生物質(zhì)混合物與不同煤化程度煤共熱解中協(xié)同特性的試驗(yàn)研究

1、生物質(zhì)混合物與不同煤化程度煤共熱解中協(xié)同特性的試驗(yàn)研究陳吟穎1，閻維平2（1內(nèi)蒙古電力工程技術(shù)研究院 呼和浩特 010020；2 華北電力大學(xué)， 保定市 071003）Interaction Performance Investigated of Co-pyrylisis during Biomass Mixture and Coals with Different RankChen Yin-ying1, Yan Wei-ping2(1 Inner Mongolia Electric Power Engineering Research Institutes City, Huhhot 0100

2、20, China;2 North China Electric Power University, Baoding 071003, China)ABSTRACT: 13 different kinds of biomass were used in this study, including straw, rice hull, maize cob, saw dust, branch and leaves of salix psammophia and salix matsud, alfalfa, bulrush, wildryegrass etc. They were pulverized

3、and blended into one biomass mixture at the same proportion for each component. The thermogravimetric analyzer was used to get the pyrolysis performance of the biomass mixture and each coals, as well as the co-pyrolysis performance of the biomass mixture with three different coals (lignite, sub-bitu

4、minous and bituminous). The biomass mixture were blended with the different coals at the percentages of 20%, 33% and 50% respectively. The initial temperature of coal volatile release in the co-pyrolysis process is adequately defined. The results show that both the initial temperature and the termin

5、al temperature of coal volatile release in the co-pyrolysis process are dependent of the blending ratio as well as the coal rank, and more or less variations of the temperatures are found by comparing with the individual pyrolysis performance of the biomass mixture and each coals. The interaction ef

6、fects in the co-pyrolysis of biomass and coal are suggested.KEY WORD: blended biomass; coal with different ranks; co-pyrolysis; interaction effects摘要：該文選取了秸稈、稻殼、玉米芯、木屑、沙柳枝和葉、旱柳枝和葉、紫花苜蓿、蘆葦、堿草等13種農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢棄物、草木類及不同生長期的薪炭林等生物質(zhì)，按等比例混合制備成粉狀生物質(zhì)混合物，在不同的工況下采用熱重分析儀，分析研究生物質(zhì)混合物與典型的褐煤、貧煤和煙煤煤粉的單獨(dú)熱解特性，以及分別與3種煤均勻摻混20

7、%、33%與50%生物質(zhì)混合物的共熱解特性，合理定義了共熱解中煤揮發(fā)分開始熱解的溫度。對熱解試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算特性參數(shù)的分析表明：不同比例生物質(zhì)混合物和不同煤化程度煤在共熱解過程中，產(chǎn)物的產(chǎn)率基本等于單獨(dú)熱解生物質(zhì)和煤的產(chǎn)物產(chǎn)率的加權(quán)平均值；與單獨(dú)熱解試驗(yàn)結(jié)果比較，生物質(zhì)混合物與煤揮發(fā)分的各自析出開始和終止溫度均隨著生物質(zhì)摻混比例不同與煤種不同有不同程度的變化，并對其規(guī)律進(jìn)行了機(jī)理分析，認(rèn)為生物質(zhì)與煤共熱解過程中存在協(xié)同作用。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；不同煤化程度煤；共熱解，協(xié)同作用0 引言隨著化石燃料的日益短缺，生物質(zhì)能的開發(fā)和利用已經(jīng)引起世界各國的高度重視1。生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電和熱解轉(zhuǎn)化技術(shù)是大規(guī)模

8、有效利用生物質(zhì)能的有效途徑之一，可降低CO2等溫室氣體及NOx、SO2的排放2。生物質(zhì)通常為木材及森林工業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物、動物糞便等。生物質(zhì)的利用轉(zhuǎn)化方式主要有熱化學(xué)法、生物化學(xué)法及提取法3。在生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，熱解起著重要的作用。熱解4-5是指在沒有氣體介質(zhì)氧氣、空氣或蒸汽參與的情況下，通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化，生成固體、液體和氣體產(chǎn)物的過程。生物質(zhì)熱解過程是一個復(fù)雜的過程，影響生物質(zhì)熱解的運(yùn)行參數(shù)有終端溫度、加熱速率、壓力和滯留時間、生物質(zhì)顆粒性質(zhì)及其灰成分等。1 生物質(zhì)與煤的混合物共熱解研究現(xiàn)狀在生物質(zhì)與煤共熱解過程中，生物質(zhì)的熱解總是在煤熱解之

