生物質(zhì)對粉煤燃燒特性的影響

第35卷第4期煤炭轉化Vol 35 No 42012年10月COAL CONVERSIONOct.2012生物質(zhì)對粉煤燃燒特性的影響邢康)唐慶杰2)張強3)摘要采用熱分析技術(shù)詳細研究了生物質(zhì)玉米秸稈及牛糞對粉煤燃燒特性的影響.結果表明,在粉煤中添加一定量的玉米秸稈或牛糞,能顯著(zhù)改善粉煤的燃燒性能.生物質(zhì)與粉煤混合料的著(zhù)火點(diǎn)明顯低于粉煤,混合料達到最大燃燒速度時(shí)的溫度范圍明顯小于粉煤,使粉煤在一個(gè)較窄的溫度區間內迅速完全燃燒.隨著(zhù)混合料中粉煤比例的逐漸增加,生物質(zhì)的促燃效果逐漸減弱.玉米秸稈對粉煤燃燒性能的優(yōu)化效果明顯好于牛糞關(guān)鍵詞熱分析技術(shù),玉米秸稈,牛糞,粉煤,燃燒性能中圖分類(lèi)號TK62,TQ5341實(shí)驗部分生物質(zhì)與煤混燃技術(shù)是在傳統燃煤鍋爐中將生1.1原料與設備物質(zhì)與煤混合燃燒的技術(shù).我國是一個(gè)燃煤污染重的國家,發(fā)展生物質(zhì)與煤混合燃燒技術(shù)既能減輕實(shí)驗原料:登封煤、玉米秸稈和牛糞污染,又能充分利用大量生物質(zhì)資源生物質(zhì)與煤混主要實(shí)驗設備:顎式破碎機PE100×100,北京燃技術(shù)不需要對現有燃煤設備作較大的改動(dòng)且費用獨創(chuàng )科技有限公司制造;振篩機XSB88,北京獨低,特別適合資金技術(shù)缺乏的發(fā)展中國家或現階段創(chuàng )科技有限公司制造;密封式對輥破碎機D200其他技術(shù)還不太成熟的條件下使用.生物質(zhì)與煤混75,北京獨創(chuàng )科技有限公司制造;微機全自動(dòng)量熱儀燃技術(shù)能給化石能源及可再生能源利用帶來(lái)益處QTF-600,鶴壁市淇天儀器儀表有限公司制造;熱對于化石能源利用系統,生物質(zhì)與煤混燃是一種能重紅外光譜分析儀STA409PC,德國 NETZSCH降低CO2凈排放量的低成本、低風(fēng)險的利用方式;公司制造而對于可再生能源利用系統,混燃發(fā)電與單純生物1.2實(shí)驗方法質(zhì)發(fā)電相比,發(fā)電量增加至少兩個(gè)數量級.同時(shí),混1.2.1原料工業(yè)分析值的測定燃使生物質(zhì)的利用在更大規模上進(jìn)行,因而能夠獲原料的工業(yè)分析包括水分、灰分和揮發(fā)分的測得更高的燃嬈效率和穩定性.根據生物質(zhì)燃料資源定及固定碳的計算.按照國家標準(GB/T212分布與火電站廣泛布局的特點(diǎn),充分利用火電廠(chǎng)熱2001)分別對登封煤和生物質(zhì)(玉米秸稈和牛糞)進(jìn)力系統各種余熱,燃煤鍋爐連續或斷續利用較小比行工業(yè)分析,結果見(jiàn)表1.例的生物質(zhì)燃料,可大大提高生物質(zhì)燃料的利用效表1煤及生物質(zhì)的工業(yè)分析值率,降低利用成本,節約煤炭資源減輕污染.生物質(zhì)Table 1 Proximate analysis value of coal and biomass燃料C,H和O含量水分及揮發(fā)分含量較大,遠大Proximate analysis/%, adSample于煤,而大量揮發(fā)分提前析出能夠促進(jìn)后續燃燒過(guò)MAFC(J·g-1)ng coal1.1311.2112.6874.9830569.8程的進(jìn)行.生物質(zhì)與煤混燃可以在一定程度上改善orn straw5.8770.236.8317.07145693煤的燃燒特性,同時(shí),生物質(zhì)N和S含量較煤少,灰Cow d6.4646.2132.4014.938966.7分含量小,與煤混燃可以減少污染物的排放.