煤焦与生物质焦CO_2共气化特性及分布活化能研究
流化床生物质与煤共气化特性的初步研究
关键词 ： 生物质 ； ； 煤 共气化 ； 流化床
中图分类号 ： Ｑ ４ ． Ｔ ５６２ 文献标识码 ： Ａ
Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ Ｃ － ａ ｉｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｍ ａ ｓａ ｄ ｃ ａ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｓ ｕ ｙ ｏ Ｏ ｇ ｓｆｃ ｔｏ ｆｂ ｏ ｓ ｎ ｏ ｌ
３ 安徽理工大学 化工系 ， ． 安徽 淮南 ２ ２０ ３ ０ １）
摘
要： 在热天平 和流化床实验装 置中研究了生物质 与煤 的共气化特性 ， 采用程序升温热重法对稻秆 焦 、 高粱秆焦 、 玉米秆焦
和神木煤焦 以及生物质焦 与煤焦混合物进行水蒸气气化研究 。结果表 明， 生物质焦和煤焦 的反应活性依 次增大 ， 序为高 其顺
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ａｉｃｔ ｎｏ ｅｍｉｔｒ ｆ ｉｍａｓａ ｄｃ ａ ｉ ｅｍｏ ｒｖ ｔｃａ ｐｒｔｓ（ Ｇ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅｇ ｓ ａ ｏ ｆ ｈ ｘｕｅｏ ｏ ｓ ｎ ｏ ｌｎａｔ ｒ ｇａ ｉ ｒ ｐ ａａ ｉ ｆ ｉ ｔ ｂ ｈ ｍｅ ｉ ｕ Ｔ Ａ）ａｄ ａ ｎ
ｌ ｄ ｚ ｄ ｂ ｄ ｗａ ｎ ｅ ｔ ｔ ｄ ｆ ｉ ｉ ｅ ． ｅ ｓ ｉ ｖ ｓｉ ａｅ ． ＴＧＡ ｓ ｕ ｅ Ｏ ｃ ａ ａ ｔｒｚ ｅ Ｈ， ｃ ａ ａ ｉ ｃ ｔ ｎ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ， ｕ ｇ ｗａ ｓ ｄ ｔ ｈ ｃｅ ｉｅ ｔ Ｏ—ｈ ｇ ｓ ａｉ ｆ ｒ ｅ ｈ ｕ ｍ ｈ ｒ ｈ ｒ ｉ ｆ ｏ ｉ ｒ ｂ ｏ ｍｃ ｒ ａ ｌ ｃ ａ ， ｏ ｓ ｌ ａ ｌ ｃ ａ ｎ ｈ ｎ Ｏ ｌ ｈ ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｏ ｄ ｒｏ ａ ｔ ｉ ｒ ｏ ｏ ｎ ｈ ｕ ｍ ｈ ｒ ｃ ｒ ｔ ｋ ｈ ｕ ｍ ｈ ａ ｄ Ｓ ｅ ｍｕ Ｃ ａ ａ ｎ ａ ｒ ｃｒ ｅｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｒ ｅ ｆｒ ｃ ｖｔ ｓ ｈ ｅ ｉ ｙ ｏ ａ ｉ ｕ ｈ ｓ Ｓａ ｏ ｌｗｓ ｈ ｎ ｏ ｌ ｈ ｆ ｖ ｒｏ ｓｃ ａ ｓｆ ｌ ｒ ｉ ｏ ：Ｓ ｅ ｍｕ ｃ ａ ａ ＜ ｃ ｒ ｓａ ａ ｌ ｃ ａ ＜ ｒｃ ａ ｌ ｃ ａ ＜ ｂ ｏ ｍｃ ｍ ａ ｌ ｃｒ ｏ ｔｌ ｈ ｕ ｍ ｈ ｎ ｋ ｒ ｉ ｅ ｈ ｕ ｍ ｈ ｒ ｒ ｏ ｏ ｈ ｕ ｍ ｃ ａ ．Ｔｈ Ｏ ｇ ｓ ｃ ｔ ｎ ｒ ｔ ｆｔ ｅ ｍ ｘ ｕ ｅｏ ｉ ｍａ ｓｃ ａ ｄ ｃ ａ ｈ ｕ ｄ ｔ ｅ ｈ ｇ ｅ ａ ｅｒ ｔ ｕ ｈ ｒ ｅ Ｃ ． ａ ｉ ａｉ ａｅ ｏ ｔ ｒ ｆｂ ｏ ｓ ｈ ａ ｏ ｌ ａ ｉ ｆ ｎ ｂ ｉ ｈ ｒ ｎ ｔ ａｅ ｓ ｍ ｉ ｆ ｏ ｈ ｉ ｒ ｎ ｃｒ ｓｏ ｏ ｈ ｔ ｈ ｏ ｉ ｇ ｅ ｃ ａ ｈ ｎ ｉ ｇ ｅ ｂ ｏ ｓ ｈ ， ｉ ｈ ｓ ｇ ｅ ｔ ａ ｙ ｅ ｇ ｓ ｃ ｅ ｆ ｃ ｋ ｓ ｌｃ ｕ ｅ Ｃ － ａｉ ｆ ｓ ｌ ｏ ｌ ａ ａ ｄ ｓ ｌ ｉ ｍａ ｓｃ ａ ｗｈ ｃ ｕ ｇ ｓｓ ｔ ｓ ｎ ｒ ｉ ｆ ｔ ａ ｅ ａ ｅ ｄ ｅｔ ｔ Ｏ ｇ ｓ－ ｎ ｃｒ ｎ ｒ ｈ ｔ ａ ｉ ｔ ｅ ｔ ｐ Ｏｈ ｉ ｔ ．Ｉ ｉ ｉｅ — ｅ ａ ｉ ｃ ｔ ｎ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｈ ａ ｏ ｏ ｖ ｒ ｉ ｏ ｔｎ ｕ ｂ ｅ ｇ ｓｏ Ｏ ｆ ａｉ ｎ ｎ ｆｕ ｄ ｚ ｄ ｂ ｄ ｇ ｓｆ ａ ｏ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ，ｔ ｅ ｃ ｂ ｎ ｃ ｎ ｅ ｓ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｆｂ ｒ ａ ｌ ａ ｆＣ － ｃ ｏ ｌ ｉ ＞ 神木煤焦。一定温度下， 生物质焦与煤焦混合物的气化碳转化率高于各 自气化碳转化率的加和。