9、前發(fā)生，因此，生物質(zhì)熱解的過程與產(chǎn)物是否對后續(xù)煤的熱解產(chǎn)生影響，以及熱解工藝參數(shù)的選取和設(shè)備的設(shè)計(jì)等，均成為該領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的重要課題。近年來，國內(nèi)外一些研究者對生物質(zhì)和煤的混合物共熱解中的協(xié)同反應(yīng)進(jìn)行了研究,文獻(xiàn)6-11在共熱解過程中發(fā)現(xiàn)其無明顯協(xié)同反應(yīng)；文獻(xiàn)12-15卻得出在共熱解過程中存在協(xié)同反應(yīng)的結(jié)論。16等人采用固定床和流化床反應(yīng)器研究煤和生物質(zhì)共熱解，發(fā)現(xiàn)在這2種反應(yīng)器中焦油和揮發(fā)分有一些差別，但不足以證明它們之間有協(xié)同反應(yīng)。而在用波蘭煤和森林殘余物共熱解時發(fā)現(xiàn)，森林殘余物的半焦超過了煤半焦，混合物中有30%是煤半焦，是單獨(dú)煤熱解產(chǎn)生半焦的3倍，認(rèn)為可能存在協(xié)同反應(yīng)，推測是白樺中的礦

10、物質(zhì)(較高的鉀)對煤熱解產(chǎn)生了催化作用。文獻(xiàn)17用鋸末、稻殼和大同煤按不同比例混合，得到共熱解的轉(zhuǎn)化率為煤與生物質(zhì)各自轉(zhuǎn)化率之和的結(jié)論；文獻(xiàn)18利用慢速加熱方法進(jìn)行煤與生物質(zhì)共熱解，煤開始熱解時，生物質(zhì)已基本上完全熱解，2者之間難以產(chǎn)生協(xié)同反應(yīng)，認(rèn)為煤不能有效地利用生物質(zhì)中富裕的氫。國外學(xué)者采用熱重分析儀和不同類型的反應(yīng)器在單一生物質(zhì)與單一煤種共熱解方面做了大量的研究，但對協(xié)同反應(yīng)的機(jī)理認(rèn)識尚有所不同。由于生物質(zhì)資源具有種類多、分散、季節(jié)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在現(xiàn)有的燃煤發(fā)電裝置上不太可能只利用某一種生物質(zhì)，多種生物質(zhì)的混合物將是大規(guī)模利用生物質(zhì)能的有效途徑，也可以克服某一種生物質(zhì)的缺點(diǎn)(熱值低、易結(jié)焦

11、等)。因此，本文選取了有代表性的木材、林業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、草本類植物等多種生物質(zhì)的混合物，研究其與不同煤化程度煤共熱解特性，尋找不同類生物質(zhì)混合物在熱解過程中能否與煤產(chǎn)生協(xié)同作用，確定合理的生物質(zhì)與不同煤化程度煤共熱解摻混比例，并探討其可能的機(jī)理。2 生物質(zhì)混合物與不同煤化程度煤的成分分析及熱解試驗(yàn)本文選取的生物質(zhì)混合物(以下簡稱生物質(zhì))由華北地區(qū)常見的木屑(楊木和松木)、沙柳枝和葉、旱柳枝和葉、紫花苜蓿、蘆葦、秸稈、稻殼、玉米芯、堿草等13種農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢棄物、草木類及不同生長期的薪炭林等生物質(zhì)按相同比例混合。試驗(yàn)所用褐煤、煙煤與貧煤分別取自電廠煤粉倉。試驗(yàn)樣品均為風(fēng)干后的樣品。元素分析采

12、用德國Vario EL 元素分析儀，工業(yè)分析、發(fā)熱量按ASTM有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。生物質(zhì)和不同煤化程度煤工業(yè)分析和元素分析見表1。表1 生物質(zhì)和不同煤化程度煤工業(yè)分析和元素分析Tab. 1 Ultimate and proximate analysis of the biomass and coals of different ranks樣品樣品平均粒徑/mm堆積密度/kg/m3高位發(fā)熱量/MJ/kg工業(yè)分析/%元素分析w/%MadVadAadCadHadOadNadSad生物質(zhì)655.73褐煤403894煙煤40貧煤40由表1可知，生物質(zhì)密度較小，約為煤的1/2或更小，生物質(zhì)揮發(fā)分約為褐煤、煙

