生物质能是仅次于煤、石油、天然气的第四大能源，在世界能源消耗中占有一定的比例。随着人们对能源与环境的高度重视，高效、清洁的燃烧方式越来越受到人们的关注。有专家认为生物质能源将成为未来可持续能源的重要组成部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。由于生物质燃烧在C02总量上实现了零排放，消除了产生温室效应的根源。随着化石燃料的日益短缺和高新技术的发展，特别是生态环境的需要，世界各国相继进行了生物质能的开发和利用。但是由于生物质的发热量较低，单独使用时利用效率也较低，因此在一些欧美等发达国家近年来研究了将部分生物质与煤混合后加以燃烧利用的方法，这样既可以节约煤炭等化石燃料，使其更多地应用到化工工业中，同时也能降低C02等温室气体、解决农业废弃物的处理问题。吉林省是农业大省，玉米种植又是其中的重要组成部分，产生的玉米秸杆有的直接废弃于田地，有的被低效燃烧掉了，既造成能源的巨大浪费，也会产生环境污染。因此进行玉米秸杆与煤混合燃烧的特性研究，将有助于解决这一能源和环境问题。
热重分析已经被广泛地应用到燃料的热解及燃烧的研究工作中，是研究燃料热解特性及燃烧特性的重要分析手段。通过热重实验，可以得到失重率及失重速率与温度的关系，进而分析燃料热解与燃烧的基本特性及反应动力学的参数，为进一步的实际应用提供理论基础。本文以吉林市郊区的玉米秸杆与七台河煤为研究对象，分别作了单质煤和生物质以及两者不同混合比例的热重实验研究，分析了燃烧特性和燃尽特性，农作物秸秆可以经过
秸秆颗�；�或者
秸秆压块机压制成生物质成型燃料，生物质成型燃料与煤相比具有污染少、可再生等很多优点。
1、实验方法及设备
1.1实验样品
将玉米秸秆以及煤样经过干燥后制成标准试样，分别将玉米秸秆与煤的试样按照2:3、3:2的比例（以质量计）混合成二个混合燃料样，进行热重实验，同时对单一的煤样和玉米秸秆也进行了热重分析。
1.2实验方法及仪器设备
将实验样品置于热天平支架的坩埚内通以空气，按规定的升温速率进行升温，随着温度的升高样品发生重量变化，直至可燃物燃尽为止。
采用美国珀金埃尔默( Perkin Elmer)公司生产的Pyris - 1TGA热重分析仪进行燃烧特性实验，由计算机控制和采集数据，可以得到TC(热重)和DTG(微分热重)两条曲线。
试验条件为：升温速率：20℃/min;空气流量：60 mL/min;样品用量2.0 mg左右；温度范围：室温至800℃。
2、实验结果及分析
2.1热重实验的TG曲线和DTG曲线
在燃烧特性的热重实验中，可以得到在升温速率为20。C/min的情况下各种试样的TG曲线，对TG曲线的失重数据进行计算机微分处理，绘出微分热重曲线DTG，即试样的失重速率(AG/AT)随温度变化的曲线，各试样的TG与DTG曲线如图l、2所示。
在图1、2中的TG与DTG曲线中，玉米秸秆与煤混合的燃烧过程大致可以分为四个阶段，即脱水
干燥、挥发分的析出和燃烧、挥发分燃烧和焦炭表面燃烧并存的过渡阶段、焦炭的表面燃烧。
从TG曲线可以看出，单质的秸杆要比煤开始失重的点提前，而随着生物质比例的增加，也呈现出失重点提前的趋势，这说明加入生物质后使燃料更容易燃烧了。从DTG曲线可以看出，在玉米秸秆、玉米秸秆与煤混烧的情况下，其过程曲线一般出现三个尖峰或三个以上尖峰，在220℃出现一个小的尖峰，这是玉米秸秆挥发分开始析出。在320℃左右出现第二个峰，这个阶段是玉米秸秆挥发分的燃烧。第三个峰出现在500℃~ 650℃之间，这是焦炭表面燃烧。由此可见，混合燃烧明显分为两个阶段，即挥发分的燃烧阶段和焦炭的燃烧阶段；其尖峰形状随试样混合比例不同而相异。对于玉米秸秆来说，挥发分燃烧阶段的DTC曲线的峰值远大于焦炭燃烧阶段的DTG曲线的峰值，燃烧主要集中在较低的温度下，这是由于生物质中含有大量的挥发分，因而在燃烧初期，挥发分的大量析出，从而导致了挥发分燃烧阶段的形成。在煤和玉米秸秆混烧的情况下，随着煤掺混比例的增大(3：2)，燃烧逐渐集中于焦炭燃烧阶段；对于单一的煤燃烧来说，在DTG曲线上只有一个大的尖峰区域。
2.2混合燃料的燃烧特性分析
2.2.1着火特性分析
