煤与稻草共热解特性研究

应用能源技术2014年第5期(总第197期)doi:10.3969/j.isn.1009-3230.2014.05.012煤与稻草共热解特性硏究赵晓倩2,陈宏振(1.江苏建筑职业技术学院,江苏徐州2211162.徐州市生物质能源工程技术研究中心,江苏徐州2116摘要:用热重法研究不同煤化程度煤与稻草共热解特性。结果表明:煤与稻草共热解的TG曲线随稻草掺混比例的增加向低温区移动,趋近稻草单独热解的TG曲线;DrG曲线主要热解阶段的两个区间曲线和特征参数分别与稻草、煤单独热解的相似。通过对热解特征参数实际值和理论值的对比,稻草对共热解过程有一定的促进作用,而煤对共热解过程则没有表现出明显作用。关键词:煤;稻草;共热解中图分类号:TQ530.2,S216.2文献标志码:A文章编号: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、运输困难等缺点,其产业化规模较低,因此研我国生物质资源丰富据测算我国现有生物究利用生物质能源具有促进经济和保护环境的重质资源量约54亿t标准煤,可用生物质能资源大意义。煤和生物质的混合利用技术不仅可以高量约2.9亿t标准煤,估计2050年我国生物质资效利用生物质能、节约煤炭资源,还可以减轻环境源理论值最高可达14亿t标准煤,可供清洁能源污染,是现阶段一种低成本、大规模利用生物质能化利用的生物质能资源潜力最高可达89亿t标源的可行方案。准煤。然而生物质能源由于分布广、能量密度近年来,国内外研究者对煤与生物质混合物共热解过程H中国煤化工研究,但对收稿日期:2014-03-10修订日期:2014-04-20协同反应的CNMHG存在两种基金项目:徐州市科技计划项目(项目编号:XM12B104)作者简介:赵晓倩(186-),女,江苏丰县人汉族硕士研观点:一种是认为煤与生物质共热解过程存在协究生,主要从事生物质能研究。2014年第5期(总第197期)应用能源技术同反应24,一种认为煤与生物质共热解只是两1.2试验设备与方法种物质热解过程的简单叠加,并没有协同作热解设备为STA409PC同步热分析仪。试用-8。文中通过将不同煤化程度煤与稻草进行样质量10±0.1mg,混合组分按照配比进行称共热解试验,研究煤与稻草的共热解特性,并通过量;试验气氛为高纯氮气(N2),氮气流量30对热解特征参数的研究,探讨共热解过程中可能mL/min;选用20℃/min的升温速率,从室温存在的协同作用。加热到1000℃。在试样热解前,先用空白样1试验原料、设备与方法做基线。1.1试验原料2试验结果与分析试验所用无烟煤取自山西阳泉;烟煤取自江在研究煤与稻草共热解过程中,由于试验因苏沛县;褐煤取自内蒙古鄂尔多斯;稻草取自安徽素较多样品名称较复杂,为了便于表示,本文采芜湖。原料粉碎后筛取0.2mm以下粒径。原料用代号对混合样品进行表示,其中字母是原料拼工业分析结果见表1。音首字母,百分比代表原料在混合样品中所占比表1原料工业分析结果例,如H70D30的含义是混合样品中褐煤比例原料名称水分/%灰分/%挥发分/%固定碳/%70%、稻草比例30%。无烟煤3.6110.125.212.1无烟煤与稻草共热解过程分析烟煤4.9822.2527.86图1为无烟煤与稻草在不同掺混比例时共热褐煤18.42解的TG-DTG曲线,如图1所示。稻草8.1211.544113.93100●W9oD10W80D20W70D30W90D10合无烟煤W80D20W70D30一无烟煤稻草4001000图1无烟煤与不同比例稻草共热解TG-DTG曲线随着稻草掺混比例的增加混合样品的失重增大,主要热解失重区域对应的峰愈来愈明显。率增大,TG曲线整体向低温区移动,趋近稻草单煤与生物中国煤化立失重速率独热解的TG曲线。通过DG曲线可以看出,随Dmcm和对应CNMHG重要特征着稻草掺混比例的增加,共热解的失重速率逐渐参数实际最大失重速率DTCm和理论计算最大应用能源技术2014年第5期(总第197期)失重速率DTG-mx,以及实际失重率(用W表示)10%,其所对应的峰值温度逐渐增大并接近稻草和理论计算失重率(用啊表示)是反应生物质单独热解时的峰值温度,样品失重率W比其对掺混比例对共热解影响的重要指标。应的W增加约0.4%、7.3%和7.4%。这可能理论计算最大失重速率DTGm釆用公式1是由于稻草开始热解温度较煤低,产生的富氢小进行折算:分子或自由基可促进无烟煤的热解。DTGimas 5m DTGmmsx +5, DTGmao (1)总体来说无烟煤与稻草共热解过程是分段体理论计算失重率W用公式2进行折算:现煤与稻草的热解过程,稻草与无烟煤的共热解W=东mWn+5WL,。(2)有一定协同作用,且稻草比例越大,协同作用越明式中:DTGm是理论计算最大失重速率,%/min;显。DTGm和D7C-m是煤和生物质单独热解时的最表2试样热解特征参数及失重率大失重速率,%/min;啊是理论计算失重率,%;WL和W是煤和生物质单独热解时的失重(%/min)(%/min)/℃率,%;和是煤和生物质在混合物中所占的比无烟煤0.23667.94.714.7例,%W90D10326.111.2411.19表2列出了不同掺混比例稻草与无烟煤共热W80003.37328.818.961767解过程中的特征参数和失重率。可以看出,稻草w70D304.50331.4掺混比例为10%、20%和30%时,最大失重速率稻草15.1715.17332.169.4969.49DTGm分别比其对应的DG大14%、12%和22烟煤与稻草共热解过程分析图2为烟煤与稻草在不同掺混比例时共热解的TG-DTG曲线。