煤与生物质共热解工艺的研究进展
煤与生物质共热解工艺的研究进展摘要：热解是将固态原料转化为液体燃料、可燃气和焦的重要途径，是实现生物质资源清洁、高效利用的重要技术。
将生物质与煤混合共热解是生物质资源利用的重要方法，两者混合热解不仅有助于降低CO2的排放量，还能有效地解决能源短缺和环境污染带来的问题。
文章综述了煤与生物质共热解技术的研究进展，系统地介绍了共热解过程中煤与生物质的相互作用以及热解温度、混合比例、滞留时间、升温速率、矿物质成分、物料粒径和热解反应器类型等因素对热解过程的影响，并对煤与生物质共热解技术的发展前景进行了展望。
前言工业革命以来，化石资源的过度开发带来了资源短缺、环境污染、温室效应和全球气候变化等一系列问题[1]。
我们必须要加快能源结构体系的调整，加快可再生能源的开发、利用，以及实现资源的分级转化与梯级利用。
生物质是一种重要的可再生资源，具有与化石燃料相似的一些特性，能够部分替代化石能源，维持环境碳平衡，并具有较低的硫含量[2]。
生物质的利用不仅可以充分发挥农林废弃物等资源的价值、降低化石燃料的消耗，还可以降低燃料燃烧过程中污染物的排放量[3]。
与燃烧相比，热解能够实现生物质资源的高效、清洁利用，煤炭与生物质都可以通过热解的方式得到焦炭、热解气和焦油，并进一步合成化工原料，提取化工中间体[4]。
目前，对于煤和生物质单独热解气化方面的研究比较多。
Frau Caterina利用Sotacarrrbo型小规模气化炉对褐煤和木屑分别进行气化实验，当气化原料的进料速率同为24kwh时，获得的两种粗合成气的产率分别为79.67kg/h和23.32kg/h，热值分别为5.14MJ/kg和7.49MJ/kg[5]。
Li利用新型热解反应器对废木屑进行热解试验，在填料速率为300kg/h，热解温度为500℃的工况下产物中焦油、合成气和焦炭的含量(质量分数)分别为52.5％，27％和20.5％[6]。
相比于单独热解.煤与生物质的共热解不仅可以减少CO2，SOx和NOx的排放，减少因厌氧发酵而产生的NH3，H2S、氨基化合物和挥发性有机酸等化学成分的释放.而且可以改善生物质资源自身水分含量高、热值低和密度低等不利于单独热解的问题。
配煤中添加生物质的冶金炼焦试验
可使 焦 炭 反 应 后 强 度 （ Ｃ Ｓ Ｒ）降 低 ， 焦 炭 反 应 性 （ Ｃ Ｒ Ｉ ） 升高， 且 随着 木炭 加入 量 提 高 变化 趋 势 增强 。
当配煤 中添加 木 炭 比例 小 于 ２ ％， 并 适 量 增 大 木 炭
需原 材料 带来 新政 策 。气候 变化 的主 要原 因是 温室 气体 。炼 焦 和高炉 炼 铁 主 要 依 赖煤 、 石 油等 矿 物 燃
料， 是温 室气 体 的主 要 来 源 。 因此 炼 焦 和炼 铁 行 业 最 近着 眼于研 究用 生 物质这 种可 再生 资源 来代 替矿 物燃 料 。生物 质 除 了减 少 Ｓ Ｏ 、 Ｎ Ｏ 、 Ｃ Ｏ 排放 外 ， 其 较低 的价格 还可 以降低 原材 料成 本 。 炼铁 工业 中关 于 生物质 的研 究大 多集 中在 生物 质 作为 高炉 添加剂 在 炉 内与 焦 炭 共 同燃 烧 ， 或者 通
下降。
表２ 配煤 中添 加 热 解 木 屑 焦炉 试 验 数 据
道一致 ， 这 是 由于 热 解 木 屑 中 的灰 分 组 成 所 致 。从 外 部观 察 可看 出添 加 热 解木 屑所 产 的焦 炭 ， 木 屑 嵌 入 在焦 炭 中 ， 在 炭 化 过 程 中似 乎 未 发 生 物 理 变 化 。 显微镜 也 观测 到木 屑 并 未 被焦 炭 细胞 壁 基 质 合 并 ，
