生物质与煤矸石混烧特性实验研究

生物质与煤共热解特性研究摘要：选取一种典型生物质样品（棉秆），并将生物质样品与煤分别以1:9、3:7、5:5的质量比混合。

采用热重分析法，在相同升温速率下，对各样品进行热解实验，探讨了生物质与煤热解特性的差异以及它们共热解时生物质对煤热解过程的影响。

研究表明，生物质与煤的热解特性差异很大：生物质热解温度低，热解速度快，而煤相对热解速度慢，热解温度高；在生物质与煤混合热解时，总体热解特性分阶段呈现生物质和煤的热解特征；随混煤中生物质比例的增加，热解温度降低，热解速度变快。

关键词：热重分析生物质煤热解共热解随着人们越来越关注化石能源的使用对生态环境的不利影响，生物质能源的利用份额逐年上升[1]。

但是，由于生物质分布分散、能量密度低、收集运输和预处理费用高、热值低、水分大、转化利用需要外热源等缺点[2]，使得单独利用生物质燃料的设备容量较小、投资费用较高、系统独立性差和效率低。

为了使生物质在较短期内实现大规模有效利用，并具有商业竞争力，生物质与煤混合燃烧和转化技术在现阶段是一种低成本、大规模利用生物质能源的可选方案。

1 生物质能的转化生物质的利用转化方式主要有直接燃烧、热化学转化和生物转化[3]。

热化学转化是指高温下将生物质转化为其它形式能量的转化技术，包括气化(在气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下对生物质进行部分氧化而转化成气体燃料的过程)、热解(在没有气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下，单纯利用热使生物质中的有机物质等发生热分解从而脱除挥发性物质，常温下为液态或气态，并形成固态的半焦或焦炭的过程)和直接液化(在高温高压和催化剂作用下从生物质中提取液化石油等)；生物转化法是指生物质在微生物的发酵作用下产生沼气、酒精等能源产品。

固体生物质的热解及其进一步转化是开发利用生物质能的有效途径之一。

在生物质热化学转化过程中，热解是一个重要的环节。

生物质形态各异，组成多为木质素、纤维素等难降解有机物，与矿物燃料不同，因此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、压力和滞留时间等[4]。

生物质与煤混烧过程中细微颗粒排放特性研究生物质与煤混烧可以利用生物质碳循环的优点，并适用于现有燃煤锅炉改造，有效地降低成本，提高燃烧效率，但是由于生物质相比于煤含有更高含量的碱金属，而这些碱金属矿物在燃烧过程中又极易发生气化从而造成燃烧后的设备安全及环境问题，如灰沉积及其腐蚀的加剧、飞灰颗粒物排放的环境危害等。

因此，合理全面的分析探讨生物质与煤混烧后细微颗粒物的形成与排放具有重要的科学与实际意义。

本论文主要通过在高温沉降炉和立式热天平炉上开展生物质与煤的混烧试验，分析不同试验条件下生物质与煤混烧时细微颗粒(PM₁₀)形成与排放的主要影响因素，研究不同生物质中生物化学组分的含量以及对PM₁₀排放的影响趋势，并深入探讨生物质中不同存在形式碱金属的迁移特性及其对混烧后细微颗粒生成与排放的作用规律。

