生物质与煤粉混合试验研究方法

POWER ENGINEERING第28卷第4期电力科学与工程Vol 28. No 42012年4月Electric Power Science and EngineeringApr,2012生物质与煤粉混合试验研究方法韩娟娟,王金星,周兴,刘慧敏,王春波(华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003)摘要:生物质与煤粉不同掺混的试验结果存在比较分析困难的现状,为了更具有可比性地分析生物质与煤粉混合试验結果,对热解、燃烧、气化3种生物质与煤混合利用方式进行了试验。用参数可失重份额代替了原来的失重余量对试验结果进行了比较分析。结釆发现,引入参数可失重份额不仅对生物质与渫混合试验结果的分析比较县有更重要的意义,而且对今后不同种类的燃料混合试验研究也具有一定的参考价值关键词:热重;热解;混燃;气化;可失重份额中图分类号:TK16文献标识码:A焦的CO2气化反应进行的结论。王金星等利用0引言恒温热重法对烟煤/生物质混燃特性进行了试验研究,得到了生物质对煤粉有促进燃烧和燃烬作用我国是一个农业大国,生物质资源相当丰富,的结论。因此生物质能作为新型的能源具有广阔的发展前生物质与煤粉不同掺混比进行试验研究,能景。生物质与煤混合利用不仅符合我国未来一段较准确地分析出生物质掺混比例对混合利用的影时间内仍以煤碳为主的能源发展结构,而且也是响。但由于生物质与煤粉的工业成分存在很大的降低CO2净排放,改善生态环境的一个最有效的差异,使得呈现的试验结果没能排除不参与试验方法反应部分造成的影响。如能在分析试验结果时将近年来,国内外对生物质与煤粉混合热解、不参与试验反应部分从试样重量中除去,无疑使燃烧、气化均做了大量的试验研究。阎维平等得呈现的试验结果更具有可比性。通过分析生物质与煤粉不同掺混热解的试验结果,本工作对煤粉与生物质不同比例掺混的试样得出了生物质与煤共热解过程中存在协同作用的进行热解、混燃、气化试验结果比对,希望能对结论。朱孔远等通过分析两种煤种分别与生物生物质与煤粉混合利用的试验分析,有一定的参质不同掺混的试验结果,研究得出煤阶对煤与生考价值物质共同热解的气态产物有明显的影响。同时也揭示了协同作用的存在。王玉召等“利用热重分析仪对麦秆与煤粉不同掺混比例进行了混燃特性1试验样品与设备研究,得到了生物质有助于改善煤粉的燃烧特性随生物质质量掺混比的增加,燃料的着火温度和本试验所用的设备为:恒温热重分析仪、真燃烬温度降低的结论。张媛等在CO2气氛下对空干燥箱、马弗炉、电子分析天平、管式炉、热烟煤和小麦秸秆不同掺混比例制成的焦样进行了天平。试验煤种:长焰煤,粒度80目到120日。气化的反应动力学分析,得到了掺混秸秆使制得生物质:木屑,粒度80目到120目。工业分析如焦样的其活化能比烟煤焦显著降低,促进了混合表1中国煤化工CNMHG收稿日期:2011-12-13。作者简介:韩娟娟(1988-),女,硕士研究生,研究方向为洁净煤燃烧,E-mil:wangruoguang860928@126.com力工程电力科学与工程2012年表1试样的工业分析3实例与讨论Tab. I Proximate analysis of test samples工业分析/(%)低位发热量试样3.I混合热解M。VAFC,(M·kg-)热重分析以高纯度氮气(99.99%)为载长焰煤7.0523.0237.6232.3114.441体,气体流量为100mL/min。试验样品为煤粉与木屑9.0874952.5413.4315.980木屑及其掺混比例为3:1,1:1,1:3。每次试验试样为(10±0.1)mg,升温速率为50℃/min,从2分析方法介绍室温加热到700℃。用两种方法分析试验结果,如图1。100燕在分析生物质与煤混合试验结果中,大多都采用参数质量余量对试验结果进行分析比较。质量余量:试样在试验过程中的质量在原始质量的百分数。剩余质量=600式中:m0为试样的初始质量;m为试验过程中试温度/C样的质量。煤粉3:11:11:3生物质该分析试验结果的方法消除了每次取样不均(a)采用参数质量余量对试验结果的干扰,使得反应出的影响因素比较接近实际情况。但是生物质与煤混合试验研究时,由于试样工业分析成分差异较大,使得不能参加反应的成分对分析试验结果产生了很大的干扰。进而在进行不同掺混比较时存在一定的困难。为了吏具有可比性地分析试验结果,本文定义了一个参数可失重份额:除不能参加反应的成200分以外,试样在试验过程中其余成分剩余的质量温度/℃占原试样中该部分质量的百分数。质即(b)采用参数可失重份额图1生物质与煤混合热解分析方法比较图可失重份额=Fig 1 Pyrolysis results of biomass and pulverized式中:m为试样的初始质量;m为试验过程中试coal blends with two analytical method样的质量;m。为试样中不参与反应的成分质量如图1(a)所示,采用参数质量余量得到的对于煤粉/生物质混合利用的3种形式,均以燃料生物质与煤粉不同掺混比的热解失重曲线之间存工业分析中灰分含量计算得出的试样所含灰分质在着很大差异。在热解的初期,五条失重曲线相量为m。差不士音千3m后、失重曲线开始出现引用该参数消除了试样中不可参加反应的成的明In中国煤化工分析热解特性最分对不同掺混比对试验的干扰,进而使分析试验关心CNMH集粉的工业成分的结果更具有参考价值。