加量 大于 ５ ％时 ， 焦 炭 的机 械 强 度 降低 。巴 西 国家
Ｋ ０ ） ／ （ Ｓ ｉ Ｏ ＋Ａ １ ０ ， ） ］ 偏 高会 导致 Ｃ Ｒ Ｉ 升高和 Ｃ Ｓ Ｒ
降低 。 配 煤试 验 中用 ４ ％ 热解木 屑 替 代 少量 等 级 最 低 的煤 Ｂ 。焦 炉试 验分 ２组 进 行 ， 其 中 １组将 热 解 木
生物质焦与煤焦及煤灰的流化特性研究
Ａｂ ｕｌｈ ｄ ｌ 等 研 究 了不 同种类 生 物质颗 粒 的冷 态 流化行 为 ，发现 锯 屑 、煤 灰等 具 有 Ｇ ｌａｔＢ类特 征 ａ ｉ ｒ ｄ 尺寸 的颗 粒与稻 壳等具 有 Ｇｉ ａｔ ｌ ｒ Ｄ类 特征尺 寸和棕榈纤 维等具 有 Ｇｉ ａｔ 类特 征尺 寸的生物质 颗粒 ｄ ｌ ｒＡ ｄ
摘要 ： 在 Ｄ１ ５ｍｍ× １０ ０ｍｍ有 机 玻 璃 制 成 的 圆柱 型 流 化 床 中 ，对 生 物 质 焦 、煤 焦 、煤 灰 及 其 混 合 颗 １ ０ 粒 的流 化 特 性进 行 了实 验 研 究 。 实验 结 果 表 明 。单 一 生 物质 焦 颗 粒 不 能正 常 流 化 ，煤 焦和 煤 灰 颗 粒 可 以很 好 地 流 化 。 当煤 焦 和 生 物 质 焦 混合 颗 粒 中生 物 质 焦 颗 粒 的 质 量 百 分 比小 于 ３ 时 ，两 者 混 合 颗 粒 可 以 达 ３ 到 较 好 的 流 化状 态 ，煤 焦 和 生 物 质焦 双 组 分 混 合 颗 粒 的 最 小 流 化 速 度 随 生 物 质 焦 质 量 百 分 比 的增 加 而 减 小 。生 物 质 焦 和煤 焦 的混 合 体 系 中添 加 煤 灰 ，流化 质 量 可进 一 步 提 高 ，生 物 质 焦 、煤 焦和 煤 灰 三 组 分 混 合 颗 粒 的 最 小 流化 速 度 随 着 煤 灰 质 量百 分 比的 增加 而增 大 双 组 分 和 三组 分 混 合 颗 粒 的 最小 流 化 速 度 和 经 验
相 比具有 较好 的流化行 为 ，并 指 出堆 密度 和 空隙率 是影 响 流化 质量 的 两个 主 要 因素 。Ｐｌｒ １ 究 ｉ 等［研 ａ 发现 ，锯末 ／ 沙子 混合物 的最 小 流化 速度 随 锯末 体 积 百分 比的增 加 而 增 加 ，但 锯 末 体 积 百 分 比大 于
生物质气化及生物质与煤共气化技术的研发与应用
生物质气化及生物质与煤共气化技术的研发与应用摘要：总结了生物质原料的特点及生物质单独气化的缺点；介绍了国内外生物质气化技术及生物质与煤共气化技术的研发与应用现状；分析了在此领域国内外的发展趋势与前景；概括了开展生物质与煤共气化技术研发的意义。
生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。
与煤炭相比，生物质原料具有如下特点：①挥发分高而固定碳含量低。
煤炭的固定碳一般为60%左右；而生物质原料特别是秸秆类原料的固定碳在20%以下，挥发分却高达70%左右，是适合热解和气化的原料。
②原料中氧含量高，灰分含量低。
③热值明显低于煤炭，一般只相当于煤炭的1/2～2/3。
④低污染性。
一般生物质硫含量、氮含量低，燃烧过程中产生的SO2、NOx较低。
⑤可再生性。
因生物质生长过程中可吸收大气中的CO2，其CO2净排放量近似于零，可有效减少温室气体的排放。
⑥广泛的分布性。
生物质气化是生物质利用的重要途径之一。
生物质气化技术已有一百多年的发展历史，特别是近年来，对生物质气化技术的研究日趋活跃。
但生物质单独气化存在一些缺点。
首先，生物质的产生存在季节性，不能稳定供给；其次，由于生物质处理后形成的颗粒具有不规则性，在流化床气化炉内不易形成稳定的料层，需要添加一定量的惰性重组分床料如河砂、石英砂等；第三，生物质单独气化时生成较多的焦油，不仅降低了生物质的气化效率，而且对气化过程的稳定运行造成不利影响。
生物质与煤共气化不仅可以很好地弥补生物质单独气化的上述缺陷，同时在碳反应性、焦油形成和减少污染物排放等方面可能会发生协同作用。