由于生1.2.2原料發(fā)熱量的測定物質(zhì)生長(cháng)過(guò)程中消耗的CO2與其燃燒過(guò)程中排放采用氧彈法測量發(fā)熱量,首先稱(chēng)取一定煤樣放的CO2基本相互抵消,因而將生物質(zhì)與煤混合燃燒氧彈,把點(diǎn)火絲埋入煤樣中,然后氧彈充入氧氣浸可以減少溫室氣體的排放沒(méi)在盛水的內桶中,點(diǎn)火使煤樣完全燃燒根據量熱河南理工大學(xué)博士基金資助項目(B2011-059)1)碩士生;2)博士、副教授碩士生導師(通訊作者);3)本科生,河南理工大學(xué)材料科學(xué)工程學(xué)院,454000河南焦作收稿日期:2012-04-09;修回日期:201208-30YH器70煤炭轉化2012年儀的熱容量和氧彈周?chē)疁氐纳咧狄约跋到y吸收了,而牛糞則在近500℃才出現失重,而且燃燒緩的熱量,再經(jīng)過(guò)一系列的校正計算出煤樣的發(fā)熱量.慢.這充分證明玉米秸稈揮發(fā)分含量高于牛糞而灰不同配比生物質(zhì)與煤混合料的熱值實(shí)驗結果見(jiàn)表2.分低于牛糞的事實(shí),與前面的工業(yè)分析值一致同時(shí)表2不同配比生物質(zhì)與煤混合料的熱值也說(shuō)明,玉米秸稈等生物質(zhì)經(jīng)牲畜消化吸收后,排出Table 2 Calorific value of mixture for biomass and coal物的纖維素及半纖維素含量顯著(zhù)下降.因生物質(zhì)中SampleQ/(J·g-1)npleQ/(J·g"1固定碳含量均較低,在固定碳燃燒階段,牛糞與玉米Ao(cow dung)8996.7B( corn straw)14569.3A1(1:1)19704.5B1(1:1)22476.4秸稈的燃燒情況沒(méi)有太顯著(zhù)的區別,但根據灰分含A2(1:2)23304.5B2(1:2)25162.3量推斷,玉米秸稈的燃燒情況應好于牛糞.因此可以A3(1:3)25182.2B3(1:3)26357.1A4(1:4)26267.4B4(1:4)27208.7斷定,玉米秸稈的著(zhù)火溫度明顯低于牛糞,具有更低As( pure coal)30569.8 Bs(pure coa)305698的著(zhù)火點(diǎn)牛糞與玉米秸稈燃燒的DTG曲線(xiàn)見(jiàn)圖2表2表明,生物質(zhì)燃料的燃燒熱值遠遠低于粉煤,而且生物質(zhì)粉煤混合料的燃燒熱隨著(zhù)粉煤含量+”a+不的增加而增加;同時(shí),牛糞與粉煤混合料的燃燒熱值5E求2低于同配比的玉米秸稈與粉煤混合料的燃燒熱值這主要是因為生物質(zhì)中固定碳含量遠遠低于粉煤,050導致生物質(zhì)燃燒的能量密度遠低于粉煤;同時(shí)牛糞200400800的固定碳含量盡管與玉米秸稈接近,但灰分含量遠Temperature/℃高于玉米秸稈,灰分不僅對燃燒沒(méi)有貢獻,還要吸收圖2生物質(zhì)的DTG曲線(xiàn)大量的系統熱能.因此,就燃燒能量密度而言,混合Fig 2 DTG curves of biomass料中生物質(zhì)含量越少,燃燒熱量越高.Cow dung: 2----Corn straw2結果與討論由圖2可知,在低于100℃階段,牛糞與玉米秸稈的失重速率幾乎沒(méi)有區別,說(shuō)明兩者因水分含量相2.1牛糞與秸稈燃燒特性比較差不大而干燥速率幾乎相同;在揮發(fā)分析出階段,玉牛糞與秸稈燃燒的TG曲線(xiàn)見(jiàn)圖1.米秸稈的失重速率明顯高于牛糞,出現失重的溫度顯100著(zhù)低于牛糞,說(shuō)明玉米秸稈不僅比牛糞揮發(fā)分含量高,而且易于析出,且析出速率大于牛糞;在揮發(fā)分燃燒階段區別尤其顯著(zhù),玉米秸稈的失重速率顯著(zhù)高于牛糞,而且產(chǎn)生最大失重速率的溫度也顯著(zhù)低于牛糞,說(shuō)明相對于牛糞而言,玉米秸稈不僅易燃,而且瞬間就能完成燃燒過(guò)程,發(fā)熱量可以在瞬間達到一個(gè)極100200300400500600700800/℃大值因此可以斷定,玉米秸稈的揮發(fā)分析出速率和燃燒速率都明顯優(yōu)于牛糞,具有更顯著(zhù)的燃燒性能.圖1生物質(zhì)的TG曲線(xiàn)Fig 1 TG curves of biomass2.2牛糞對粉煤燃燒特性的影晌Cow dung;2— Corn straw由圖1可知,玉米秸稈和牛糞在熱解過(guò)程中都牛糞與粉煤混合物的TG曲線(xiàn)見(jiàn)第71頁(yè)圖3.