本文研究的主要内容如下：试验工况对混烧PM₁₀排放特性的影响。

试验结果表明：不同种类的煤样与生物质混烧后生成的PM₁₀在其质量粒径分布上并无太大差异，且与单一原料燃烧时较为相似，均呈双峰分布。

生物质与煤混烧过程中，碱金属和元素S，Cl大部分富集在亚微米颗粒当中，并且主要以碱金属的氯酸盐和硫酸盐的形式存在。

随着氧气浓度的增加，亚微米颗粒（PM₁）与超微米颗粒物(PM_1-10)的排放浓度随之递增，但PM₁在PM₁₀中所占的比例却出现较大幅度的降低。

随着燃烧温度的升高，PM₁和PM_1-10排放上升，且PM₁的增长幅度较大。

煤与生物质（稻秸秆）共热解反应及动力学分析摘要：本文利用综合热分析仪，对煤（褐煤、无烟煤）与稻秸秆按不同比例混合及各自单独热解反应进行了热解实验。

结果表明，生物质与煤的热解过程可简化看作是在较低温度段（400℃以下）热解以生物质为主；在高温段（600℃～850℃）热解以煤为主。

生物质对煤的热解过程有促进作用，随着生物质参混比例的上升，使煤的热解高峰区的温度向低温区移动。

但是促进程度是随着生物质的量的增加而减小的，并且对褐煤的促进作用要比对无烟煤的作用明显。

在动力学分析中，发现褐煤和生物质单独热解过程在整个热解温度范围内可用coats-Redfern法按反应级数n=1的过程来计算出热力学参数；但是两者混合后的热解过程，由于反应机理及过程发生了变化，并不能用简单的热解动力学模型来描述；最后，对无烟煤与稻秸秆（质量比例3：2）的混合物按升温速率分别为10℃/min和20℃/min的热解过程作了对比试验，总结出升温速率对热解反应的影响。

关键词：煤与生物质稻秸秆热重分析动力学参数一引言生物质是人类利用最早、最多、最直接的能源，同时也是低碳燃料和唯一可运输及储存的可再生能源，可实现CO2的零排放。

我国生物质储量丰富，因此生物质能的开放和利用有着重大意义[1]。

同时我国煤炭资源丰富，在今后很长一段时间内对煤炭的依赖性还很大。

生物质与煤混合燃烧发电和热解转化技术是高效洁净合理利用我国两大优势能源的有效途径之一，不但可降低CO2、NOX 、SOX的排放量，而且可以有效解决生物质单独使用时的焦油问题。

对于煤与生物质共热解的问题，国内外的学者作了不同结论的实验研究。

对于其协同性问题，存在两个对立的观点。

Chatphol.M[2]、Collot.A.G[3]等人，各自在实验中得到无协同作用的结论；而Nikkhah.K[4]、McGee.B[5]等人则在共热解试验中得出有协同性的结论。

阎维平[6]用生物质混合物与褐煤的共热解试验证明生物质粉末对煤的热解有一定的促进和抑制的作用，两者间有协同性存在；而李文[7]、李世光[8]等人则通过试验说明两者无明显的协同作用。

生物质与煤混燃研究分析摘要:通过对生物质与煤混燃的研究方法、优势、燃烧特性以及研究结论的介绍,阐明充分开发生物质资源,进行生物质与煤共燃的研究对解决我国能源问题具有现实意义。

关键词:生物质;煤;混燃作为清洁的可再生能源,生物质能的利用已成为全世界的共识。

我国生物质资源丰富,生物质占一次能源总量的33% ,是仅次于煤的第二大能源。

同时,我国又是一个由于烧煤而引起的污染排放很严重的发展中国家,生物质被喻为即时利用的绿色煤炭,具有挥发分和炭活性高,N和S含量低,灰分低,与煤共燃可以降低其硫氧化物、氮氧化烟尘的含量.同时生物质燃烧过程具有CO2零排放的特点。

这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。

因此发展生物质与煤混合燃烧这种既能脱除污染,又能利用再生能源的廉价技术是非常适合中国国情的。

一、共燃的主要方式:(1)直接共燃:即直接将生物质混入煤中进行燃烧或生物质与煤使用不同的预处理装置与燃烧器。

(2)生物质焦炭与煤共燃:通过将生物质在300~400℃下热解,可以将生物质转化为高产率(60%~80%)的生物质焦炭,然后将生物质焦炭与煤共燃。

生物质与煤共燃燃烧性质的研究主要是利用热分析技术所得的TG-DTG曲线进行。

利用TG-DTG曲线可以方便的获取着火温度Th,最大燃烧速(dw/dt)max平均燃烧速度dw/dt)mean,燃尽温度Th等参数。

可以对一种煤和几种生物质以及它们以不同的比例所得的混合试样进行燃烧特性分析。

比如在STA409C型热综合分析仪上对各试样进行燃烧特性试验,工作气氛为N2和O2,流量分别为80ml/min、20ml/min ,升温速率为30℃/min ,温度变化范围为20~1200℃。