1国外的研究与应用情况(1)生物质气化发电生物质气化及发电技术在发达国家已受到广泛重视，如美国、奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威和瑞典等国家生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。
美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位，美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平。
CO2及水蒸气与煤焦共气化煤气组成分析
ｐａｅ ｙ ｃ ａ ｇｎｇｔ ｅ ｒ ｔ ｆｓｅ ｍ ｎ ｒ ｄ ｂ ｈ ｎ ｉ ｈ ａ ｉ ｏ ｔａ ａ ｄ ＣＯ２ｉ ｈ ａ ｉ ｉ ｇ ａ ｅ ｔ ｏ ｎ ｔ ｅ ｇ ｓｆ ｎ ｇ ｎ ．Ｔｈ ａ ｉ ｌ ｒ ｍ ａ ｉ ｃ ｔｏ ｆｔ ｅ ｙ ｅ ｇ ｓｙｅ ｄ ｆｏ ｇ ｓｆ ａｉｎ ｏ ｈ ｉ
（ 煤炭科 学研 究总院 北京煤化 工研 究分 院，北京 １０ １ ） ０ ０ ３
摘 要 ： 在 绝对 压力 为 ０ １Ｍ ａ 温度 为 １２ ３Ｋ的条 件 下 ， 用 实验 室气化反应 装 置 ， 察 ． Ｐ 、 ７ 采 考
了某褐煤半 焦与 水蒸 气、 Ｏ Ｃ 及二 者不 同配 比的 混合 气化 剂 气化 所得 煤 气 的组 成及 煤 气产 率 。在
ｔｏ ｆｓｅ ｍ ｎ ｉ ｎ ｏ ｔ ａ ａ ｄ ＣＯ２ ｇ ｓｃ ｍｐｏ ｉｉｎ ； ａ ｏ ｓｔ ｏ
１ 概 述
煤焦 与水蒸 气 及 Ｃ 的 气 化 反 应 是 气 化 过 程 Ｏ
见 。而在实 际 的气 化 生 产过 程 中 ， 无论 富氧 气化 还
是纯 氧气 化 ， Ｏ Ｃ ：和水 蒸 气 往 往 同时 存 在 ｊ 。特 别是 在两 阶段煤 炭 地 下气 化 的第 二 阶段 ，Ｏ Ｃ 和水
ｃ ａ ｈａ ｔ ｕ ｅ ｓｅ ｍ ｓｈ ｇ ｒｔａ ｈ ｔｗｉ ｕ ｅ ＣＯ２ ｏ ｌｃ ｒｗｉｈ ｐ ｒ ｔａ ｉ ｉｈｅ ｈ ｎ ｔ ａ ｔ ｐ ｒ ｈ ．Ｔｈ ｙ ｅ ｇ ｓｉ ｆｅ ｔｉ ｒｄｕ ｅ ｕ ｎ ｈ ｅ ｓ ｎ ｒ ｉｔｃｅ ｆｃ ｓｐ ｏ ｃ ｄ ｄ ｒ ｇ ｔ ｅ ｉ
第３ ０卷 第 ９期 ２１ ０ ０年 ９月
笞 口
煤 气 与 热 力
ＧＡＳ ＆ ＨＥＡＴ
煤粉耦合生物质气协同降低NOx和CO2的排放技术
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 10 期煤粉耦合生物质气协同降低NO x 和CO 2的排放技术范宝田1，2，严祯荣1，3，苏厚德2，刘岑凡4，宋玉娟5（1 上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海 201620；2 上海蓝滨石化设备有限责任公司，上海 201518；3机械工业锅炉低碳化技术重点实验室，上海 201620；4 中国特种设备检测研究院，北京 100029；5上海电器科学研究所(集团)有限责任公司，上海 200063）摘要：针对我国提出的“双碳”目标，以某350MW 煤粉/生物质气混烧锅炉为研究对象，数值模拟了生物质气的掺烧比和空气分级技术对炉内温度、NO x 和CO 2的生成量及煤粉的燃尽特性的影响。
结果表明：增加生物质气的掺烧量和空气分级技术均会降低主燃烧器区的温度，温度由1539K 降至1266K ，炉内火焰中心上移。
由于炉内还原气氛介质增加、主燃烧器区温度降低、生物质气中N 2的占比多及CO 2占比少的综合因素，煤粉/生物质气混烧联合空气分级技术能协同降低NO x 和CO 2的排放量，NO x 排放量由345μL/L 降至88μL/L ，CO 2排放量由22.90%降至10.67%。
但煤粉混烧生物质气会减少煤粉颗粒在炉内的停留时间，建议通过增大炉膛高度、减小煤粉颗粒的粒径、将生物质气预处理到较高温度等方法提高煤粉的燃尽率。
该研究结果可为煤粉/生物质气混烧锅炉的低氮和低碳运行提供技术支持。
