【摘 要】
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生物质材料是人类发展过程中所依赖的重要可再生能源,其储存和运输过程中存在的自燃灾害是阻碍生物质安全高效利用的潜在巨大风险。鉴于此,本文研究了典型生物质松木的自燃特性,并提出一种新的用于评价生物质自燃倾向性的方法。同时,使用化学试剂抑制生物质自燃过程,研究其低温和高温阻燃特性,对比和分析其阻化效果和阻燃机理。开展模拟试验验证了气体材料在生物质燃料灭火邻域的可行性与效果。程序升温氧化实验结果表明,CO
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生物质材料是人类发展过程中所依赖的重要可再生能源,其储存和运输过程中存在的自燃灾害是阻碍生物质安全高效利用的潜在巨大风险。鉴于此,本文研究了典型生物质松木的自燃特性,并提出一种新的用于评价生物质自燃倾向性的方法。同时,使用化学试剂抑制生物质自燃过程,研究其低温和高温阻燃特性,对比和分析其阻化效果和阻燃机理。开展模拟试验验证了气体材料在生物质燃料灭火邻域的可行性与效果。程序升温氧化实验结果表明,CO生成规律和样品所处温度相关联。在40-90℃之间,各样品CO浓度曲线基本不发生变化,说明在该温度段生物质样品几乎不产生CO气体。在90-200℃之间,CO浓度随温度的升高不同程度的增加,且都呈指数型函数增长。根据氧化动力学反应方程,以易自燃材料麻丝作为判定指标,以生物质低温氧化表观活化能作为自燃倾向性指标:E<70为易自燃;70≤E≤80为自燃;E>80为不易自燃。绝热氧化实验结果表明,粒径(0.18-4.00mm)、含水量(1%-30%)和通风速率(80-160ml/min)的改变均影响生物质氧化升温过程。其中,粒径较小和含水量较低的生物质氧化升温较快,也就是说发生自燃的可能性更高。此外,较低通风速率仅在低温阶段(<70°C)对生物质的自燃有促进作用。氧化特性分析表明选用的12种化学试剂对生物质自燃过程均具有阻化作用。同时,化学试剂抑制生物质自燃过程中的放热,导致部分样品在高温阶段依旧保持阻化性,不利于后续燃烧过程,比如C6H18O24P6、C18H22N2、Na H2PO2和Na H2PO4。化学试剂使得生物质内部的氧化反应所需能量增大,在40-200℃的缓慢氧化反应阶段尤为明显。综合评价,化学试剂Ca Cl2、Mg Cl2、C6H8O7和Na3PO4等材料更适宜作为阻化剂在现场应用。傅里叶变换红外光谱分析结果表明,化学阻化剂的使用显著的减少了C-O、C=O、C-H和-OH等关键活性基团的含量,从而抑制生物质和氧反应过程。化学阻燃机理主要包括:改变反应途径,减少挥发分物质产生;与活性金属离子生成沉淀,减弱金属离子氧化作用。物理模拟灭火实验结果表明,氮气/液氮、二氧化碳、七氟丙烷的灭火效率均优于自熄灭火。当生物质处于阴燃状态,七氟丙烷在5.5min内可以将温度下降到46.9℃;当燃料本身处于不完全燃烧或者未燃烧状态时,二氧化碳在7min内可以将温度下降到68.4-82.4℃,灭火性能明显优于其他灭火方式。
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