煤與生物質(zhì)共熱解的協(xié)同特性研究

煤質(zhì)技術(shù). 中國科技核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊J煤與生物質(zhì)共熱解的協(xié)同特性研究高巖',魯光輝2(1.山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦選煤廠(chǎng),山西古交030206;2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083)摘要:通過(guò)對玉米秸稈和平頂山煙煤在不同粒度及升溫速率下的熱重分析,說(shuō)明平頂山煙煤和玉米秸稈最大失重率對應的峰值溫度分別為500 C和350 C左右,二者熱解溫差較大，無(wú)法形成協(xié)同作用;在達到相同失重量的情況下,熱解溫度越高,其升溫速率也越高。在一定升溫速率下,隨著(zhù)粒度的變化,五米秸稈的熱解溫度變化不大，而平項山煙煤的變化相對較大。通過(guò)對比實(shí)驗1(將樣品從常溫加熱至850 C并保溫30 min)和實(shí)驗2(直接放入850 C高溫中并保溫30 min)的揮發(fā)分, 說(shuō)明實(shí)驗2的揮發(fā)性物質(zhì)比實(shí)驗1平均值升高約1. 75% ;隨著(zhù)混合物中煤質(zhì)量分數的增加,實(shí)際揮發(fā)物質(zhì)比理論揮發(fā)物質(zhì)總體有升高趨勢,說(shuō)明生物質(zhì)的存在對煤的熱解有一-定程度的協(xié)同作用。關(guān)鍵詞:煤;生物質(zhì);熱解;熱重分析;揮發(fā)性物質(zhì)中圈分類(lèi)號:TD849;TQ530.2文獻標識碼:A文章編號:1006-6772(2013)03-0053-04Collaborative characteristics of coal and biomass co-pyrolysisGAO Yan' ,LU Guanghui?(1. Tunlan Coal Preparation Plant , Shanxi Coking Coal Group Co. ,Ld. , Gyjao 030206 . China ;2. School of Chmeical and Ervironmenal Engineering , China University of Mining and Technology (Beijing) , Beijing 100083 ,China)Abstract:The thermal gravimetric analysis of corm stalk and Pingdingshan bituminous coal of diferent particle sizeat various heating rate , show that the peak temperature corresponding to the maximum weight loss ratio of corn stalkand bituminous coal is around 350 9 and 500 C , which vary considerably. When the weight loss is same , the higherthe pyrolysis temperature , the greater the heating temperature. At certain heating temperature , with the change ofparticle size , the pyrolysis temperature of cormn stalk vary less , while that of Pingdingshan bituminous coal is just theopposite. The procedure of NO. I experiment is heating samples from normal temperature to 850 C ,then keep warmfor 30 minutes , the procedure of NO. 2 experiment is keeping the samples warm at 850 C for 30 minutes. Investigatethe volatile component of these two experiments. The results show that , the NO. 2 test is about 1. 