关键词：煤粉/生物质气；掺烧比；空气分级；碳排放；数值模拟中图分类号：TK229.91 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）10-5501-08Synergistic reduction of NO x and CO 2 emissions by couplingpulverized coal with biomass gasFAN Baotian 1，2，YAN Zhenrong 1，3，SU Houde 2，LIU Cenfan 4，SONG Yujuan 5(1 School of Mechanical and Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China;2Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co., Ltd., Shanghai 201518, China; 3 Mechanical Industrial Key Laboratory of Boiler Low-Carbon Technology, Shanghai 201620, China; 4 China Special Equipment Inspection & Research Institute, Beijing 100029, China; 5 Shanghai Electrical Apparatus Research Institute (Group) Co., Ltd., Shanghai 200063, China)Abstract: In view of the “double carbon” policy goal proposed by China, taking a 350MW pulverized coal/biomass gas mixed combustion boiler as the research object, the effects of biomass gas blending ratio and air classification technology on the furnace temperature, NO x and CO 2 generation and the burnout characteristics of pulverized coal were numerically simulated. The results showed that the temperature of the main burner zone will be reduced by increasing the blending amount of biomass gas and the air classification technology. The temperature will be reduced from 1539K to 1266K, and the flame center in the furnace will move upward. Due to the comprehensive factors such as the increase of the reducing atmosphere medium in the furnace, the decrease of the temperature in the main burner area, the large研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2189收稿日期：2022-11-25；修改稿日期：2023-02-14。
生物质气化的研究进展
第53卷第4期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 4 2024年4月 Liaoning Chemical Industry April，2024收稿日期： 2024-03-01 生物质气化的研究进展于美双，侯硕*（沈阳工业大学 化工装备学院， 辽宁 辽阳 111000）摘 要： 生物质能源具有安全性高、环保性强、分布广泛、易储存运输和产量大的优点，生物质能已成为继三大化石能源后的第四大能源，生物质气化作为生物质的一种重要应用形式，具有巨大的发展潜力和价值。
