品揮發(fā)分不易析出，此階段是限制樣品燃燒的主要時(shí)期，產(chǎn)生的揮發(fā)分參與燃燒反應(yīng)，形成包絡(luò)火焰提高了焦炭溫度，為樣品燃燒提供了有利條件。兩種樣品小分子氣體析出后參與燃燒反應(yīng)，此時(shí)小分子氣體差別不大且易燃燒，導(dǎo)致兩者活化能基本相同。固定碳燃燒階段在時(shí)間上占整個(gè)燃燒反應(yīng)的絕大部分，牛糞樣品因灰分含量較高，固定碳燃燒不明顯，并無(wú)需提供過(guò)多能量，玉米秸稈固定碳燃燒現(xiàn)象更加明顯，使得反應(yīng)后半段活化能相對(duì)較高，整體計(jì)算得到的平均活化能更高。

2.4.2 牛糞玉米秸稈不同摻混比動(dòng)力學(xué)分析

圖6a～圖6e為不同摻混比樣品動(dòng)力學(xué)模型活化能隨轉(zhuǎn)化率的散點(diǎn)圖。結(jié)果表明，不同摻混比時(shí)活化能呈先增后減的趨勢(shì)，結(jié)合圖6f不同摻混比表觀活化能結(jié)果，說(shuō)明在牛糞中摻混一定比例的玉米秸稈對(duì)反應(yīng)進(jìn)程中的活化能會(huì)產(chǎn)生一定影響。隨著玉米秸稈摻混比例的增加，樣品活化能呈先升高后降低再升高的變化趨勢(shì)，這表明在牛糞中加入適當(dāng)?shù)挠衩捉斩捒商岣呷剂系姆磻?yīng)活性，這是由于兩種物質(zhì)混合后，玉米秸稈中的揮發(fā)分較易析出，進(jìn)而在有氧模式下加速牛糞揮發(fā)分釋放與第3階段固定碳燃燒，相應(yīng)作用促進(jìn)了整體反應(yīng)進(jìn)程。圖6曲線走向顯示，當(dāng)牛糞和玉米秸稈摻混比例為6∶4時(shí)反應(yīng)的活化能較低，在此摻混比例下，整個(gè)反應(yīng)僅需提供最少能量便可使混合樣品更快析出揮發(fā)分且促進(jìn)固定碳的燃燒，綜合上述TG-DTG曲線可推斷此摻混比例較為理想。

3 結(jié) 論

本文采用TGA研究牛糞、玉米秸稈及其不同摻混比例的燃燒熱失重特性，牛糞燃燒過(guò)程分為脫水階段（30～185 ℃）、揮發(fā)分析出與燃燒階段（185～610 ℃）、固定碳燃燒階段（610～900 ℃）3個(gè)階段，玉米秸稈燃燒過(guò)程也可分為3個(gè)相同階段，對(duì)應(yīng)的溫度范圍分別為30～140 ℃、140～360 ℃、360～900 ℃，玉米秸稈的摻混使第1階段失水過(guò)程輕微變化，第2階段溫度范圍前移，第3階段失重速率加快，玉米秸稈的加入顯著促進(jìn)了揮發(fā)分的析出和固定碳的燃燒，兩種樣品存在協(xié)同效應(yīng)，在牛糞中添加玉米秸稈降低了牛糞的著火溫度、燃盡溫度和殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高了牛糞平均燃燒速率和燃燒特性綜合指數(shù)，顯著改善了牛糞的燃燒性能。4種動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得到的活化能存在細(xì)微差異，其中FWO法擬合直線相關(guān)系數(shù)最高，計(jì)算得到的活化能牛糞、玉米、H1、H2、H3、H4、H5分別為132.28、160.86、153.85、131.05、170.30、153.06和139.75 kJ/mol。結(jié)合活化能和燃燒特性參數(shù)等結(jié)果可知，摻混比為m（牛糞）∶m（玉米）=6∶4時(shí)樣品的綜合性能表現(xiàn)較好。

［參考文獻(xiàn)］

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COMBUSTION CHARACTERISTICS AND KINETIC ANALYSIS OF

COW MANURE MIXED WITH CORN STRAW

Liu Liansheng1，Liang Xiaohu1，Li Jifeng1，Wang Dongji2，Luo Hongying3，Ren Shuo3

（1. School of Energy and Environmental Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China；

2. School of Energy and Safety Engineering， Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384， China；

3. School of Hydraulic and Civil Engineering， Tibet Agricultural and Animal Husbandry University， Linzhi 860000， China）

Abstract：In order to fully utilize biomass waste， the combustion characteristics and kinetic parameters of corn straw mixed with cow manure were investigated using thermo-gravimetric analysis experiments. The results indicate that the combustion process of all samples can be divided into three stages： dehydration， volatilization and combustion， and fixed carbon combustion. The addition of corn straw reduces the ignition and burnout temperature of cow manure and improves the combustion characteristic parameters. The activation energy of different reaction stages for different mixing ratios were calculated using four kinetic models， with the FWO model showing the highest correlation. Based on the comprehensive analysis of combustion characteristics and kinetic parameters， it is found that the sample with a cow manure：corn straw ratio of 6∶4 showes better overall performance， which provides reference for the subsequent research of combustion utilization of cow manure and corn straw.

Keywords：biomass energy； kinetics； combustion； thermogravimetric analysis； multiple fuel firing； cow manure； corn straw