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生物质混合物与不同煤化程度煤共热解中协同特性的试验研究 木屑金沙平台|金沙9170手机版|秸秆9170官方金沙|木屑制粒机|生物质金沙平台|金沙9170平台 / 14-02-27

0引言
    随着化石燃料的日益短缺,生物质能的开发和利用已经引起世界各国的高度重视。生物质与煤混合燃烧发电和热解转化技术是大规模有效利用生物质能的有效途径之一,可降低C02等温室气体及NOx、S02的排放。
    生物质通常为木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。生物质的利用转化方式主要有热化学法、生物化学法及提取法。
    在生物质热化学转化过程中,热解起着重要的作用。热解是指在没有气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下,通过热化学转化,生成固体、液体和气体产物的过程。生物质热解过程是一个复杂的过程,影响生物质热解的运行参数有终端温度、加热速率、压力和滞留时间、生物质金沙性质及其灰成分等,金沙9170平台生产销售金沙9170手机版秸秆9170官方金沙木屑金沙平台等生物质燃料成型机械设备。
1、生物质与煤的混合物共热解研究现状
    在生物质与煤共热解过程中,生物质的热解总是在煤热解之前发生,因此,生物质热解的过程与产物是否对后续煤的热解产生影响,以及热解工艺参数的选取和设备的设计等,均成为该领域基础研究的重要课题。近年来,国内外一些研究者对生物质和煤的混合物共热解中的协同反应进行了研究。文献在共热解过程中发现其无明显协同反应;文献却得出在共热解过程中存在协同反应的结论。等人采用固定床和流化床反应器研究煤和生物质共热解,发现在这2种反应器中焦油和挥发分有一些差别,但不足以证明它们之间有协同反应。而在用波兰煤和森林残余物共热解时发现,森林残余物的半焦超过了煤半焦,混合物中有30%是煤半焦,是单独煤热解产生半焦的3倍,认为可能存在协同反应,推测是白桦中的矿物质(较高的钾)对煤热解产生了催化作用。文献用锯末、稻壳和大同煤按不同比例混合,得到共热解的转化率为煤与生物质各自转化率之和的结论;文献利用慢速加热方法进行煤与生物质共热解,煤开始热解时,生物质已基本上完全热解,2者之间难以产生协同反应,认为煤不能有效地利用生物质中富裕的氢。国外学者采用热重分析仪和不同类型的反应器在单一生物质与单一煤种共热解方面做了大量的研究,但对协同反应的机理认识尚有所不同。
    由于生物质资源具有种类多、分散、季节性强等特点,在现有的燃煤发电装置上不太可能只利用某一种生物质,多种生物质的混合物将是大规模利用生物质能的有效途径,也可以克服某一种生物质的缺点(热值低、易结焦等1。因此,本文选取了有代表性的木材、林业废弃物、农业废弃物、草本类植物等多种生物质的混合物,研究其与不同煤化程度煤共热解特性,寻找不同类生物质混合物在热解过程中能否与煤产生协同怍用,确定合理的生物质与不同煤化程度煤共热解掺混比例,并探讨其可能的机理。
2、生物质混合物与不同煤化程度煤的成分分析及热解试验
    本文选取的生物质混合物(以下简称生物质)由华北地区常见的木屑(杨木和松木)、沙柳枝和叶、旱柳枝和叶、紫花苜蓿、芦苇、秸秆、稻壳、玉米芯、碱草等13种农业和林业废弃物、草木类及不同生长期的薪炭林等生物质按相同比例混合。试验所用褐煤、烟煤与贫煤分别取自电厂煤粉仓。试验样品均为风干后的样品。元素分析采用德国Vario ELIII元素分析仪,工业分析、发热量按ASTM有关行业标准进行。生物质和不同煤化程度煤工业分析和元素分析见表1。
    由表1可知,生物质密度较小,约为煤的1/2或更小,生物质挥发分约为褐煤、烟煤的2倍,贫煤的6倍,较煤着火容易;生物质灰分含量为贫煤的1/5;N、S含量接近褐煤的1/10。
    试验采用美国TA公司TGA2050型热重分析仪研究混合生物质与不同煤化程度煤共热解过程,最高温度1000℃,最大样品质量19,升温速率0.1-50℃/min,N2流量l00mL/min。该分析仪的功能包括温控、差热测量、热重及微商测量、温度测量、真空及气氛控制系统和计算机数据处理系统。
    该热重分析仪标称的温度最大测量误差小于±1℃,失重质量精度0.2 Jig;试样均匀掺混,同一试样均在同一升温速率下至少重复2次试验,并确保2条TG(热重1曲线在相同失重百分数下时最大误差在±1℃以下,所有试验数据均由计算机处理并绘制曲线,因此可以确保试验数据的准确性。
    本文采用的升温速率为50℃/min,热解终温1000℃,常压;生物质与煤质量混合百分比分别为50:50、33:67、20:80。
3、生物质与煤共热解的试验结果与特性参数分析
3.1试验结果
3.1.1生物质或煤单独热解试验结果
    图1为生物质单独热解的TG和DTG(微商热重1曲线,并以此为例标出热解各特征参数的位置。挥发分开始析出温度tv、终止温度ts、最大热解速率tmax。所对应的温度等参数均根据计算机采集的数据由通用数学方法直接得出其准确值。
图2为不同煤化程度煤单独热解DTG特性曲线。由图可知,贫煤水分、挥发分含量较少,最大热解速率最低。与煤相比,生物质热解所需温度较低,其热解总发生在比煤热解温度低的区域;烟煤、贫煤热解曲线有2个较为明显的峰值,第1个峰对应于一次气体析出,此时释放出含有碳、氢和氧的化合物,第2个峰为热解的二次气体析出所造成,主要是甲烷和氢,二次气体析出峰很低,数量很少。
    表2数据为由单独热解曲线得到的各特性参数,V与C分别表示生物质或煤单独热解时的挥发分析出质量百分含量与半焦质量百分含量。生物质挥发分开始析出温度最低,这归于生物质挥发分含量最高且易于析出,煤挥发分的开始析出温度高于生物质挥发分析出终止温度,贫煤的挥发分析出温度比生物质挥发分终止温度高出56.9℃,烟煤高出21.6℃,褐煤高出1.7℃,且由图1可知生物质挥发分释放持续时间较短。


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