介绍了生物质气化的概念、基本原理，并分析了气化剂气化、热解气化、催化气化、等离子体气化、超临界水气化等气化技术的优缺点，同时阐述了固定床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉、回转窑炉和等离子气化炉的工作原理及各自优缺点，最后指出生物质气化技术目前面临的问题，提出解决措施。
关 键 词：生物质能源； 生物质气化； 气化原理； 气化技术； 关键设备中图分类号：X382 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）04-0606-06随着社会对能源需求的不断增长，现阶段石油、煤炭等化石能源面临着资源枯竭的风险，同时存在着气候变暖和空气污染等问题，对社会与环境造成很大影响，因此能源问题得到重视[1]。
而生物质能被认为是太阳能等所有可再生能源中最有发展前景，是继煤炭、石油和天然气之后的第四大能源[2]。
所以，生物质能源的利用引起了研究人员的高度重视，本文将对生物质气化技术及气化设备进行了详细概述。
1 生物质气化的概念及基本原理生物质气化是一种将固体生物质物料（如木材、农作物残留物、动植物废弃物、植物纤维等）在高温、无氧或者缺乏足够氧气的条件下转化为可燃气（通常包括氢气、一氧化碳和甲烷等）的技术[3]。
根据反应温度和产物不同，生物质气化主要可以分为4个过程[3-4]：1）干燥过程：是生物质从进料口进入气化炉后，在热量的作用下，将水分蒸发掉，变成干燥的生物质的过程。
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KEY WORDS: co-gasification; distributed activation energy model (DAEM); thermo gravimetric analyzer (TGA); catalyst
摘要：对煤焦、秸秆焦、木屑焦 3 种焦样及其掺混焦样进 行了 CO2 气氛的共气化热重试验，研究了各焦样在不同催 化剂添加条件下的气化特性，并对各种样品在反应过程中
采用精度为 0.01 mg 的电子分析天平称量样 品。将 NaCl 和 CaCl2(分析纯)溶解在蒸馏水中，按 比例称取焦样放入溶解液中并充分搅拌浸泡。用烘
箱将样品烘干后研磨备用。在各焦样中掺入的 NaCl 或 CaCl2 质量百分比分别为 2%和 4%。
热重试验在 WCT–1A 热天平上进行，采用高 纯 CO2 作为气化介质，每次实验，取用(8±0.01)mg 样品。对每种样品在常压下进行 30、40、50 K/min 3 个不同升温速率的实验，试验中将样品从室温升 温至 1 200 ℃，恒温 10 min 后实验结束。
第 31 卷 第 8 期 2011 年 3 月 15 日
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
Vol.31 No.8 Mar.15, 2011 ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng. 51
文章编号：0258-8013 (2011) 08-0051-07 中图分类号：TK 122 文献标志码：A 学科分类号：470·10
煤焦与生物质焦 CO2 共气化特性 及分布活化能研究
高正阳，胡佳琪，郭振，王星久，吴小芳
(电站设备状态监测与控制教育部重点实验室(华北电力大学)，河北省 保定市 071003)
Investigation on the Co-gasification of Coal Char With Biomass Char and the Distributed Activation Energy