經(jīng)歷了三段失重過(guò)程:低溫干燥除水階段、揮發(fā)分析由圖3可知,燃料從燃燒開(kāi)始到結束,牛糞的質(zhì)量損出及快速燃燒階段、固定碳燃燒階段.在低溫干燥除失明顯低于粉煤;牛糞的揮發(fā)分析岀溫度明顯低于水階段,玉米稈中水分含量低且含灰分量少,盡管失粉煤;對于牛糞與粉煤的混合料,隨著(zhù)粉煤含量的增重率與牛糞相近,但干燥速度明顯優(yōu)于牛糞,這從后加,揮發(fā)分析出溫度逐漸升高,質(zhì)量損失逐漸增大面的DTG曲線(xiàn)也得到證明.在揮發(fā)分析出及燃燒原因主要是牛糞的揮發(fā)分含量遠遠高于粉煤,而固階段,玉米秸稈失重率達到近80%,近乎牛糞兩倍;定碳含量卻遠遠低于粉煤.因此,在粉煤中添加一定玉米秸稈揮發(fā)分析出溫度明顯低于牛糞;最重要的量的牛糞,盡管燃燒熱在一定程度上降低,但卻能在是,通過(guò)TG曲線(xiàn)發(fā)現,玉米秸稈在440℃~450℃定程度上降低粉煤的著(zhù)火溫度,提高粉煤的著(zhù)火之間的重量幾乎是直線(xiàn)下降,說(shuō)明燃燒瞬間即完成性能牛糞及粉煤的DTG曲線(xiàn)見(jiàn)第71頁(yè)圖4YH器第4期邢康等生物質(zhì)對粉煤燃燒特性的影響的完全程度高于單一的生物質(zhì)及粉煤,原因可能是生9080物質(zhì)中高的堿金屬含量促進(jìn)了燃燒,這有待于今后的進(jìn)7060步研究.秸稈粉煤及其混合料的DTG曲線(xiàn)見(jiàn)圖6.504010020030040050060070080060/℃圖3牛糞與粉煤混合物的TG曲線(xiàn)Fig. 3 TG curves of mixture for cow dung and coal01---Cow dung: 2----Dung/coal=1 1: 3--- Dung/coal=1:2;1002003004005006007008004--Dung/coal=1 3: 5---Dung/coal=l: 4: 6--Pure coalTemperature/℃圖5秸稈與粉煤混合物的TG曲線(xiàn)Fig 5 TG curves of mixture for corn straw and coal1--Corn straw; 2-- Corn straw/coal=1: 2: 3-10Corn straw/coal=1 :3; 4--Corn straw/coal =1: 4155-- Pure coal10020030040050060070080030Temperature/℃2-40圖4牛糞及粉煤混合物的DTG曲線(xiàn)Fig 4 DTG curves of mixture for cow dung and coal100200300400500600700800900Cow dung: 2--Dung/coal=1: 1; 3-Dung/coal =1 :2Temperature/℃-Dung/coal=]:3i5----Dung/coal=1:4: 6--Pure coal圖6秸稈與粉煤混合物的DTG曲線(xiàn)由圖4可知,在干燥階段,失重速率與生物質(zhì)配比Fig 6 DTG curves of mixture for corn straw and coal沒(méi)有明顯的關(guān)系;在揮發(fā)分析出階段,隨著(zhù)混合料中煤1- Corn straw; 2-- Corn straw/coal=1: 2: 3--Corn strawcoal=1 : 3: 4- Corn straw/coal=1 4: 5 Pure coal含量的增加,揮發(fā)分析出的失重速率顯著(zhù)減小,而析出由圖6可知,玉米秸稈達到最大揮發(fā)分析出速率達到最大失重速率時(shí)的溫度則逐漸升高;在固定碳燃時(shí)的溫度遠遠低于粉煤,而且隨著(zhù)混合料中粉煤含量燒階段,粉煤達到最大燃燒速率時(shí)的溫度較混合料低,的增加,達到最大揮發(fā)分析出時(shí)的溫度也逐漸升高;而生物質(zhì)牛糞固定碳燃燒速率達到最大時(shí)的溫度最高粉煤達到最大燃燒速率時(shí)的溫度低于混合料,玉米秸生物質(zhì)中高揮發(fā)分含量使生物質(zhì)粉煤混合料的稈達到最大燃燒速率時(shí)的溫度最高;粉煤達到最大燃著(zhù)火溫度降低,燃燒變得更加容易,燃燒效果更好.