應用能源技術2014年第5期(總第197期)doi:10.3969/j.isn.1009-3230.2014.05.012煤與稻草共熱解特性硏究趙曉倩2,陳宏振(1.江蘇建筑職業(yè)技術學院,江蘇徐州2211162.徐州市生物質能源工程技術研究中心,江蘇徐州2116摘要:用熱重法研究不同煤化程度煤與稻草共熱解特性。結果表明:煤與稻草共熱解的TG曲線隨稻草摻混比例的增加向低溫區(qū)移動,趨近稻草單獨熱解的TG曲線;DrG曲線主要熱解階段的兩個區(qū)間曲線和特征參數分別與稻草、煤單獨熱解的相似。通過對熱解特征參數實際值和理論值的對比,稻草對共熱解過程有一定的促進作用,而煤對共熱解過程則沒有表現出明顯作用。關鍵詞:煤;稻草;共熱解中圖分類號:TQ530.2,S216.2文獻標志碼:A文章編號:1009-3230(2014)05-0044-05Study on the Co-pyrolysis Characteristics of Coal and StrawZHAO Xiao-qian, CHEN Hong-zhe(1. Jiangsu Jianzhu Institute, Xuzhou 221116, China2. Xuzhou Engineering Research Center for Biorefinery, Xuzhou 221116, China)Abstract: Study the co- pyrolysis characteristics of different degrees of coalification coal and straw.The results show that: with the increase of the mixing ratio of straw, the TG curve of co-pyrolysis ofcoal and straw move to low temperature area integrally, approaching the tG curve of straw;Twointerval curves and characteristics parameters of the main pyrolysis stage of DTG curves similar tostraw, coal pyrolasis aloneon of the actual and theoretical values of the pyrolysischaracteristics parameters, rice straw has a certain role to the pyrolysis of coal, but the coal show noeffect oolysis of rice straw.Key words: Coal; Straw; Co-pyrolysis0引言低、運輸困難等缺點,其產業(yè)化規(guī)模較低,因此研我國生物質資源豐富據測算我國現有生物究利用生物質能源具有促進經濟和保護環(huán)境的重質資源量約54億t標準煤,可用生物質能資源大意義。煤和生物質的混合利用技術不僅可以高量約2.9億t標準煤,估計2050年我國生物質資效利用生物質能、節(jié)約煤炭資源,還可以減輕環(huán)境源理論值最高可達14億t標準煤,可供清潔能源污染,是現階段一種低成本、大規(guī)模利用生物質能化利用的生物質能資源潛力最高可達89億t標源的可行方案。準煤。然而生物質能源由于分布廣、能量密度近年來,國內外研究者對煤與生物質混合物共熱解過程H中國煤化工研究,但對收稿日期:2014-03-10修訂日期:2014-04-20協同反應的CNMHG存在兩種基金項目:徐州市科技計劃項目(項目編號:XM12B104)作者簡介:趙曉倩(186-),女,江蘇豐縣人漢族碩士研觀點:一種是認為煤與生物質共熱解過程存在協究生,主要從事生物質能研究。2014年第5期(總第197期)應用能源技術同反應24,一種認為煤與生物質共熱解只是兩1.2試驗設備與方法種物質熱解過程的簡單疊加,并沒有協同作熱解設備為STA409PC同步熱分析儀。試用-8。文中通過將不同煤化程度煤與稻草進行樣質量10±0.1mg,混合組分按照配比進行稱共熱解試驗,研究煤與稻草的共熱解特性,并通過量;試驗氣氛為高純氮氣(N2),氮氣流量30對熱解特征參數的研究,探討共熱解過程中可能mL/min;選用20℃/min的升溫速率,從室溫存在的協同作用。