的分布活化能进行了计算与分析。研究结果表明：煤焦、 秸秆焦、木屑焦 3 种焦样中煤焦的反应性显然较差；对于 煤焦和秸秆焦，Na 盐的催化效果优于 Ca 盐；对于木屑焦， Ca 盐的催化效果更显著。Na 盐与 Ca 盐的添加均可使秸秆 焦气化反应速率显著增加，但反应所需温度的下降却不显 著。在木屑焦中添加 Na 盐与 Ca 盐后，气化反应所需温度 的下降比秸秆焦显著。对于煤焦，添加催化剂首先使气化 所需温度显著下降，反应速率并不显著增加；但进一步增 加催化剂，则主要使反应速率提高，反应所需温度不再显 著下降。在反应过程中，各样品的分布活化能均表现出先 升后降的趋势。样品中灰分的存在有助于焦样在热天平内 气化反应的充分进行。
ABSTRACT: Thermo gravimetric analyzer (TGA) experiments for gasification of sawdust char, wheat straw char and coal char and co-gasification of their mixtures in CO2 atmosphere were conducted. Characteristics of the gasification with and without catalysts were investigated. Kinetics of char gasification was studied employing distributed activation energy model (DAEM). Experimental data indicate that coal char is apparently less active among these three kinds of char. And catalytic effect of Na salts on the gasification of coal char or straw char is greater than Ca slats while Ca salts function as better catalysts to the gasification of sawdust char. Both Na salts and Ca salts have the ability to significantly accelerate the reaction rate of straw char gasification, but none of them would significantly reduce the onset temperatures of these reactions. When Na salts or Ca salts were added into sawdust char, drop of the onset temperature is larger than that can be observed in the gasification of straw char. For coal char, the onset temperature drops when a catalyst is introduced while the speed of the reaction remains, but the effect of increasing quantity of catalysts is limited to the increase of the reaction speed and no notable further decrease of the onset temperature could be observed. During the gasification process, distributed activation energy of all samples shows the tendency to increase at first and decent later. The existent of ash in the samples has the ability to assist the gasification in a TGA.