13、煤的2倍，貧煤的6倍，較煤著火容易；生物質(zhì)灰分含量為貧煤的1/5；N、S含量接近褐煤的1/10。試驗(yàn)采用美國TA公司TGA2050型熱重分析儀研究混合生物質(zhì)與不同煤化程度煤共熱解過程，最高溫度1000，最大樣品質(zhì)量1g，升溫速率0.1 50/min，N2流量100mL/min。該分析儀的功能包括溫控、差熱測量、熱重及微商測量、溫度測量、真空及氣氛控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該熱重分析儀標(biāo)稱的溫度最大測量誤差小于±1，失重質(zhì)量精度0.2 mg；試樣均勻摻混，同一試樣均在同一升溫速率下至少重復(fù)2次試驗(yàn)，并確保2條TG(熱重)曲線在相同失重百分?jǐn)?shù)下時最大誤差在±1 以下，所有試

14、驗(yàn)數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)處理并繪制曲線，因此可以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本文采用的升溫速率為50/min，熱解終溫1000 ，常壓；生物質(zhì)與煤質(zhì)量混合百分比分別為50:50、33:67、20:80。3 生物質(zhì)與煤共熱解的試驗(yàn)結(jié)果與特性參數(shù)分析3.1 試驗(yàn)結(jié)果3.1.1 生物質(zhì)或煤單獨(dú)熱解試驗(yàn)結(jié)果圖1為生物質(zhì)單獨(dú)熱解的TG和DTG(微商熱重)曲線，并以此為例標(biāo)出熱解各特征參數(shù)的位置。揮發(fā)分開始析出溫度tv、終止溫度ts、最大熱解速率tmax所對應(yīng)的溫度等參數(shù)均根據(jù)計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)由通用數(shù)學(xué)方法直接得出其準(zhǔn)確值。圖2為不同煤化程度煤單獨(dú)熱解DTG特性曲線。由圖可知，貧煤水分、揮發(fā)分含量較少，最大熱解速率最低

15、。與煤相比，生物質(zhì)熱解所需溫度較低，其熱解總發(fā)生在比煤熱解溫度低的區(qū)域；煙煤、貧煤熱解曲線有2個較為明顯的峰值，第1個峰對應(yīng)于一次氣體析出，此時釋放出含有碳、氫和氧的化合物，第2個峰為熱解的二次氣體析出所造成，主要是甲烷和氫19，二次氣體析出峰很低，數(shù)量 很少。表2數(shù)據(jù)為由單獨(dú)熱解曲線得到的各特性參數(shù)，V與C分別表示生物質(zhì)或煤單獨(dú)熱解時的揮發(fā)分析出質(zhì)量百分含量與半焦質(zhì)量百分含量。生物質(zhì)揮發(fā)分開始析出溫度最低，這歸于生物質(zhì)揮發(fā)分含量最高且易于析出，煤揮發(fā)分的開始析出溫度高于生物質(zhì)揮發(fā)分析出終止溫度，貧煤的揮發(fā)分析出溫度比生物質(zhì)揮發(fā)分終止溫度高出56.9 ，煙煤高出21.6 ，褐煤高出1.7 ，且

16、由圖1可知生物質(zhì)揮發(fā)分釋放持續(xù)時間較短。圖1 生物質(zhì)單獨(dú)熱解曲線及參數(shù)定義示意圖Fig. 1 Pyrolysis performance of separate biomass and sketch圖2 不同煤化程度煤單獨(dú)熱解曲線Fig. 2 Pyrolysis performance of coals of different ranks表2 生物質(zhì)、不同煤化程度煤單獨(dú)熱解特性參數(shù)Tab. 2 The pyrolysis parameters of individual biomass and coals of different ranks燃料種類tv/tmax/ts/V/%C/%生物質(zhì)褐