较大差异,使得不同掺混比下的试样所含不可参动力POWER ENGINEERING第4期韩娟娟,等生物质与煤粉混合试验研究方法与试验反应的灰分和固定碳含量不同,进而导致无法判断试样的进行程度。可见,此分析试验结果的方法存在一定的缺陷如图1(b)所示,采用参数可失重份额得到的生物质与煤粉不同掺混比的热解失重曲线之间仍存在着明显差异。与图1(a)中的失重曲线却有较大的差别。如,图1(a)中热解的初期五条03006009001200失重曲线几乎重合,而图1(b)中五条失重曲线温度/C▲一却差别很大。特别是煤粉的失重曲线明显低于其棋粉9:11:9生物质他曲线,呈现出了煤粉在热解初期失重是最快的。(a)采用参数质量余量这是图1(a)中所不能表现出的现象。相同的试验结果,在热解的后期却也表现出了更大的不同。如,图1(a)只表现出了生物质含量越大,试样的最终质量余量越少。而图1(b)中五条失重曲线所有汇聚,煤粉与生物质的掺混比为3:1试样的失重曲线最终却低于掺混比为1:1和1:3的试样,并没有呈现出图1(a)中生物质掺混越多失9001200温度rc重曲线越低的现象比较图1(a)和图1(b)不难发现,对分煤粉1:9生物质析生物质与煤粉混合热解的试验结果,采用参数(b)采用参数可失重份额可失重份额能更好地呈现出试样的热解进行程度图2生物质与煤混合逐渐升温分析方法比较图对研究生物质与煤粉混合热解的试验有一定的实ig 2 Combustion results of biomass and pulverized用价值。coal blends with two analytical method3.2混合燃烧注的问题,由于生物质与煤粉的工业成分的较大热重分析选用的气体为空气,气体流量为差异,不同掺混比的试样中含有不参与反应成分I00m/min。试样样品为长焰煤和木屑及其掺混的百分比不同,进而从图中无法判断试样的燃烬比为9:1,1:1,1:9。每次试验试样为(10±程度。该方法表现出了一定的不足。0.1)mg,以升温速率为50℃/min,从室温加热如图2(b)所示,釆用参数可失重份额得到到1200℃。用两种方法分析试验结果,如图2。的生物质与煤粉不同掺混比的混燃失重曲线之间如图2(a)所示,采用参数质量余量得到的同样呈现出了明显的差异。但与图2(a)中的曲生物质与煤粉不同掺混比的混燃失重曲线之间呈线存在一定的不同。首先,纯生物质与掺混90%现出了一定的差异。试样的质量余量随着生物质的生物质试样的失重曲线在燃烧后期从图2的掺混比例增大而逐渐下移。如,温度升至600中表现出了一段间隔,而在图2(b)中则燃烧结℃时,煤粉的质量余量约为80%,煤粉与生物质束后均归为零,明显地呈现出试样已燃烬;其次掺混比为1:1的试样降至50%左右。由于煤试样煤粉与生物质掺混比为1:1的试样在图2(a)中的着火点随着试样中挥发分的增高而降低,生仍没有表现出平稳的趋势,因此无法判断试样的物质中含有大量的挥发分,且挥发分在较低温度燃烬情况,而在图2b)中却可以清晰地辨别出即可快速析出,因此随着生物质掺混比的加大,它已中国煤化工试样更易燃烧。固定碳的燃烬程度和试样的燃烧CNMHG可以得出,对分进行程度,是研究煤粉与生物质混燃特性普遍关析生物质与煤粉混合燃烧的试验结果,采用参数POWER ENGINEEPING电力科学与工程2012年可失重份额同样能更好地呈现出试样的混燃进行80%,而掺混比为1:3的试样不足60%。因此可程度,特别对已燃烬的试样表现的更清晰以得出,掺混生物质有利于试样气化,生物质掺3.3混合气化混比越大,试样气化速度越快。同样,气化的进将煤粉与木屑及其掺混比例为3:1,1:1,I:3行程度是研究煤粉与生物质混合气化的核心问题。的试样,放置N2气氛下700℃的马弗炉中停留40不同掺混比下的试样不参与反应的成分含量不同,min制取试验焦样。热重分析使用的气体为CO2,使得不能清晰地辨认出试样的气化程度。进而成气体流量为120mL/min。每次试验试样为(10±了此分析试验结果方法的缺陷。0.1)mg,以升温速率为30℃/min,从室温加热如图3(b)所示,采用参数可失重份额得到到1350℃。用两种方法分析试验结果,如图3。的生物质与煤粉不同掺混比的气化失重曲线之间也能够表现出图3(a)差异。从整体看来,与图3(a)掺混比较图趋势一致。但图3(b)中排除了试样中不参与反应的成分含量对试验结果的影响,使得各试样的失重曲线在气化结束后均归为零,有助于分析气化的进行程度。例如图3(b)中,明显可以看出含有煤粉的四条失重曲线均在约2300s后气化结束,而图3(a)很难观察到一★这点。煤粉3:11:11:3生物质综上所述,采用参数可失重份额对分析生物(a)采用参数质量余量质与煤粉混合气化的试验结果,同样能够很好地呈现出试验进行程度。对研究不同燃料的气化试验也有一定的参考价值。结论通过对煤粉与生物质不同掺混比例的试样使用两种分析方法进行热解、燃烧、气化试验结果★的比对,分析得出采用参数可失重份额对讨论煤煤粉3:1生物质粉与生物质不同掺混比例对热解、燃烧、气化试(b)采用参数可失重份额验结果更具有比较意义。