加熱到1000℃。在試樣熱解前,先用空白樣1試驗原料、設備與方法做基線。1.1試驗原料2試驗結果與分析試驗所用無煙煤取自山西陽泉;煙煤取自江在研究煤與稻草共熱解過程中,由于試驗因蘇沛縣;褐煤取自內蒙古鄂爾多斯;稻草取自安徽素較多樣品名稱較復雜,為了便于表示,本文采蕪湖。原料粉碎后篩取0.2mm以下粒徑。原料用代號對混合樣品進行表示,其中字母是原料拼工業(yè)分析結果見表1。音首字母,百分比代表原料在混合樣品中所占比表1原料工業(yè)分析結果例,如H70D30的含義是混合樣品中褐煤比例原料名稱水分/%灰分/%揮發(fā)分/%固定碳/%70%、稻草比例30%。無煙煤3.6110.125.212.1無煙煤與稻草共熱解過程分析煙煤4.9822.2527.86圖1為無煙煤與稻草在不同摻混比例時共熱褐煤18.42解的TG-DTG曲線,如圖1所示。稻草8.1211.544113.93100●W9oD10W80D20W70D30W90D10合無煙煤W80D20W70D30一無煙煤稻草4001000圖1無煙煤與不同比例稻草共熱解TG-DTG曲線隨著稻草摻混比例的增加混合樣品的失重增大,主要熱解失重區(qū)域對應的峰愈來愈明顯。率增大,TG曲線整體向低溫區(qū)移動,趨近稻草單煤與生物中國煤化立失重速率獨熱解的TG曲線。通過DG曲線可以看出,隨Dmcm和對應CNMHG重要特征著稻草摻混比例的增加,共熱解的失重速率逐漸參數實際最大失重速率DTCm和理論計算最大應用能源技術2014年第5期(總第197期)失重速率DTG-mx,以及實際失重率(用W表示)10%,其所對應的峰值溫度逐漸增大并接近稻草和理論計算失重率(用啊表示)是反應生物質單獨熱解時的峰值溫度,樣品失重率W比其對摻混比例對共熱解影響的重要指標。應的W增加約0.4%、7.3%和7.4%。這可能理論計算最大失重速率DTGm釆用公式1是由于稻草開始熱解溫度較煤低,產生的富氫小進行折算:分子或自由基可促進無煙煤的熱解。DTGimas 5m DTGmmsx +5, DTGmao (1)總體來說無煙煤與稻草共熱解過程是分段體理論計算失重率W用公式2進行折算:現煤與稻草的熱解過程,稻草與無煙煤的共熱解W=東mWn+5WL,。(2)有一定協同作用,且稻草比例越大,協同作用越明式中:DTGm是理論計算最大失重速率,%/min;顯。DTGm和D7C-m是煤和生物質單獨熱解時的最表2試樣熱解特征參數及失重率大失重速率,%/min;啊是理論計算失重率,%;WL和W是煤和生物質單獨熱解時的失重(%/min)(%/min)/℃率,%;和是煤和生物質在混合物中所占的比無煙煤0.23667.94.714.7例,%W90D10326.111.2411.19表2列出了不同摻混比例稻草與無煙煤共熱W80003.37328.818.961767解過程中的特征參數和失重率?？梢钥闯?稻草w70D304.50331.4摻混比例為10%、20%和30%時,最大失重速率稻草15.1715.17332.169.4969.49DTGm分別比其對應的DG大14%、12%和22煙煤與稻草共熱解過程分析圖2為煙煤與稻草在不同摻混比例時共熱解的TG-DTG曲線。4Y90D10-6△-Y80D20Y70D30●Y90D100稻草50-4Y80D20+Y70D30一合震1000200400000Temperature(℃)Tempcrature(℃)圖2煙煤與不同比例稻草共熱解TG-DTG曲線表3列出了不同摻混比例稻草與煙煤共熱解主要失重階V山中國煤化工兩個區(qū)間的的特征參數及失重率。由于煙煤與稻草共熱解的熱解特征參CNMHG2014年第5期(總第197期)應用能源技術表3試樣熱解特征參數及失量DTG.(%/min)DTGm(%/minT(℃)試樣WL(%)W(%)區(qū)間1間區(qū)間2又間1區(qū)間2煙煤3.853.85Y90D1033.9333.003.41Y70D303.2145.47稻草15.1769結合圖2和表3可以看出:隨著稻草摻混比解;第二個區(qū)間(380~600℃)與煙煤單獨熱解區(qū)例的增加,煙煤與稻草共熱解的TG曲線整體向間大體相同,Y90D10和Y80D20的D7℃m小于低溫區(qū)移動,開始熱解的溫度降低;煙煤與稻草共 DTG,Y70D30的DT℃略高于DTGa,DG曲熱解的W均高于W,且隨稻草比例增加,阢值線的失重速率沒有隨著稻草摻混比例的增加而明增大,阢與w的比值也增加。在煙煤與稻草共顯增大。