褐煤与稻草混合半焦燃烧特性及动力学研究

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煤焦燃烧特性及反应活性探究_董爱霞

董爱霞等：煤焦燃烧特性及反应活性探究
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煤炭燃烧
据统计，目前中国褐煤的资源量将近 3200 亿 t，占中国煤炭资源总量的 5. 74% ，褐煤探明资源量将近 13 亿 t，占全国探明资源量的 13% 左右［1 － 3］。然
物煤焦的结构，进而影响煤焦的反应活性，国内外研究者对此研究做得也较多［7 － 17］。本文着重研究
于褐煤在直接燃烧过程中随烟道气粉尘带出量大，重分析技术，利用 TG － DTG 曲线外推法［26］以及相关会造成严重的环境污染，使其热利用率降低。因此公式［27］，对煤焦的燃烧特性进行相关分析。
需要在利用前对褐煤进行提质处理。目前对褐煤进行提质的技术主要有洗选、干燥提质及热解提质［5 － 6］。一般利用褐煤时，需先对其进行干燥提质
型管式电阻炉制备焦炭。选取适量的煤样，置于石英管内，并放置在管式炉恒温段，在高纯氮气（ 100 mL / min）气氛下以 10 K / min 的升温速率升温至不同的终温，并停留 30 min。制得的焦炭样品在高纯氮气气氛下冷却至室温，将焦炭样品磨碎至粒径小于 0. 154 mm，并保存在 105 ℃ 的干燥箱中备用。表 2 为半焦样品的制取过程。
《洁净煤技术》2013 年第 19 卷第 1 期
煤炭燃烧
段。这主要是由于实验中制焦温度相对较高，停留时间较长，样品中的挥发分析出比较充分。
图 1 不同终温的半焦转化率和 DTG 曲线
根据整个燃烧过程，在焦炭样品燃烧特性曲线上定义了以下几个特征参数。其中 Ti 为着火温度，采用 TG － DTG 法［28］确定，即 DTG 曲线上过峰值点作垂线与 TG 曲线相交于一点，过该点作 TG 曲线的

煤与生物质(稻秸秆)共热解反应及动力学分析

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。

褐煤热解及半焦成型特性研究

果表明，热解温度由４５０℃提高到７５０℃，热解气体产率持续增大，半焦收率则持续减少，焦油收率在５５０℃时最高；气相组分中Ｈ：含量持续增加，ＣＯ和ｃＩ－Ｉ，含量减小，ＣＯ含量在６５０℃ 时最高；热解焦油主要由萘及其衍生物、高碳数直链烷烃、苯酚及其衍生物、蒽、菲及衍生物、
ｆ
６．４４０
２８．５１０
Ａｄ
５．７８
Ｏｄ
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１．０３３
１．０６４
与半焦成型实验的研究，考察热解终温对解热产
１．２
收稿日期：２０１４－１１－０５作者简介：胡林斐（１９９１一），男，山东滨州入，中国矿业
半焦作为成型实验的原料。
表１原煤的工业分析与元素分析
丁１＿ｌ分析
１０，７５
３７．７６
低温煤焦油、高热值煤气以及无烟半焦，低温煤
焦油可以作为加氢改质原料生产ＬＰＧ、汽油调和组分以及柴油，高热值煤气可作为热解热源或提
物分布、特性及不同热解终温半焦的成型特性和
反应活性。
佳以及污染环境等。对褐煤进行分级利用，将其中富含不同品质组分按照价值大小逐级提炼，可
为褐煤低碳、高效利用提供一条合理途径川。对褐煤的分质利用工艺主要包括蒸发或非蒸发脱水提质［２】，热解脱水、脱挥发分提质［３】，溶剂萃取、抽提提质等［４】。相比其他提质工艺，褐煤热解提质能够充分利用褐煤中轻重组分，将原煤转化为

水稻秸秆与煤混合颗粒的流动特性的研究

水稻秸秆与煤混合颗粒的流动特性的研究郭强，刘海峰，陈雪丽，李帅丹，郭小磊，龚新摘要在气流床气化炉内颗粒流动性是一个影响生物质与煤共利用关键因素。

本文研究水稻秸秆和煤的混合颗粒的流动特性。

结果表明：由于共混物的颗粒分离，豪斯纳比率无法表明流动能力。

两者的内摩擦角的正切和α（内摩擦角和休止角的平均值），共混物质量分数显示线性增加，二者增量几乎是相同的。

由此得出影响水稻秸秆颗粒形状两种角度的修正参数关键词：流量特性；混合颗粒；水稻秸秆；煤1 前言由于全球变暖的问题，生物质能源利用的经济适用（如秸秆，甘蔗，咖啡稻壳，木屑和稻壳）[1]。

