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)核心期刊堞與生物質(zhì)共熱解的協(xié)同特性研究高巖,魯光輝(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℃和350℃左右,二者熱解溫差較大,無(wú)法形成協(xié)同作用;在達到相冋失重量的情況下,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,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。通過(guò)對比實(shí)驗1(將樣品從常溫加熱至850℃并保溫30min)和實(shí)驗2(直接放入850℃高溫中并保溫30min)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)中圖分類(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., Gujiao 030206, China;2. School of Chmeical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beying 100083, China)Abstract: The thermal gravimetric analysis of corn stalk and Pingdingshan bituminous coal of different particle sizeIt various heating rate, show that the peak temperature corresponding to the maximum weight loss ratio of corn stalkand bituminous coal is around 350 C and 500C, 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 con 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 coaKey words: bituminous coal; biomass; pyrolysis; thermal gravimetric analysis; volatile component收稿日期:2013-03-15責任編輯:白婭翅作者簡(jiǎn)介:高巖(1986-),男,山西汾陽(yáng)人,選煤助理工程師,2010年畢業(yè)于河南作。E-mail:sgya58@126.com。ah中國煤化工CNMH事炭分選工引用格式:高巖魯光輝煤與生物質(zhì)共熱解的協(xié)同特性硏究]潔凈煤術(shù),2013,19(3):53-56高巖等:煤與生物質(zhì)共熱解的協(xié)同特性研究體流量為60mL/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30,50K/min,中國是煤炭資源豐富,石油、天然氣較貧乏的終溫為900℃。國家,煤炭在國家一次性能源構成和消費結構中智能箱式高溫爐(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,NO2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25。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850℃并保溫生物質(zhì)資源生產(chǎn)潛力可達650億ta,相當于每年化30min;石資源消耗總量的3倍以上,資源豐富,儲量大6實(shí)驗2:直接放入850℃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,還造成了能源的嚴重浪費。生物質(zhì)熱解是生物質(zhì)利用的基2實(shí)驗結果與分析礎,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℃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1實(shí)驗條件分較大一致。玉米秸稈DTG曲線(xiàn)在200~400℃出現了比較明顯的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;后一個(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0.075m和-0.075m;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0.250-0.147m溫度為400-600℃。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350,500℃左右由此可知,二者熱至900℃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%,玉米秸稈和平頂山煙煤熱解時(shí),升溫速率和粒87.5%,100%,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MDTG曲線(xiàn)向高溫方向移動(dòng),即在達到相同失重量的玉米秸稈7.54情況下,熱解溫度越高,其升溫速率也越高。在68.246.8617.36平頂山煙煤0.9727.3713.42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)現共熱解中國煤化工ST4P型熱重分析儀。樣品坩鍋由A2O3材料2.2揮發(fā)分CNMHG制成,實(shí)驗氣氛為高純N2,樣品為(15±0.1)mg,氣實(shí)驗12所得實(shí)驗結果分別見(jiàn)表2表3?！