GAO Zhengyang, HU Jiaqi, GUO Zhen, WANG Xingjiu, WU Xiaofang
(Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment (North China Electric Power University), Ministry of Education, Baoding 071003, Hebei Province, China)
52
中国电机工程学报
第 31 卷
持。碱金属元素易挥发，在温度达到 900℃时燃料 中的碱金属就基本挥发完全，其催化作用也随之消 失，但在 CO2 气化过程中，CO2 的大量存在可抑制 Na 等碱金属的释放[5]，这有利于气化反应过程中碱 金属元素催化作用的维持。
不同的煤与生物质的反应特性不同，一种盐对 不同燃料气化表现出的催化特性也不相同，煤及生 物质的共气化特性与单独气化特性也必然不同，而 且煤焦、生物质焦气化特性的差异还会导致煤与生 物质共气化设备在设计及运行方面存在实际困难； 因此对煤及生物质的共气化与共催化气化特性进 行研究，具有重要意义。
秸秆 34.6 4.3 31.5 0.55 0.11 18.82 10.12 61.24
木屑 44.8 5.87 35.49 0.25 0.04 7.30 6.25 78.95
Qnet..ar/ (MJ/kg) 23.75 14.92 17.85
试验中记录了样品的 TG、DTG 曲线，样品的 开始气化温度 ti 与最大失重速率温度 tmax 的定义如 图 1 所示。在 DTG 曲线上，过峰值点 A 作垂线与 TG 曲线交于点 B，过 B 点作 TG 曲线的切线，该切 线与 TG 曲线初始段切线的交点 C 所对应的温度为 气化开始温度 ti。DTG 曲线峰值对应温度则为最大 失重速率温度 tmax。
1 试验方法
实验样品为阳泉煤、木屑和秸秆。实验样品的 工业分析和元素分析见表 1。为排除制焦条件不同 对焦样反应特性的影响，实验样品均在隔绝空气的 情况下放置于 700℃马弗炉中，停留 30 min 后取出。 将煤焦与木屑焦及秸秆焦按照 1:3、1:1、3:1 的质量 比分别进行掺混，得到煤焦与木屑焦的混焦和煤焦 与秸秆焦的混焦。
表 1 实验样品工业分析和元素分析 Tab. 1 Approximate and ultimate analysis of the samples
样品
元素分析/%
Car Har Oar Nar Sar
工业分析/% Aar Mar Var
煤 63.06 2.2 2.57 0.97 1.61 23.86 5.73 8.6
关键词：共气化；分布活化能模型；热重分析；催化剂
0 引言
煤炭是我国的主要一次能源，将煤气化利用是 一种清洁、高效的煤利用方式[1-2]。生物质是可再生 能源，将煤与生物质进行共气化，是合理利用生物 质与煤炭的途径之一。
煤与生物质等燃料的气化主要由 3 个过程组 成，即燃料热解、燃料焦气化以及气相各组分反应。 在这 3 个过程中，燃料焦气化这一环节的反应速率 最低[3]，是决定气化过程总反应速率的关键。对这 一过程进行催化，是加速气化总反应速率的必要手 段。Ca、Fe 以及碱金属元素对煤焦、生物质焦的气 化有显著的催化作用。Ca 可以与煤中活性基团反应 生成离子交换钙[4]，离子交换钙反应活性强，可有 效促进焦的气化反应，而且 Ca 不易随温度的升高 挥发释放，其催化作用可在气化反应全过程中维