不同部位烟叶燃烧特性研究

通过建立的燃烧特性指数评价公式对不同部位烟叶的燃烧特性进行计算。对红花大金元橘色烟叶上、中、下部烟叶以10 K/min、20 K/min的升温速率在氮气和氮氧混合气氛围中进行热重分析，得出其TG和DTG曲线图。中部烟叶在不同氛围下10 K/min、20 K/min升温速率时的TG、DTG和Delta T曲线（图3-40所示）。

图3-40　中部烟叶在不同氛围下10 K/min和20 K/min升温速率时的TG、DTG和Delta T曲线

从图3-40的TG曲线中看出不同部位烟叶的TG和DTG曲线分为3个阶段。第1阶段为323～423 K，此阶段为水分的析出，主要在393 K之前。第2阶段为423～663 K，此阶段为主要挥发分的热解和燃烧阶段，此阶段气体的释放量最大。DTG曲线上有2个波峰，是挥发分的析出和燃烧；第1个波峰是小分子量物质的挥发，第2个波峰在573 K左右，是主要的热解区域，并在此处出现最大失重速率，同时有一定量的CO2和CO气体产物生成，这一阶段主要为生物质中的可溶物质和半纤维素的分解阶段，以及内部结合水的消除。热解反应下，随着各种物质相应析出，虽达到着火点，但由于缺氧而不出现气相火焰，热解反应的热分解速率低于燃烧反应中的热分解速率。第3阶段663～1 173 K，此阶段主要为炭化阶段。DTG曲线显示在第3阶段仍存在较大的热分解失重速率，可能由于氧气的存在使得在热解反应下缓慢炭化的高分子物质发生燃烧反应，从而DTG曲线中出现波峰，同时也说明在氮氧混合气氛围中进行的燃烧反应比在氮气氛围中的热解反应更强烈更彻底。烟草热解会分解为三种形态的物质，一部分是常温下的易挥发的简单气体，如CO、H2、CO2、CH4等；另一部分则在常温下凝结成液体，其中包括水分子和各种较大分子的烃类物质，我们一般称之为焦油［18］；剩余部分为固定碳和灰分，以固体形式存在。由于烟草在不同的温度条件和加热速度下，可以沿不同的路线分解，形成产物和组分比例不同的物质。因此，烟草原料的热分解成分不具备唯一性。从表3-13中可以看出，在不同的氛围和升温速率下烟叶的燃烧特性指数Sn（中部）>Sn（下部）>Sn（上部），即在不同氛围和升温速率下中部烟叶的燃烧性能最佳。升温速率对燃烧特性的影响，规律为随着升温速率的增加，各个阶段的起始和终止温度向高温侧轻微移动。这是因为热解反应过程随升温速率的增加，缩短了达到热解温度所需时间，有利于热解；且在相同时间下造成样品外层与内部间温度梯度的增加，导致滞后现象的出现，曲线向高温侧移动。气体氛围对燃烧特性的影响，规律为静态气氛时产物来不及扩散，分压升高，反应移向高温方向；动态气氛时产物不能逐渐聚集，受产物分压影响明显减弱［19］。

表3-13　烟叶不同部位的燃烧特性指数

（1）着火特性(www.xing528.com)

着火特性主要由均相着火、非均相着火、联合着火来反映各种条件下的着火情况。着火温度是着火性能的一项重要判别指标。着火温度不仅仅反映燃料本身的特性，还与燃烧环境的变化有关。着火温度越低，着火特性越好，即材料越容易着火。

（2）燃尽特性

对于烟草而言，热解反应挥发部分的释放和燃烧反应的燃烧过程非常激烈，非均相过程相对比较缓慢，造成了烟草燃烧反应阶段性的缺氧。从表3-13可以看出对于燃尽温度中部烟叶小于上部和下部烟叶，说明中部烟叶的燃尽特性最佳。总结燃烧特性得出上部烟叶的燃尽温度最大、反应时间最久、燃尽特性最差。为更好地研究试样的燃烧特性指数和燃尽特性，现分析其表观活化能，系统全面地反映试样燃烧反应过程的变化。Ozawa法处理烟叶573～773 K温度段得出活化能数据如表3-14所示:

表3-14　表观活化能

对于热解和燃烧反应，活化能反映试样在初始阶段所需吸收的热量，因此活化能与着火温度均反映燃烧性能，但活化能比着火温度更能从本质上描述燃烧过程。从表3-13得出中部烟叶的着火温度最小，同时结合表3-14得出中部烟叶的活化能最小，说明中部烟叶发生反应所需吸收的能量较少，即较少的能量就能使中部烟叶进行热解和燃烧反应；而上部和下部烟叶则相对需要提供更多的能量才能进行热解和燃烧反应。