17、煤煙煤貧煤生物質(zhì)和煤共熱解過程主要包括2者水分逸出、前期生物質(zhì)揮發(fā)分析出和后期煤熱解開始等。圖35分別為不同比例生物質(zhì)與不同煤化程度煤熱解的DTG曲線。不同混合比例的生物質(zhì)與不同煤化程度煤混合物共熱解試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)與計(jì)算參數(shù)分列于表3、表4。圖3 不同比例生物質(zhì)與褐煤共熱解曲線Fig. 3 Pyrolysis performance of different ratio of biomass and lignite圖4 不同比例生物質(zhì)與貧煤共熱解曲線Fig. 4 Pyrolysis performance of different ratio of biomass and sub-bitumin

18、ous coal圖5 不同比例生物質(zhì)混合物與煙煤共熱解曲線Fig. 5 Pyrolysis performance of different ratio of biomass mixtures and bituminous coal表3 生物質(zhì)與不同煤化程度煤共熱解測量數(shù)據(jù)Tab. 3 The pyrolysis parameters of blends of biomass and coals of different ranks生物質(zhì)/tv1/tv2/tb,max/tc,max /ts/褐煤煙煤貧煤褐煤煙煤貧煤褐煤煙煤貧煤褐煤煙煤貧煤褐煤煙煤貧煤203350注：tv1和tv2分別為生物質(zhì)與

19、煤共熱解過程中生物質(zhì)和煤揮發(fā)分開始析出溫度。表4 生物質(zhì)與不同煤化程度煤共熱解特性參數(shù)Tab. 4 The pyrolysis parameters of blends of biomass and coals of different ranks生物質(zhì)/V試驗(yàn)/%V計(jì)算/%C試驗(yàn)/%C計(jì)算/%褐煤煙煤貧煤褐煤煙煤貧煤褐煤煙煤貧煤褐煤煙煤貧煤203350表4中的V試驗(yàn)和V計(jì)算分別表示不同比例生物質(zhì)與不同煤化程度煤共熱解析出的揮發(fā)分質(zhì)量百分含量的熱解試驗(yàn)測量值和線性加權(quán)平均值；C試驗(yàn)和 C計(jì)算分別表示不同比例生物質(zhì)與不同煤化程度煤共熱解析出的半焦質(zhì)量百分含量的試驗(yàn)測量值和線性加權(quán)平均值。V計(jì)算和

20、C計(jì)算分別按下式計(jì)算 計(jì)算Vb×Pi+Vc×(1- Pi) (1) 計(jì)算Cb×Pi+Cc×(1- Pi) (2)式中：Vb與Cb為單獨(dú)熱解生物質(zhì)熱重試驗(yàn)測得揮發(fā)分與半焦含量，%；Vc與Cc為單獨(dú)熱解不同煤化程度煤熱重試驗(yàn)測得揮發(fā)分與半焦含量，%；Pi 為生物質(zhì)與煤的摻混比例，%。從表4可知，生物質(zhì)按不同比例與不同煤化程度煤共熱解時，共熱解熱重試驗(yàn)測得的揮發(fā)分和半焦值與根據(jù)單獨(dú)熱解生物質(zhì)或煤熱重試驗(yàn)測得的揮發(fā)分與半焦質(zhì)量百分含量加權(quán)平均值基本吻合。這說明生物質(zhì)和不同煤化程度煤在熱重分析儀的共熱解過程中，產(chǎn)物的產(chǎn)率基本等于單獨(dú)熱解生物質(zhì)和各種煤的產(chǎn)物的線性加

21、權(quán)平均值。生物質(zhì)與煤混合熱解時，生物質(zhì)揮發(fā)分開始析出溫度仍按圖1所示的定義由儀器的數(shù)據(jù)處理軟件直接準(zhǔn)確確定。但是，不同煤化程度煤揮發(fā)分的開始析出溫度不能直接由共熱解曲線特征確定，關(guān)于后期煤開始熱解溫度的定義方法也未見文獻(xiàn)討論。因此，為了本文分析的目的，近似認(rèn)為生物質(zhì)和煤的大部分內(nèi)在水分在生物質(zhì)揮發(fā)分析出(約300)之前已基本析出，即使在生物質(zhì)揮發(fā)分析出過程中仍存在小量煤內(nèi)在水分析出，但對揮發(fā)分較高的生物質(zhì)熱解分析結(jié)果影響很小?；诠矡峤獾腄TG曲線及揮發(fā)分含量與半焦含量的試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，假定共熱解時各種煤的揮發(fā)分開始析出溫度等于生物質(zhì)揮發(fā)分全部析出的終止溫度，這是因?yàn)?，一方面，單?dú)熱解生物質(zhì)或各