燒速率時(shí)的溫度區間最大,隨著(zhù)粉煤中生物質(zhì)含量的但生物質(zhì)同樣存在兩個(gè)影響燃燒的重要因素:低固增加,達到最大燃燒速率的溫度區間逐漸減小,生物定碳含量和髙灰分.固定碳含量越低,灰分越高,則質(zhì)達到最大燃燒速率時(shí)溫度區間最小.產(chǎn)生如此結果燃燒速率就越小,達到最大燃燒速率的溫度要求就的原因是生物質(zhì)的高揮發(fā)分含量和粉煤的高固定碳越高所以,隨著(zhù)混合料中牛糞含量的降低混合料含量生物質(zhì)高的揮發(fā)分含量使其燃燒過(guò)程瞬間完達到最大燃燒速率所要求的溫度也下降成,而煤的燃燒主要是固定碳的燃燒過(guò)程,因此燃燒2.3秸稈對粉煤燃燒特性的影響過(guò)程不僅包括燃料的氧化還原反應,還包括氧化劑在秸稈、粉煤及其混合料的TG曲線(xiàn)見(jiàn)圖5粉煤顆粒中的擴散過(guò)程,因此具有很寬的溫度范圍.由圖5可知,秸稈揮發(fā)分析出溫度遠遠低于粉煤,3結論在粉煤中添加生物質(zhì)秸稈后,混合料的揮發(fā)分析出溫度顯著(zhù)降低.說(shuō)明在粉煤中添加高揮發(fā)分的生物質(zhì)秸1)在粉煤中添加高揮發(fā)分的生物質(zhì),能降低粉稈,能顯著(zhù)降低粉煤的著(zhù)火溫度,使粉煤更易于著(zhù)火燃煤的著(zhù)火溫度,提高粉煤的著(zhù)火性能燒,提髙粉煤的燃燒性能.由圖5還可知,因玉米秸稈2)玉米秸稈因其灰分含量低,對提高粉煤燃燒與粉煤灰分含量都低因此燃燒同樣非常充分.而且在性能的效果要顯著(zhù)優(yōu)于牛糞.本實(shí)驗研究中,生物質(zhì)與粉煤配比達到1:3時(shí),燃燒(下轉第76頁(yè))YH器76煤炭轉化2012年INFLUENCE OF CALCINATION TEMPERATURE ONTHE PERFORMANCE OF METHANATIONINⅠ N SLURRY BED REACTORHe Long Wang Yonggang Gong Weibo Xu Deping Yang Fangfang and Zhang Haiyong( School of Chemical and Environmental Engineering, China Universityo f mining and Technology, 100083 Beijing)ABSTRACt Effects of the calcination temperatures on the activity of Ni-SiO for catalyzingmethanation reaction was studied. The experiments were conducted in a slurry bed reactor. Theprepared catalysts were characterized by TPR, XRD and BET. The results showed that the activespecies Ni in catalysts could completely form NiO at 350 C. The calcined temperature was a verymportant factor, affecting both catalyst's specific area and particle size of active species. Theparticle sizes of active components increased while the specific surface area decreased as calcination temperature increased. However, the CH yield