每个试样重量约5.0mg。

其数值根据自己的实验需要进行修改。

2 生物质与煤共燃的优势2.1 CO2等温室气体的减排由于生物质在燃烧过程中排放出的CO2与其生长过程中所吸收的一样多,所以生物质燃烧对空气CO2的净排放为零。

生物质能燃烧特性的实验研究第一章绪论随着世界能源需求的不断增长，传统化石燃料逐渐枯竭并污染环境，生物质能作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景和重要的意义。

生物质能是指从生物质中提取能量的过程，其来源主要包括农作物废弃物、林木和固体废弃物等，广泛应用于生活、工业、发电和交通等领域。

生物质能燃烧作为生物质能利用的主要形式之一，研究其燃烧特性具有极其重要的实际意义。

本篇论文主要对生物质能燃烧特性进行实验研究，从燃烧特性、燃烧效率和热值等三个方面展开深入探讨，并探究不同处理方式对生物质能燃烧特性的影响。

第二章生物质能燃烧特性的实验研究2.1 生物质能燃烧特性生物质能燃烧是指将生物质分解为一系列火焰化学反应产生的物质，包括水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氮气、灰分和粒子等。

生物质能的燃烧过程包括生物质的开始发热、可燃部分的燃烧反应、燃烧反应的终止和灰分的残留，整个过程较慢而稳定。

2.2 燃烧效率燃烧效率是指生物质能燃烧过程中被释放的热能和提供的热能之间的比值，反映了生物质能燃烧时能量转化的效率。

实验表明，燃烧效率与生物质粒度、形状、水分和灰分含量等因素相关。

一般而言，较小粒度生物质燃烧效率高，因为小颗粒的热辐射更强，火焰更容易扩散。

随着水分和灰分含量的增加燃烧效率逐渐降低，这是因为这些因素均会占据生物质中的可燃部分，从而影响燃烧反应的进行。

2.3 热值热值是指单位质量生物质能释放的热能，常用单位为焦耳/千克或卡/克。

不同类型的生物质能具有不同的热值，例如小麦秸秆、稻草、木材、棕榈油残渣等，其热值范围在14-20MJ/kg之间。

与传统加热方式相比，生物质能燃烧方式热值较低，需要考虑大量生物质的供应和储存。

第三章不同处理方式对生物质能燃烧特性的影响3.1 生物质粉碎生物质粉碎是将生物质切碎为较小的颗粒，以提高其燃烧效率。

实验表明，生物质粉碎程度对燃烧特性有明显影响。

随着生物质颗粒的减小，生物质能的燃烧反应更充分，因此燃烧效率和热值均得到提高。

文章编号:CN23-1249(2011)01-0048-03生物质与煤混烧灰的熔融性实验研究李洪涛1,徐有宁1,黄景立2,纪桂英3(1.沈阳工程学院沈阳市循环流化床燃烧技术重点试验室,辽宁沈阳110136;2.山西电力科学研究院,山西太原071003;3.华电白音华金山发电有限公司发电部,内蒙古锡林郭勒盟026200)摘 要:为解决生物质与煤混燃存在的结渣积灰问题。

以稻秸秆、白杨木屑、稻壳和煤在不同配比下混合燃烧的灰分作为研究对象,利用HR -3C 灰熔融性测定仪研究了生物质与煤混合燃烧的熔融特性。

研究表明:生物质燃料中碱金属含量比煤中的含量要高,提高生物质的掺入比总体上会使灰熔融温度降低;此外,对于二氧化硅含量不同的生物质燃料其灰熔融性有所差别,因此锅炉改生物质混烧过程中,为避免结渣积灰问题应考虑灰的成分和掺入比。