22、種煤的熱重試驗(yàn)已證明，各種煤揮發(fā)分的析出溫度總略高于生物質(zhì)揮發(fā)分析出終止溫度，但由于共熱解DTG曲線是平滑連續(xù)的，因此，煤揮發(fā)分析出溫度與生物質(zhì)揮發(fā)分析出終止溫度必處于或重合于某一微小溫度區(qū)間；另一方面，生物質(zhì)按不同比例與煤共熱解時，失重試驗(yàn)測得的生物質(zhì)揮發(fā)分和半焦含量與按表4數(shù)據(jù)線性加權(quán)平均值基本吻合。因此，當(dāng)由共熱解曲線計(jì)算得到的生物質(zhì)揮發(fā)分析出量等于由生物質(zhì)單獨(dú)熱解曲線計(jì)算得到的揮發(fā)分析出量時（計(jì)及生物質(zhì)摻混比例），所對應(yīng)的溫度為生物質(zhì)揮發(fā)分全部析出的終止溫度，也即為煤揮發(fā)分開始析出溫度。3.1.3共熱解中生物質(zhì)、煤揮發(fā)分開始析出和終止溫度隨生物質(zhì)摻混比例的變化 （1）生物質(zhì)與不同煤化程

23、度煤共熱解時，煤的揮發(fā)分析出溫度隨生物質(zhì)摻混比例及煤種不同而發(fā)生變化。在生物質(zhì)摻混比例為20%時，煤的揮發(fā)分初始析出溫度，而褐煤提高27，其變化趨勢見圖6所示。摻混比例50%僅對貧煤的揮發(fā)開始分析出有所促進(jìn)，而大量的生物質(zhì)揮發(fā)分的逸出不利于褐煤、煙煤的揮發(fā)分析出。（2）圖7可知，共熱解中煤揮發(fā)分析出的終止溫度比單獨(dú)煤熱解析出的終止溫度低，并且隨著生物質(zhì)摻混比例增大，煤揮發(fā)分析出的終止溫度降低，且降低幅度較大。如生物質(zhì)摻混比例為50%時，褐煤ts。原因可能是在共熱解過程中，盡管在煤揮發(fā)分開始析出初期，生物質(zhì)先期熱解對煤揮發(fā)分析出存在促進(jìn)或抑止作用，但在共熱解后期，生物質(zhì)的存在可阻止煤熱解過程中自

24、身顆粒之間的黏結(jié)20，導(dǎo)致隨著生物質(zhì)摻混比例增大，煤揮發(fā)分析出的終止溫度降低，縮短了熱解時間。（3）不同比例生物質(zhì)揮發(fā)分析出溫度隨生物質(zhì)摻混比例增加略有提高，而共熱解過程中生物質(zhì)揮發(fā)分析出終止溫度隨生物質(zhì)摻混比例不同有所不同。由圖8所示，生物質(zhì)與褐煤和煙煤摻混比例為20%(且與褐煤摻混比例為33%)時，生物質(zhì)析出終止溫度比單獨(dú)熱解生物質(zhì)揮發(fā)分析出終止溫度降低。生物質(zhì)揮發(fā)分析出終止溫度總體趨勢隨生物質(zhì)的摻混比例增加而提高，最高約達(dá)60。圖6 煤揮發(fā)分開始析出溫度隨生物質(zhì)摻混比例變化Fig. 6 The initial temperature of coal volatile release wi

25、th the blending ratio of biomass圖7 煤揮發(fā)分終止析出溫度隨生物質(zhì)摻混比例的變化Fig. 7 The terminal temperature of coal volatile release with the blending ratio of biomass圖8 生物質(zhì)揮發(fā)分終止析出溫度隨生物質(zhì)摻混比例的變化Fig. 8 The terminal temperature of bioamss volatile release with the blending ratio of biomass3.2 生物質(zhì)促進(jìn)與抑制不同煤化程度煤熱解的機(jī)理分析（1）生物質(zhì)灰

