帽儿山典型森林可燃物热解特性及动力学研究

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本文通过热重分析法对黑龙江省帽儿山地区的12种草本、8种灌木和8种乔木可燃物进行热解特性和动力学研究,利用TG-DTG曲线分析了可燃物热解的基本过程,利用热解参数对不同植物可燃物热解特性作定量比较,采用分阶段一级反应动力学模型Coats-Redfern法求得相应的热解动力学参数活化能E和频率因子A。结果表明:空气气氛下所有的试样的热解均经历四个主要阶段,分别为失水阶段、综纤维素热解阶段、木素热解阶段和炭化阶段,综纤维素热解阶段和木质素热解阶段是热失重的主要阶段,失重量达到初始失重量的80%以上。其中,草本可燃物低温下热解反应比较复杂,这与较低温度下分解出苯乙醇抽提物有关。部分乔木可燃物在试验后期600~650℃出现了小幅度的失重现象,这与它本身化学成分有关。通过各热解特性参数比较,可以看出,草本可燃物中耧斗菜和芍药初始分解温度低,有焰燃烧剧烈、易挥发物质多、灰分含量小,这说明耧斗菜和芍药燃烧性好,抗火性差;山茄子和升麻在各项指标较低或最低,易燃性差,有焰燃烧不剧烈,灰分含量较多,说明燃烧性差,抗火性强,不易着火。其他草本介于耧斗菜和山茄子之间。灌木树种中胡枝子和翅卫矛各项参数表现较高,易燃性好,热稳定性能差;乌苏里鼠李各项指标表现中等偏下,相对于其它灌木抗火性能强,剩余树种燃烧性能一般。乔木树种中青楷槭树种在各项热解参数中,表现都较低或最低,失重速率比较缓慢,有焰燃烧最差,着火温度较高,说明燃烧性差,阻火性能较强,可以作为阻火优先筛选树种;紫椴易燃性强,有焰燃烧中等,无焰燃烧剧烈,相对于其它乔木叶片更易于燃烧;乔木树叶比树皮较易燃烧,树叶苯乙醇抽提物和粗脂肪含量比树皮高。利用整体活化能的大小来表示可燃物热解反应进行的难易热程度。草本可燃物的燃烧难易程度由高到低排序为:山尖子>蚊子草>福王草>芍药>耧斗菜>宽叶山蒿>羊胡苔草>掌叶铁线蕨>蔓假繁缕>山茄子>猴腿蹄盖蕨>升麻;灌木树种燃烧难易程度由高到低排序为卫矛>乌苏里鼠李>刺老芽>翅卫矛>狗枣猕猴桃>胡枝子>刺茶蔗子>五味子;乔木树种燃烧难易程度由高到低排序为青楷槭>糠椴>水曲柳>山桃稠李>裂叶榆>山杨>紫椴>蒙古栎。
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