在燃料燃烧的过程中，挥发分的析出直接影响燃料的着火燃烧。影响挥发分析出的主要特性参数有：挥发分析出温度TO、挥发分最大释放速率(dC/d T)max、对应于(dG/d T)max的温度r。。。等。其中T0越小，则表明燃料的着火性能越佳；(dG/d T)m越大，表明挥发分释放程度越剧烈；rmax越小，则表明挥发分释放越快，此时燃烧就容易在较低的温度下进行。着火温度是燃料着火性能的主要指标，热重分析中着火温度的确定基本有三种：
(1)根据国际热分析协会的测试结果，有人认为，燃料在热天平中的着火温度可由微商热分析DTA曲线中吸热转变为放热的转折点来定义。
(2)着火温度由热重TG曲线与其基线的交点和DTA曲线由吸热到放热的转变点（二者对应同一温度）来同时确定。
(3)TG曲线下降段切线与基线交点所对应的温度定义为着火温度Ti。
本文采用第三种方法，把TC曲线上发生明显失重的曲线段的切线与燃料脱水干燥后的平滑基线的交点所对应的温度定义为着火温度。该点的温度可由计算机直接在TG曲线上作出。表l给出了上述几个特性参数的实验数据和计算结果，其中t1为对应于Ti的时间，t2为对应于的时间。
从表1的实验数据可以看出，玉米秸秆的着火温度远低于煤样的着火温度。单质的玉米秸秆燃烧时，T1为235℃左右，持续加热时间约为10 min；单质的煤燃烧时，Ti为475℃左右，持续加热时间约为22.8 min；在混烧煤和玉米秸秆（质量比2:3）时，Ti较接近于生物质燃烧时的温度，随着煤的掺混比例增大，质量比为3:2时，值有所增加，大约比单一玉米秸秆燃烧时高出90℃，但是比单一的煤燃烧时要低150℃。从(dG/d T)ma。的数据来看，玉米秸秆在较低温度(< 320℃)时，可剧烈地释放挥发分；在混烧时，(dG/d T)m所对应的温度也处在320℃左右。同时，从DTG曲线可以看出，在燃烧前期玉米秸秆的曲线峰狭长，峰值很高，表明其挥发分释放剧烈集中，因而着火最容易，而单质的煤燃烧时并无明显的挥发分析出峰，但在混烧时所形成的曲线峰类似于单质的玉米秸秆燃烧时的情况，只是峰值较低。这说明在煤中掺入玉米秸秆后，由于玉米秸秆中的挥发分在较低的温度下即可析出，因此改善了煤的着火性能。
2.2.2燃尽特性分析
将DTG曲线上燃烧后期初次为零附近的点作为燃尽点，取这点为G点。在G点以后，DTG曲线趋于平直，曲线波动于零值附近，因此本文将G点作为燃尽点，并用其来表征燃尽特性，G点所对应的燃烬温度、燃烬时间分别用来表示。表2给出了的实验数据。
对于燃尽点G来说，在煤中加入玉米秸秆后所需要的着火时间较之单质的煤来说有所减少，温度也有所降低。这是由于加入玉米秸秆后，使得着火燃烧得以在较短的时间、较低的温度下发生，从而延长了整个燃烧的温度区间，可以获得更好的燃尽特性。
从TG曲线和DTG曲线可以看出，对于单纯的玉米秸秆来说，在600℃以后，TG曲线趋于平直，DTG曲线波动于零值附近，说明可燃物已完全燃尽。为便于进行比较，本文分别做了在450℃、500℃、540℃下不同比例的试样与燃烬率的关系曲线，如图3所示。
从图3给出的同一温度下的各种试样的燃尽率来看，在煤中加入玉米秸秆后，在较低的温度下即可获得较好的燃尽性，混合燃料的燃尽率高于两种单一燃料的加权平均值。这是因为在煤中加入玉米秸秆后，燃烧的最大速率有前移的趋势，随着玉米秸秆所占比例的增加燃烬率也逐渐提高，而且燃尽所需的时间较煤来说缩短，燃烬温度降低。
3、结 论
(1)玉米秸秆与煤混合的燃烧过程大致可以分为四个阶段，即脱水干燥、挥发分的析出和燃烧、挥发分燃烧和焦炭表面燃烧并存的过渡阶段、焦炭的燃烧。
(2)玉米秸秆和煤相比具有较低的着火温度和较好的燃烧特性，在煤中掺人生物质后，可以改善煤的着火性能。
(3)单一玉米秸秆燃烧主要集中于挥发分燃烧阶段，在250℃~400℃之间，是挥发分的燃烧；而单一煤燃烧主要集中于焦炭燃烧阶段，温度范围是450℃一700℃之间。在玉米秸秆与煤混烧的情况下，燃烧过程明显地分成两个燃烧阶段，随着煤的混合比重加大，燃烧过程逐渐集中于焦炭燃烧。
(4)随着玉米秸秆在混合燃料中的比例增大，其燃烬率也增大，燃烬温度前移。
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