26、中堿金屬氧化物的催化作用。生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)是堿金屬含量高。麥秸、堿草灰中K2O和Na2O含量較高，特別是K2O含量大于總灰分的1/4，木材中堿金屬含量次之，鉀元素在秸稈、柳木和一些草本生物質(zhì)原料中含量最高(可達(dá)全國煤炭中堿金屬含量平均值的16倍以上)，13種生物質(zhì)混合物的堿金屬氧化物(K2ONa2O)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤的全國平均值1.99%的9倍，因此，生物質(zhì)中高堿金屬的存在會對煤的熱解起到一定的催化作用。（2）生物質(zhì)中CaO的促進(jìn)作用。本文所用的13種生物質(zhì)中，木屑灰中CaO和MgO含量最高，CaO含量高于煤的全國平均值8倍以上；生物質(zhì)混合物中大量CaO存在，會對煤氣相中硫的逸出有很大影響21。

27、會發(fā)生如下反應(yīng)：H2S + CaO = CaS + H2O (1) COS + CaO = CaS + CO2 (2)CaO的存在會降低煤熱解揮發(fā)分中的H2S和COS的含量，從而使熱解反應(yīng)向著揮發(fā)分析出的方向進(jìn)行，利于生物質(zhì)與煤共熱解。 （3）生物質(zhì)中H的促進(jìn)作用。生物質(zhì)的H/C比高，生物質(zhì)混合物的H/C為0.148，褐煤為0.08，煙煤為0.06，貧煤為0.045。根據(jù)煤化學(xué)理論，在煤熱解過程中，如果氫能夠適當(dāng)?shù)胤峙浣o碳原子，則煤中的氫量幾乎足以使之全部揮發(fā)，至少對中低階的煤來說是如此的。然而，由于煤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，氫主要以化合水(來源于羥基)及高度穩(wěn)定的輕質(zhì)脂肪烴(如甲烷及乙烷)的形式逸出，因

28、而使急需氫的其余碳原子無緣與氫結(jié)合。在煤化工中，加氫熱解可以提高煤熱解轉(zhuǎn)化率，提高焦油產(chǎn)量，改善焦油質(zhì)量20-21。生物質(zhì)的H/C比率高，內(nèi)部氫足以使其完全揮發(fā)，氫氣氣氛對煤的熱解影響較大，可以作為煤很好的供氫劑。在生物質(zhì)混合物與煤共熱解過程中，生物質(zhì)混合物提前熱解產(chǎn)生氫，而煤是貧氫物質(zhì)，在煤熱解過程中，生物質(zhì)中的氫有可能轉(zhuǎn)移到煤中，有利于煤的熱解。（4）生物質(zhì)抑制煤熱解的物理作用。生物質(zhì)在熱解過程中會出現(xiàn)不同程度的軟化、變形甚至流動。生物質(zhì)密度近為褐煤、貧煤的密度的1/2，煙煤的0.45倍。生物質(zhì)質(zhì)量混合比例為50%時，生物質(zhì)的體積為褐煤、貧煤體積的2倍，煙煤的2.2倍以上。隨著摻混比例的增

29、加，大量生物質(zhì)可能在煤揮發(fā)分析出之前黏附、覆蓋在煤表面，堵塞煤孔隙，不利于煤揮發(fā)分的逸出和擴(kuò)散，但隨著熱解溫度繼續(xù)升高，高溫氣體膨脹，內(nèi)部壓力增大，外部生物質(zhì)逐漸變軟，開始利于煤揮發(fā)分逸出，因而使生物質(zhì)與煤共熱解過程中煤揮發(fā)分開始析出溫度逐漸提高。Hans Darmstadt等22也得出了類似的結(jié)論。低變質(zhì)程度的煤分解溫度低，產(chǎn)物中煤氣、焦油和熱解水產(chǎn)率高，沒有黏結(jié)性；中變質(zhì)程度的煙煤分解溫度中等，產(chǎn)物中煤氣和焦油產(chǎn)率比較高，熱解水少，黏結(jié)性強(qiáng)；高變質(zhì)程度的貧煤及無煙煤分解溫度較高，產(chǎn)物中的煤氣和焦油產(chǎn)率較低，沒有黏結(jié)性19。由于貧煤、褐煤23-24黏結(jié)程度較煙煤的小，在熱解過程中相同量的生物

