炭供熱體組成和成型結(jié)構(gòu)對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。本文以炭加熱型卷煙用供熱體為研究目標，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　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)時間對煙桿水熱炭表觀形貌、化學(xué)組成、燃燒特性及燃燒動力學(xué)的影響。結(jié)果表明：經(jīng)過水熱反應(yīng)后煙桿的表觀形貌遭到嚴重

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，而對于煙桿本身，分別只有46.1 kJ/mol和41.5 kJ/mol。以上結(jié)果說明水熱反應(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，著火溫度和燃盡溫度升高，燃燒失重及放熱區(qū)間變窄；對于煙梗熱解炭，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康停粚⑸鲜鰩追N纖維素?zé)峤馓窟M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明顯規(guī)律，燃燒區(qū)間較集中，不適合通過上述物理摻混的方法對混合

5、炭材料燃燒性能進行調(diào)控。
　　建立并設(shè)計開發(fā)了一套實驗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裝置，提供了一種測定炭加熱型卷煙供熱體引燃溫度、燃盡溫度和燃燒持續(xù)時間的方法，彌補了目前對炭供熱體燃燒特征溫度檢測的空白。
　　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裝置得到的炭供熱體著火溫度均高于熱重分析儀所測得的單組分炭材料，燃盡溫度、燃燒持續(xù)時間和燃燒最高溫度的變化趨勢一致，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