关键词:生物质;煤;混烧;灰;熔融性中图分类号:TK6 文献标识码:AExperi m ent Study on Ash Fusi ng Character Duri ng Co -firi ng of Coal and Bio m assL iH ongtao 1,X u Youning 1,H uang J inli 2,JI G ui y ing2(1.Shenyang Key Laborato r y on C ircu lati n g F l u i d ized Bed Co mbusti o n Techno l o gy ,Shenyang institute of engineeri n g ,Shenyang 110136,China ;2.Shanx iE lectric Pow er Research I nstitute ,Ta i y uan 030001,Chi n a ;3.Pow er Generation Depart m en,t H uadian Ba i y i n hua JinshanPo w er P l a nt Co .Ltd .,X ilinguo l e ,026200China)Abst ract :To solve the pr oble m s o f slagg ing and fou li n g duri n g co-firi n g of coal and bio m ass .The ash character of coal and 3sorts of b i o m ass (rice ste m,poplar sa w dus,t rice husk)b le nds i n different m i x ing proporti o ns w ere stud i e d by theHR -3C detector of ash fusion .The results sho w tha:t the alkalim etal content i n bio m ass fuels is h i g her than the coal conten;t the bio m asses fraction is raised ,the ash f u si n g te m perature of b lends decreases generally ;i n addition ,it is d ifferences to the silica con tent of different b i o m ass ash,w hen the fuel o f coal fired bo iler change to bio m ass ,i n order to avo i d the proble m s of slagging and fou li n g ,it shou l d consi d er to the co m positi o n and m i x ing ratio o f ash .K ey w ords :b i o m ass ;coa;l co-firing ;ash ;ash characteristic te m perature收稿日期:2010-11-24作者简介:李洪涛(1975-),男,讲师,河北定州人,主要从事生物质能热化学转化技术以及两相流传热传质研究。

生物质煤炭复合燃料动力学分析全球生态环境因为化石燃料的燃烧而遭到严重的破坏，并且这一问题变得越来越突出。

我们迫切需要化石燃料的洁净燃烧，尤其是煤炭的洁净燃烧，实现能源利用的可持续发展。

冬季在我国的北方地区，有大量燃烧秸秆的现象，产生的空气悬浮颗粒会加剧空气的二次污染。

文章重点研究了国内大量存在的生物质杨木和秸秆煤炭复合燃料动力学相关特征，分析其应用于实际锅炉利用的可能性。

标签：生物质；杨木；秸秆；煤炭；复合燃料；动力学引言近年来，可再生能源因其灵活性好、燃烧效率高、传热性高和NOX、SOX、CO2排放量低而廣泛获得关注。

生物质可以转化成能量，这被认为是潜在的可再生能源[1]。

生物质的主要的应用是使用锅炉单独燃烧或与煤联合燃烧。

在我国的北方地区，秸秆燃烧排放大量污染物，导致雾霾等严重空气污染过程的发生或加强。

国家已制定了禁烧的相关法案，但目前尚无有效替代燃烧处理秸秆的方法，不少地区燃烧仍很普遍。

因此，有必要进一步探讨解决秸秆燃烧污染效应的其他途径[2]。

因此，秸秆作为生物质煤炭复合被视为混烧过程的一种备选方案。

文献[3]指出，在我国的大环境下生物质成型燃料与煤炭价格的比价，表明生物质的合理利用可促进两者比价的合理化，生物质完全取代煤炭是很难实现的，混合使用可更好的提高其燃烧效率。

同时，混烧生物质与煤可以更好的克服并解决个别缺陷样品，如含有高挥发分的生物量和高硫分高灰分的煤[4]。

除此之外，混合后由于灰分的存在，会有协同作用的效果。

富碳材料的热化学设施工业发展的转换主要需要全面的燃烧参数数据及其对过程动力学的影响。

在这种情况下，热分析方法如热重量分析法（TG）、微分热重量分析法（DTG）、示差热分析（DTA）、差示扫描量热法（DSC），傅里叶变换红外光谱与热重联用（TG-FTIR）和热重质谱联用（TG-MS）技术被以日益增长的用于评价和表征化石燃料和可再生能源，并作为一种测定燃烧特性及动力学参数的重要手段[5]。