30、質(zhì)摻混比例會對煙煤黏附、堵塞和擴(kuò)散過程影響較大，所以在生物質(zhì)與不同變質(zhì)程度煤共熱解過程中煙煤的揮發(fā)分析出溫度隨生物質(zhì)摻混比例增大而提高最快。綜上所述，不同比例生物質(zhì)與不同煤化程度煤共熱解試驗(yàn)中，生物質(zhì)摻混比例、組成和特性及灰中礦物質(zhì)成分對煤熱解揮發(fā)分析出的影響同時具有促進(jìn)與抑制作用。當(dāng)摻混比例較小時，提前熱解的生物質(zhì)產(chǎn)物的催化、CaO和H的促進(jìn)作用占主導(dǎo)；而生物質(zhì)的軟化、黏附與覆蓋尚不足以對煤熱解揮發(fā)分的逸出和擴(kuò)散造成阻礙影響，且因?yàn)槊夯潭炔煌镔|(zhì)摻混比例的阻礙20影響的作用不同。摻混生物質(zhì)比例為20%時，不同煤化程度煤的揮發(fā)分析出溫度比單獨(dú)熱解時揮發(fā)分析出溫度降低，更利于煤的揮發(fā)分析出，

31、存在有利于共熱解的協(xié)同作用；比例為33%時，煙煤揮發(fā)分析出溫度高于單獨(dú)熱解煙煤的揮發(fā)分開始析出溫度，已不利于煙煤揮發(fā)分開始析出；而當(dāng)摻混生物質(zhì)的比例大于50%后，生物質(zhì)的存在已不利于褐煤揮發(fā)分開始析出，且對貧煤揮發(fā)分析出的促進(jìn)作用逐漸減小。可見，僅從利于混合物中煤揮發(fā)分開始析出的角度上講，在共熱解過程中，25%左右的生物質(zhì)摻混比例利于煙煤的揮發(fā)分析出，20%40%的生物質(zhì)摻混比例利于褐煤揮發(fā)分析出，貧煤摻混生物質(zhì)比例可增加到50%。實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的固定床熱解爐升溫速率不很高，比直接燃燒初期的熱解速率慢得多，本文采用的升溫速率是50 /min，比較接近固定床熱解爐升溫速率，因此，熱重分析儀的分析結(jié)

32、果細(xì)致、準(zhǔn)確、全面，能夠得到熱解過程中的各個重要特征溫度、試樣質(zhì)量變化率與溫度、時間等的變化規(guī)律，可為實(shí)際工業(yè)應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)。4 結(jié)論通過用熱重分析儀對生物質(zhì)和煤單獨(dú)熱解與共熱解特性的試驗(yàn)分析，比較深入地討論了熱解過程中的協(xié)同作用，得出熱解過程中試樣組成、熱解特征溫度、試樣質(zhì)量變化率與溫度等參數(shù)的變化規(guī)律。研究表明，生物質(zhì)與不同煤化程度煤共熱解時，煤的揮發(fā)分析出溫度與終止溫度均隨生物質(zhì)摻混比例及煤種不同而與煤單獨(dú)熱解的情況明顯不同，體現(xiàn)了生物質(zhì)與煤共熱解過程中，生物質(zhì)摻混比例、組成和特性及灰中礦物質(zhì)成分對煤熱解過程的促進(jìn)作用或抑制作用。當(dāng)摻混比例較小時，生物質(zhì)提前熱解，其催化、CaO和H的影

33、響占主導(dǎo)作用，生物質(zhì)的提前軟化不會對煤熱解揮發(fā)分的逸出和擴(kuò)散造成主要影響，向著利于煤熱解方向進(jìn)行，生物質(zhì)的存在具有一定的促進(jìn)作用；隨著生物質(zhì)比例增大，大量生物質(zhì)可能在煤揮發(fā)分析出之前黏附、覆蓋在煤表面，堵塞煤毛細(xì)孔，抑止煤揮發(fā)分的逸出和擴(kuò)散的作用轉(zhuǎn)為主導(dǎo)作用，不利于初始煤的揮發(fā)分析出。參考文獻(xiàn)1 曹小玲，蔣紹堅(jiān)，吳創(chuàng)之，等高溫空氣發(fā)生器熱態(tài)實(shí)驗(yàn)研究J中國電機(jī)工程學(xué)報，2005，25(2)：109-124 Cao Xiaoling，Jiang Shaojian，Wu Chuabgzhi，et alHot state experiment research of high temperature

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