75 percent higherthan NO.1 test. With the increase of bituminous coal in mixture, the real volatile component is higher thantheoretical value , that means the biomass has cooperative effects on bituminous coal pyrolysis.Key words :bituminous coal ;biomass ;pyrolysis ;thermal gravimetric analysis ; volatile component收稿日期:2013-03-15責任編輯:白婭娜作者簡(jiǎn)介:高巖( 1986--) ,男,山西汾陽(yáng)人，選煤助理工程師，2010年畢業(yè)于河南理工大學(xué)礦物加工工程專(zhuān)業(yè)，現從事煤炭分選工作。E-mail: sxfygy258@ 126. com。引用格式:高巖,魯光輝 煤與生物質(zhì)共熱解的協(xié)同特性研究[J].潔凈煤技術(shù),2013 ,19(3) :53-56.高巖等:煤與生物質(zhì)共熱解 的協(xié)同特性研究5煤質(zhì)技術(shù)體流量為60 mL/min。實(shí)驗方法為非等溫常壓熱0引言解,實(shí)驗從常溫開(kāi)始,升溫速率分別為30 ,50 K/ min,中國是煤炭資源豐富,石油、天然氣較貧乏的終溫為900 C。國家,煤炭在國家--次性能源構成和消費結構中一智能箱式高溫爐(馬弗爐、電阻爐)為北京獨創(chuàng )直占到70%以上。中國煤炭的利用主要是直接或科技有限公司生產(chǎn)的DC-B系列,采用4組9段升間接燃燒,利用率低,煤炭資源中高硫、高灰煤比重溫程序,自行設定升溫過(guò)程。設置好程序后,將混大"。煤炭直接燃燒產(chǎn)生的大量SO2,NO,和CO2.合均勻的生物質(zhì)、煤及其混合物分別做標記后進(jìn)行氣體和煙塵排放到環(huán)境中,造成了嚴重的環(huán)境污實(shí)驗。染(2-5)。生物質(zhì)是可再生的清潔能源之一，中國的實(shí)驗1:將樣品從常溫加熱至850C并保溫生物質(zhì)資源生產(chǎn)潛力可達650億Va,相當于每年化30 min;石資源消耗總量的3倍以上，資源豐富.儲量大。。實(shí)驗2:直接放入850C高溫中并保溫30min。但中國生物質(zhì)能利用率低,如秸稈大多在農田里就實(shí)驗結束后 在干燥條件下冷卻至常溫并測量其值。地堆放和集中燃燒，不僅污染環(huán)境,還造成了能源2實(shí)驗結果與分析的嚴重浪費[7-8]。生物質(zhì)熱解是生物質(zhì)利用的基礎,生物質(zhì)熱解可以得到富氫氣體,煤與生物質(zhì)共2.1生物 質(zhì)與煤的熱重分析熱解時(shí),生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的氫可作為煤熱解氫源，玉米秸稈和平頂山煙煤的熱重分析如圖1同時(shí)降低煤熱解成本[9-12]。為了實(shí)現資源的綜合利所示。用,本文以玉米秸稈和平頂山煙煤為原料,采用熱由圖1可知,玉米秸稈和平頂山煙煤的DTG曲重分析儀和馬弗爐分析煤與生物質(zhì)共熱解時(shí)是否線(xiàn)在100 C均出現失重峰,且玉米秸稈的峰較大,這具有協(xié)同效應。是試樣受熱時(shí)失水的結果,與表1中玉米秸稈的水分較大- -致。玉米秸稈DTC曲線(xiàn)在200~400 C出1實(shí)驗條件現了比較明顯的2個(gè)峰,前一個(gè)側峰是肩狀峰,由半1.1樣品制備纖維素熱解形成;后-個(gè)較大的峰由纖維素熱解形將平頂山煙煤分別用瓷研缽磨碎至0. 147 ~成,試樣的大部分失重都發(fā)生在該區域,失重率大,0. 075 mm和-0.075 mm;玉米秸稈取自焦作農村，是熱解的主要階段。同樣,平頂山煙煤的主要熱解自然風(fēng)干后，分別用瓷研缽磨至0. 250~0. 147 mm溫度為400~600C。生物質(zhì)和煤最大失重率對應和0.147~0.075mm,將玉米坩堝放在馬弗爐內加的峰值溫度分別為350,500C左右,由此可知,二者熱至900C并保溫2h,除去雜質(zhì)避免影響后續實(shí)熱解溫差較大,從熱解溫度方面看,二者共熱解時(shí)驗。按煤在煤與生物質(zhì)混合物中質(zhì)量分數為0,無(wú)法形成協(xié)同作用。12.5%,25.0%,37.5%,50.0%,62.5%,75.0%,玉米秸稈和平項山煙煤熱解時(shí),升溫速率和粒87. 