稘崈裘杭夹g(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0.250-0.147mm,10K/min0.2500.147mm,30Kmin0.250-0.147mm,10Kmin0.147~0.075mm,10Kmin0.147~0.075mm,30Kmin5E.0.2500.147mm,30K/min0.147-0.075mm,l0K/min0.147-0.075mm,30Kmin溫度/℃溫度/℃Ca)玉米秸稈0.147~0.075mm147-0.075mm,30 K/min30K/m0.147~0.075mm,0.147-0.075mm50 K/min50 K/min0.075mm,30K/m5 -8--0.075 mm, 30 K/min/--0.075mm,50Kmin0.075mm,50Km200溫度/℃溫度/℃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/%30.392929.56260.830330.0.74127525.028.328727.64880.6799-0.0337.524..344523.84970.494849.3662.30-12.944567850.032.057231.48340.573857.2155.841.3730.424529.88240.542149.2229.572629.142942.990.2487.527.888227.49160.39669100.027.579427.27760.3018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/%29.332428.49210.840329.526428.77200.754475.76.0.9425.029.91140.709170.8169.8537.528.606627.97540.631263.0963.36-0.2750.029.50760.602129.522529.00130.521250.571.5530.903430.443544.131.5730.763230.3500.41253.1500.020.281119.96290.3182中國煤化工注: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)際拌CNMHG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。高巖等:煤與生物質(zhì)共熱解的協(xié)同特性研究煤質(zhì)技術(shù)根據表2、表3得出煤的質(zhì)量分數對揮發(fā)性物質(zhì)差值的影響,具體如圖2所示。8<過(guò)h6o80100煤的質(zhì)量分數/%煤的質(zhì)量分數/%a)實(shí)驗1圖2煤的質(zhì)量分數對揮發(fā)性物質(zhì)差值的影響由表2、表3可知,直接在850℃加熱(實(shí)驗2)[3]李丹陽(yáng).08年我國煤炭產(chǎn)量增長(cháng)7.65%[EB/OL]比從常溫加熱到850℃(實(shí)驗1)揮發(fā)性物質(zhì)平均值[2009-01-14].http://www.cs.com.cn/sylm/jsbd/升高約1.75%。由圖2可知,在煤與生物質(zhì)共混的2009l/200901141720060.html高溫條件下,隨著(zhù)混合物中煤質(zhì)量分數的增加,差[4]牛順生.2010年我國煤炭產(chǎn)量將達30億噸[EB/OL]值總體呈增加趨勢,說(shuō)明實(shí)際揮發(fā)物質(zhì)比理論揮發(fā)[2007-12-04].htp://business.sohu.com/20071204/物質(zhì)總體有逐漸升高趨勢,但在煤與生物質(zhì)按照1:1混n253776953. shtm合時(shí),實(shí)際揮發(fā)物質(zhì)與理論揮發(fā)物質(zhì)并不相同,且5]盧正彬董芃,竇洪華推廣使用工業(yè)型煤過(guò)程中存在前者比后者大,即生物質(zhì)的存在對煤的熱解有一定的問(wèn)題及解決方法[J].節能技術(shù),2003,21(3):31程度的協(xié)同作用。32,433結論[6]董信光,張格睿程世慶生物質(zhì)與煤混合熱解過(guò)程中1)TG-DTG分析表明,生物質(zhì)和煤最大失重率H2S的排放特性[I].潔凈煤技術(shù),2010,16(4):44對應的峰值溫差很大,平頂山煙煤在500℃左右,玉米秸稈在350℃左右共熱解時(shí)將難以形成協(xié)同(7]諶倫建趙躍民工業(yè)型煤燃燒與固硫[M]徐州:中效應國礦業(yè)大學(xué)出版社,20012)直接在850℃加熱比從常溫加熱到850℃揮8]新華社我國生物質(zhì)發(fā)電發(fā)展現狀及潛力分析EBOL發(fā)性物質(zhì)平均值升高約175%,隨著(zhù)混合物中煤質(zhì)[2006-04-26].htp://business.sou.com/20060426量分數的增加,差值總體呈增加趨勢,說(shuō)明實(shí)際揮n243009579. shtml發(fā)物質(zhì)比理論揮發(fā)物質(zhì)總體有升高趨勢,即生物質(zhì)[9] Collot A G, Zhuo y, Tugwell D F. Co-pyrolysis and co的存在對煤的熱解有一定程度的協(xié)同作用gasification of coal and biomass in bench-scale fixed-bed3)煤的質(zhì)量分數大于50%時(shí),混合物的實(shí)際揮and fluidized bed reactors[J]. Fuel, 1999, 78(6): 667發(fā)分性物質(zhì)產(chǎn)率大于理論產(chǎn)率,這對共熱解時(shí)煤的679用量有一定的指導作用[10]張志剛,閔小建,尚建選,等.以煤中低溫熱解為基礎參考文獻:的油電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)路線(xiàn)分析與建議[門(mén)]潔凈煤技術(shù),2012,18(6):1-3[1]虞繼舜煤化學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005[2]煤炭網(wǎng)中國查明煤炭?jì)α?.3萬(wàn)億噸預測煤炭總資[1]閻維平,陳吟穎.生物質(zhì)混合物與煤共熱解的協(xié)同特源量為5.57萬(wàn)億噸[EB/OL].[2008-11-06]性[Jhttp://www.coalcomcn/coalnewS/articleDisplay[12]秦麗娜,TH中國煤化工:):80-86CNMHG學(xué)模型的建立171063.hml[J].潔凈煤技術(shù),2013,19(1):92-96《潔凈煤技術(shù)》2013年第19卷第3期