from the catalysts increased and then de-creased with increasing the calcination temperature from 350C to 700 C. It illustrated that, forthe experimental conditions examined, the optimal calcination temperatures of Ni-SiO2 catalystwere among 450C-550 C, and higher or lower than that would reduce the catalytic activityKEY WORDS calcination temperature, slurry bed reactor, methanation catalyst, Ni-SiO2∞c+心心·心⊙心心“心心D:心)心心·4·P(上接第71頁(yè))3)牛糞因其資源相對集中,若能在燃燒前合理進(jìn)行灰分處理,其應用前景要好于秸稈參考文獻[1]肖軍,段膂春,華等.生物質(zhì)與煤共燃研究(I):燃燒性質(zhì)分析[J煤炭轉化,2003,26(2):43-47[2]段菁春,肖軍,王杰林等,生物質(zhì)與煤共燃研究[.電站系統工程,200420(1):1-43]黃光許,劉全潤,文成等.BCFC的制備和成型機理及燃燒特性[].煤炭轉化,2012,35(3):84-86[4]魏學(xué)鋒,劉建平.生物質(zhì)燃料的利用現狀與展望[.云南環(huán)境科學(xué),2005,24(2):16-19EFFECT OF THE BIOMASS ON THE COMBUSTIONCHARACTERISTIC OF THE POWDERED COALXing Kang Tang Qingjie and Zhang Qiang(School of Materials Science and Engineering, He'nan polytechnicUniversity, 454000 Jiaozuo, He'nan)ABSTRACT Effect of the corn straw and cow dung on the combustion characteristic of thepowdered coal was studied by thermal analysis technology in this paper. The results show thatthe combustion characteristic of the powdered coal improved significantly by adding a certain amount of corn straw or cow dung. The fire point of mixture for biomass and coal is lower thanpowdered coal obviously, and the temperature range reaching maximum combustion speed is lessthan the powdered coal obviously. The powdered coal could completely combust in a narrowrange of temperature quickly. The effect of biomass is gradually decreased with the content ofpowdered coal increasing. The corn straw is better than cow dung in the combustion characteris-tic of the mixture for coal and biomassKEY WORDS thermal analysis technology, corn straw, cow dung, powdered coal, combustion characteristic