4Y90D10-6△-Y80D20Y70D30●Y90D100稻草50-4Y80D20+Y70D30一合震1000200400000Temperature(℃)Tempcrature(℃)图2烟煤与不同比例稻草共热解TG-DTG曲线表3列出了不同掺混比例稻草与烟煤共热解主要失重阶V山中国煤化工两个区间的的特征参数及失重率。由于烟煤与稻草共热解的热解特征参CNMHG2014年第5期(总第197期)应用能源技术表3试样热解特征参数及失量DTG.(%/min)DTGm(%/minT(℃)试样WL(%)W(%)区间1间区间2又间1区间2烟煤3.853.85Y90D1033.9333.003.41Y70D303.2145.47稻草15.1769结合图2和表3可以看出:随着稻草掺混比解;第二个区间(380~600℃)与烟煤单独热解区例的增加,烟煤与稻草共热解的TG曲线整体向间大体相同,Y90D10和Y80D20的D7℃m小于低温区移动,开始热解的温度降低;烟煤与稻草共 DTG,Y70D30的DT℃略高于DTGa,DG曲热解的W均高于W,且随稻草比例增加,阢值线的失重速率没有随着稻草掺混比例的增加而明增大,阢与w的比值也增加。在烟煤与稻草共显增大。在600℃以后,T曲线的失重趋势热解的主要失重阶段(185-600℃),出现了两段致,DTG曲线变化也没有明显差异剧烈失重区间第一个区间(185-380℃)与稻草说明烟煤与稻草共热解过程中基本上是分阶单独热解的失重区间大体相同,稻草比例为段体现稻草与烟煤的热解烟煤与稻草的共热解过10%、20%和30%时,其DTG。分别比DrG-大程有一定协同作用,尤其在稻草主要热解区间协同6%、14%和21%;且稻草掺混比例愈大,其对应作用明显,且随稻草比例的增加协同作用增强。的峰值温度T。越接近稻草单独热解时的Tm,2.3褐煤与稻草共热解过程分析DTG曲线上的肩峰也越明显,这可能是由于稻草图3为褐煤与稻草在不同掺混比例下共热解热解产生的富氢小分子或自由基可促进烟煤的热的T-DTG曲线H90D10704-H80D20E8H70D30鲁H90D10H80D20H70D30120-稻草40060080010006008001000℃)图3褐煤与不同比例稻草共热解TG-DTG曲线表4列出了不同接混比例稻草与褐煤共热解主要失重阶段山中国煤化工个区间的CNMHG的特征参数及失重率。由于褐煤与稻草共热解的热解特征参数力力过力T。应用能源技术2014年第5期(总第197期)表4试样热解特征参数及失重率DTGa(%/min)DTGm(%/minTn(℃)试样WL(%)W(%)区间1区间2区间1区间2区间1区间2褐煤H90D1O2.241.4146.1647.211.401.43稻草15.1715.1733169.4969.49结合图3和表4可以看出:随着稻草掺混比(2)通过对热解特征参数实际值和理论值的例的增加,TG曲线整体向低温区移动,W均小于对比,稻草对煤的热解有一定的促进作用。Wj,这可能是由于褐煤变质程度低,灰熔点低,当(3)煤化程度对煤与稻草共热解过程的影响稻草掺混比例增加时,稻草软化、黏附并覆盖在褐并不明显,对稻草的热解过程没有表现出明显的煤表面,阻碍了褐煤热解挥发分的逸出和扩促进作用。散∽。褐煤与稻草共热解的DTG曲线的第一个参考文献失重区间与稻草单独热解的区间大体相同,[1]中国能源中长期发展战略研究项目组中国能源中H90D1o和H8OD20的DTc要大于DT℃mx,而长期(2030、2050)发展战略研究一可再生能源卷H70D30的DT℃C稍低于DTGm,并且其对应的[M].北京:科技出版社,2011最大失重温度T。基本上与稻草单独热解的T[2] Sjstrm K, Chen G,YuQ,etnl. Promoted reactivity of相同,说明该区间主要是稻草的热解并且较低比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进该区间内褐(10):1189-1194煤的热解。第二个失重区间与褐煤单独热解区间[3]王鹏,文芳,边文,等.煤与生物质共热解特大体相同,稻草掺混比例增加,最大失重速率基本性初步研究[J].煤炭转化,2008,31(4):40-44.没有变化,DT℃m与DTGm基本相同,其对应的[4]或宏香,李海滨赵增立煤与生物质热重分析及动峰值温度低于褐煤单独热解时的峰值温度。力学研究[J].燃料化学学报,2009,37(5):538-说明褐煤与稻草共热解过程中主要是稻草与545褐煤的分别热解,但褐煤的最大失重峰值向低温[5]马林转.禍煤与生物质两步法热解探索性实验研究区偏移,说明稻草与褐煤共热解有一定协同作用[D].昆明:昆明理工大学但W均小于W,可能是在反应后期稻草灰阻碍61尚琳琳,程世庆张海清生物质与煤共热解特性研了褐煤的进一步热解反应。究J].太阳能学报,2006,27(8):852-856.结论7]昊全卓,马琳,林文树.生物质发电技术和经济性研究綜述[].森林工程,2012,28(5):102-106(1)不同煤化程度煤与稻草共热解曲线的主[8】刘辉,吴少华,孙锐,等.快速热解褐煤焦的比要反应阶段都大致分为两个区间,分别为稻草的表面积及孔结构门中国由机工程学报,2005,热解失重和煤的热解失重区间,即煤与稻草共热中国煤化工25(1解过程主要是稻草和煤分别热解的过程。CNMHG