5% ,100. 0% ,分別將二者混合均勻。試樣工業(yè)度對物質(zhì)熱解都有一定程度的影響。當升溫速率分析見(jiàn)表1。由30K/min增大到50K/min時(shí),不同粒度的生物表1試樣工業(yè)分析質(zhì)和煤達到最大失重速率的溫度均有所升高,TG和樣品AgFC。dDTG曲線(xiàn)向高溫方向移動(dòng),即在達到相同失重量的情況下，熱解溫度越高,其升溫速率也越高。在一玉米秸稈68. 246.8617. 36平頂山煙煤0.9727.3713.4258.24定升溫速率”下,隨著(zhù)粒度的變化，玉米秸稈的熱解溫度變化不大,而平頂山煙煤的變化相對較大。不1.2設備及實(shí)驗方法同的升溫速率和粒度能夠促進(jìn)二者在相同條件下熱重分析采用德國NETZSCH 公司生產(chǎn)的實(shí)現共熱解。STA409PC型熱重分析儀。樣品坩鍋由Al2O3 材料.2.2 揮發(fā)分分析制成,實(shí)驗氣氛為高純N2,樣品為(15+0.1)mg,氣實(shí)驗1,2所得實(shí)驗結果分別見(jiàn)表2、表3。54《潔凈煤技術(shù))2013年第19卷第3期煤質(zhì)技術(shù). 中國科技核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊J100-- -0.250 -0.147 mm, 10 K/min .- 0.250- 0.147 mm, 30 K/min-0.250-0.147 mm, 10 K/min80-- 0.147-0.075 mm, 10 K/min-10-- 0.250-0.147 mm, 30 K/min- 0.147-0.075 mm, 30 K/mins 60-402020060000600 800溫度/Ca)玉米秸稈1009S90--0.147-0.075 mm,30 K/mini 85- --0.147-0.075 mm,e --0.147-0.075 mm,80- 50K/min50 K/min75-0.075 mm, 30 K/min-8- - - 0.075 mm, 30 K/min.-0.075 mm, 50 K/min7040060800溫度/C .b)平頂山煙煤圖1玉米秸稈和 平頂山煙煤的熱重分析表2實(shí)驗1結果實(shí)驗編號煤的質(zhì)量分數/%總質(zhì)量 1/g總質(zhì)量2/g減少量/g實(shí)際揮發(fā)物質(zhì)/%理論揮發(fā)物質(zhì)/%差值/%030. 392929. 56260. 83082. 1382.1312.530. 970030. 22880. 741273.9775.67-1.7025.028. 328727. 64880. 679968. 8768. 90-0.0337.524.. 344523. 84970. 494849. 3662.30.-12. 9432. 057231. 48340.573857.2155.84 .1.3762.530. 424529. 8824D. 542154. 1649. 224. 9475.029. 572629. 1429.0.429742. 9942. 750.2487.527. 88227. 4916，0. 396639.6236. 043. 58100. 027. 579427. 27760. 301829. 47注:總質(zhì)量1為加熱前試樣和坩堝的質(zhì)量;總質(zhì)量2為加熱后灰分和坩堝的質(zhì)量;實(shí)際揮發(fā)物質(zhì)為實(shí)際測定煤和生物質(zhì)的揮發(fā)物質(zhì);理論揮發(fā)物質(zhì)是根據煤和生物質(zhì)的實(shí)際揮發(fā)物質(zhì)按照二者比例計算得出。表3實(shí)驗2結果29. 332428. 49210. 840382. 6912. 529. 526428. 77200. 754475. 3076. 24-0. 9425. 030. 620529.911470.8169. 850.9628. 606627. 97540. 6312.63. 0963. 36-0.2750.030. 109729. 50760.602159. 0657. 351.7162. 529. 522529. 00130. 521252. 1250. 57.30. 903430. 44350. 459945.7044. 13 .1.5730. 763230. 35070. 412540.9337.783. 15100.020. 281119. 96290. 318231.3731. 37高巖等:煤與生物質(zhì)共熱解的協(xié)同特性研究5