在600℃以后,T曲線的失重趨勢熱解的主要失重階段(185-600℃),出現了兩段致,DTG曲線變化也沒有明顯差異劇烈失重區(qū)間第一個區(qū)間(185-380℃)與稻草說明煙煤與稻草共熱解過程中基本上是分階單獨熱解的失重區(qū)間大體相同,稻草比例為段體現稻草與煙煤的熱解煙煤與稻草的共熱解過10%、20%和30%時,其DTG。分別比DrG-大程有一定協同作用,尤其在稻草主要熱解區(qū)間協同6%、14%和21%;且稻草摻混比例愈大,其對應作用明顯,且隨稻草比例的增加協同作用增強。的峰值溫度T。越接近稻草單獨熱解時的Tm,2.3褐煤與稻草共熱解過程分析DTG曲線上的肩峰也越明顯,這可能是由于稻草圖3為褐煤與稻草在不同摻混比例下共熱解熱解產生的富氫小分子或自由基可促進煙煤的熱的T-DTG曲線H90D10704-H80D20E8H70D30魯H90D10H80D20H70D30120-稻草40060080010006008001000℃)圖3褐煤與不同比例稻草共熱解TG-DTG曲線表4列出了不同接混比例稻草與褐煤共熱解主要失重階段山中國煤化工個區(qū)間的CNMHG的特征參數及失重率。由于褐煤與稻草共熱解的熱解特征參數力力過力T。應用能源技術2014年第5期(總第197期)表4試樣熱解特征參數及失重率DTGa(%/min)DTGm(%/minTn(℃)試樣WL(%)W(%)區(qū)間1區(qū)間2區(qū)間1區(qū)間2區(qū)間1區(qū)間2褐煤H90D1O2.241.4146.1647.211.401.43稻草15.1715.1733169.4969.49結合圖3和表4可以看出:隨著稻草摻混比(2)通過對熱解特征參數實際值和理論值的例的增加,TG曲線整體向低溫區(qū)移動,W均小于對比,稻草對煤的熱解有一定的促進作用。Wj,這可能是由于褐煤變質程度低,灰熔點低,當(3)煤化程度對煤與稻草共熱解過程的影響稻草摻混比例增加時,稻草軟化、黏附并覆蓋在褐并不明顯,對稻草的熱解過程沒有表現出明顯的煤表面,阻礙了褐煤熱解揮發(fā)分的逸出和擴促進作用。散∽。褐煤與稻草共熱解的DTG曲線的第一個參考文獻失重區(qū)間與稻草單獨熱解的區(qū)間大體相同,[1]中國能源中長期發(fā)展戰(zhàn)略研究項目組中國能源中H90D1o和H8OD20的DTc要大于DT℃mx,而長期(2030、2050)發(fā)展戰(zhàn)略研究一可再生能源卷H70D30的DT℃C稍低于DTGm,并且其對應的[M].北京:科技出版社,2011最大失重溫度T?；旧吓c稻草單獨熱解的T[2] Sjstrm K, Chen G,YuQ,etnl. Promoted reactivity of相同,說明該區(qū)間主要是稻草的熱解并且較低比har in co-gasification of biomass and coal Syiin the thermo chemical process[J]. Fuel, 1999, 78例稻草的加入可以在一定程度上促進該區(qū)間內褐(10):1189-1194煤的熱解。第二個失重區(qū)間與褐煤單獨熱解區(qū)間[3]王鵬,文芳,邊文,等.煤與生物質共熱解特大體相同,稻草摻混比例增加,最大失重速率基本性初步研究[J].煤炭轉化,2008,31(4):40-44.沒有變化,DT℃m與DTGm基本相同,其對應的[4]或宏香,李海濱趙增立煤與生物質熱重分析及動峰值溫度低于褐煤單獨熱解時的峰值溫度。力學研究[J].燃料化學學報,2009,37(5):538-說明褐煤與稻草共熱解過程中主要是稻草與545褐煤的分別熱解,但褐煤的最大失重峰值向低溫[5]馬林轉.禍煤與生物質兩步法熱解探索性實驗研究區(qū)偏移,說明稻草與褐煤共熱解有一定協同作用[D].昆明:昆明理工大學但W均小于W,可能是在反應后期稻草灰阻礙61尚琳琳,程世慶張海清生物質與煤共熱解特性研了褐煤的進一步熱解反應。究J].太陽能學報,2006,27(8):852-856.結論7]昊全卓,馬琳,林文樹.生物質發(fā)電技術和經濟性研究綜述[].森林工程,2012,28(5):102-106(1)不同煤化程度煤與稻草共熱解曲線的主[8】劉輝,吳少華,孫銳,等.快速熱解褐煤焦的比要反應階段都大致分為兩個區(qū)間,分別為稻草的表面積及孔結構門中國由機工程學報,2005,熱解失重和煤的熱解失重區(qū)間,即煤與稻草共熱中國煤化工25(1解過程主要是稻草和煤分別熱解的過程。CNMHG