对以后分析两种燃料不图3生物质与煤混合气化分析方法比较图同掺混比例的影响有一定的参考价值Fig 3 Gasification results of biomass and pulverizedcoal blends with two analytical method如图3(a)所示,采用参数质量余量得到的考文献:生物质焦与煤焦不同掺混比的气化失重曲线之间1]王泉斌,徐明厚,姚洪,等,生物质与煤的混烧特性及呈现出了一定的差异。气化进行的前400s时其对可吸入颗粒物排放的影响[J].中国电机工程学条失重曲线明显斜率不同。生物质的掺混比例越大,失重曲线越陡峭。这可能是由于生物质的挥Wang Quanbin, Xu Minghou, Yao Hong, et al. Co-com-发分明显高于烟煤,挥发分的大量析出,形成了中国煤化工 h coal and its effect oil空隙结构°,致使反应表面积增大有利于反应造CNMHGJJ Proceedings of the成的。气化进行1200s后质量余量仍存在差别。LE. 2如,煤粉与生物质掺混比为3:1的试样剩余约[2]阎维平,陈吟颖.生物质混合物与煤共热解的协同特性动POWER ENGINEERING第4期韩娟娟,等生物质与煤粉混合试验研究方法[J].中国电机工程学报,2007,27(2):80-86tivity and kinetics of blends during bitumite and wheat strawan Weiping, Chen Yinying. Interaction performance of co-regasification [J]. Journal of Xi'an Jiaotong Universipyrolysis of biomass mixture and coal of different rank [J2011,45(8):123-128Proceedings of the CSee, 2007, 27(2):80-86[6〕王金星,李超,刘慧敏,等.烟煤/生物质混燃特性实3]朱孔远,谌伦建,黄光许,等.煤与生物质共热解的验研究[J].电力科学与⊥程,2012,28(2):56-59TGA-FTIR研究[J].煤炭转化,2010,33(3)Wang Jinxing, Li Chao, Liu Huimin, et al. Experiment0-14.study on combustion characteristics of bitumite/biomassZhu Kongyuan, Chen Lunjian, Huang Honour et alblends[ J]. Electric Power Science and Engineeringtudy on co-pyrolysis behavior of coal and biomass blending2012,28(2):56-59by using TGA-FTIR[J]. 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Coal Conversion, 2009, 32(3):9-12Analysis Method to Experiments of biomass and pulverized coal blendsHan Juanjuan, Wang Jinxing, Zhou Xing, Liu Huimin, Wang ChunboSchool of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)Abstract: The experimental results of co-utilization of pulverized coal and biomass blends generally are difficult tobe analysed. In order to compare these results distinctly, mass residue was replaced by effaceable share. The ex-perimental results of pyrolysis, co-combustion and gasification were analysed and compared. The following conclusions were obtained. Introducing the parameter of effaceable share not only has greater significance on evaluatingthe experimental results of co-utilization of pulverized coal and biomass blends, but also contributes to further studthe co-utilization of different fuelsKey words: thermogravimetric; Pyrolysis; co-combustion; gasification; effaceable share《电力科学与工程》网址:htt:!!epse, ncepu. edu.cn中国煤化工CNMHG