炭供熱體組成和成型結(jié)構(gòu)對(duì)其供熱性能的影響研究.pdf

1、炭加熱型卷煙供熱體的燃燒及供熱性能直接決定了加熱非燃燒狀態(tài)下煙草原料化學(xué)組分釋放量，因此炭供熱體所用材料及成型后炭供熱體的燃燒特性對(duì)炭加熱型卷煙的感官質(zhì)量有著重要的影響，是該類卷煙產(chǎn)品研究的重點(diǎn)。本文以炭加熱型卷煙用供熱體為研究目標(biāo)，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　以煙草秸稈為生物質(zhì)碳源，系統(tǒng)地研究了不同水熱溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)煙桿水熱炭表觀形貌、化學(xué)組成、燃燒特性及燃燒動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)后煙桿的表觀形貌遭到嚴(yán)重

2、破壞，碳元素含量提高到46.5-65.2％，而氫和氧元素含量則分別降低至5.2-5.8%和16.2-42.1%；煙桿水熱炭具有較低的揮發(fā)分含量（42.4-75.7%），而固定碳含量（15.6-48.8%）和高位熱值（18.7-27.2 MJ·kg-1）均較高；煙桿水熱炭和煙桿本身的BET比表面積和孔容積均較小，燃燒過(guò)程中的失重率、燃燒溫度區(qū)間和燃燒特征溫度具有顯著差異；煙桿水熱炭在第二、三個(gè)燃燒溫度區(qū)間的活化能分別介于43.7-74.8

3、kJ/mol和46.7-85.8kJ/mol之間，而對(duì)于煙桿本身，分別只有46.1 kJ/mol和41.5 kJ/mol。以上結(jié)果說(shuō)明水熱反應(yīng)可以顯著提高煙桿作為燃料炭的潛在應(yīng)用價(jià)值，有助于為下一步炭供熱體的選材提供參考。
　　選用纖維素和煙梗作為碳源，分別在350℃、550℃、750℃和950℃下熱解制備得到熱解炭，通過(guò)組成和燃燒特性分析考察了熱解炭的燃燒特性。結(jié)果表明：隨著熱解溫度的提高，纖維素?zé)峤馓恐刑荚?、固定碳含量和高?/p>

4、熱值顯著升高，氫、氧元素和揮發(fā)分含量則明顯下降，燃燒特性曲線逐漸往高溫區(qū)移動(dòng)，著火溫度和燃盡溫度升高，燃燒失重及放熱區(qū)間變窄；對(duì)于煙梗熱解炭，隨著熱解溫度的提高，碳元素和固定碳含量升高，但較纖維素?zé)峤馓康奶荚睾凸潭ㄌ己康?；將上述幾種纖維素?zé)峤馓窟M(jìn)行相應(yīng)比例混合，能夠得到具有低引燃性、高放熱量、放熱區(qū)間寬且燃燒過(guò)程較穩(wěn)定的混合炭材料；不同熱解溫度得到的煙梗熱解炭燃燒特性曲線無(wú)明顯規(guī)律，燃燒區(qū)間較集中，不適合通過(guò)上述物理?yè)交斓姆椒▽?duì)混合

5、炭材料燃燒性能進(jìn)行調(diào)控。
　　建立并設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套實(shí)驗(yàn)室用小型炭供熱體成型工藝體系和一套可燃材料熱性能檢測(cè)裝置，提供了一種測(cè)定炭加熱型卷煙供熱體引燃溫度、燃盡溫度和燃燒持續(xù)時(shí)間的方法，彌補(bǔ)了目前對(duì)炭供熱體燃燒特征溫度檢測(cè)的空白。
　　選用木炭和竹炭、淀粉水熱炭（HTC-S）和煙桿水熱炭（HTC-TS）分別作為熱解炭和水熱炭材料代表，研究了原料組成和成型結(jié)構(gòu)對(duì)炭供熱體燃燒性能的影響。結(jié)果表明：兩種熱解炭材料的碳元素含量、固定碳

6、含量、高位熱值和著火溫度均顯著高于所用水熱炭材料，而氫、氧元素含量與水熱炭材料相比較低。用竹炭和木炭制備得到的供熱體著火溫度顯著高于HTC-S和HTC-TS制備得到的供熱體，且由可燃材料熱性能檢測(cè)裝置得到的炭供熱體著火溫度均高于熱重分析儀所測(cè)得的單組分炭材料，燃盡溫度、燃燒持續(xù)時(shí)間和燃燒最高溫度的變化趨勢(shì)一致，從高到低依次均為木炭供熱體、竹炭供熱體、淀粉水熱炭供熱體和煙桿水熱炭供熱體；不同成型結(jié)構(gòu)供熱體燃燒特性差異主要表現(xiàn)為：隨著供熱體