生物质与煤共同使用，如共气化与燃烧，目前正在考虑作为减少温室气体排放的有效手段[1-3]。

近年来，各种各样的生物质与煤共利用技术，如固定床燃烧或气化，流化床燃烧或气化，煤粉燃烧和气流床气化，吸引了关注世界各地的[4]。

在中国，有丰富的秸秆和煤炭资源，与农村焚烧稻草容易造成环境污染。

因此，水稻秸秆和煤气流床气化将是一个有效的解决方案。

然而，Dai等人指出燃料制备、处理、存储、加工、送料、燃烧和气化行为，积灰和排放仍有许多问题尚未解决[4]。

显然，燃料的加工和处理的问题有在工业过程中的重要影响，特别是对煤粉系统。

同时，生物质颗粒是灵活的、有较大的纵横比和粗糙的表面，因此，本系统研究生物质与煤混合颗粒的流动特性。

粒状材料的研究有着悠久的历史。

然而，直到现在，许多这样的材料的现象，如“巴西果效应”，一直被称为20世纪30年代以来，还没有被完全理解，仍然吸引了很多研究者的关注。

Shinbrot和穆齐奥认为粒度偏析是由重物抬离床惯性引起的，允许更小的颗粒渗透到下面[5]。

burtally等人观察到自发分离的的混合物为细青铜和玻璃类似直径的球体，并认为分离机理是受到空气中的颗粒运动的影响[6]。

M bius等人报道，粒度偏析由粒子间隙影响[7]。

利用和库尔琴提出的方式确定颗粒的“temperature”[8]，其中的气体分子的随机运动定义为温度，研究了颗粒材料的统计特性。

褐煤低温热解及半焦燃烧、成浆特性的试验研究

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Ｄａｔｅｏｆｏｒａｌｄｅｆｅｎｃｅ：
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浙江大学研究生学位论文独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
首先，感谢我的父母，一路上始终将最温暖的关爱无私地给我，让我一路上倍感温馨，感谢你们这么多年来的默默付出。
由衷地感谢岑可法院士、周俊虎教授和刘建忠教授三位老师。岑院士为我们营造了一个很好的求学环境；周老师为我们课题组营造了一个积极向上的学习风气。特别感谢刘老师，作为我的导师，在两年半的时间里，无论在学习上还是生活上，您都给我无徼不至的关怀，让我的硕士生活充满温馨。在您的悉心指导下，我学会了如何进行科研，在学术上获得了很多成绩，也学到了很多为人处事的道理。能成为您的学生，在您身边学习工作两年半是我的荣幸，也是我一生的财富．由衷地感谢您对我的谆谆教诲和无微不至的关怀！
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论文作者签名：立ｌ幽≤圣
指导教师签名：
论文评阅人１：评阅人２：评阅人３：评阅人４．评阅人５：
答辩委员会主席：委员１：委员２：委员３：委员４：委员５：
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温和热解条件下内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能

温和热解条件下内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能马淞江;刘晓芳;戴谨泽;戴财胜;刘学鹏;梁丽静【摘要】为研究褐煤半焦的高效洁净利用及其燃烧性能的判别,模拟工业生产中煤炭热解外热式直立炭化炉,组装煤炭热解实验装置对内蒙褐煤进行热解.采用热重分析法对半焦/煤进行燃烧性能研究,探讨了影响褐煤热解半焦燃烧性能的主要因素,并对半焦与煤的燃烧性能进行比较.结果表明:热解条件是影响半焦燃烧性能的重要因素,随热解温度的升高和热解时间的延长,内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能变差;半焦的燃烧性能与其本身的质量参数相关,用半焦的燃料比可以准确预测半焦的燃烧性能;对比半焦与煤的燃烧性能,发现内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能"异常"好,其主要原因是内蒙褐煤半焦具有发达的孔隙结构,碳的活性高,其性质类似于木炭,有优异的燃烧性能.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)005【总页数】7页(P1153-1159)【关键词】褐煤;半焦;热解;燃烧性能【作者】马淞江;刘晓芳;戴谨泽;戴财胜;刘学鹏;梁丽静【作者单位】湖南科技大学化学化工学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室,湖南湘潭411201;湖南科技大学化学化工学院,湖南湘潭411201;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083;湖南科技大学化学化工学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学化学化工学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学化学化工学院,湖南湘潭411201【正文语种】中文【中图分类】TQ530马淞江,刘晓芳,戴谨泽,等.温和热解条件下内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能[J].煤炭学报,2015,40(5):1153-1159.doi:10.13225/ ki.jccs.2014.1004Ma Songjiang,Liu Xiaofang,Dai Jinze,et bustion performance of semi-coke from Inner Mongolia lignite under mild pyrolysisconditions[J].Journal of China Coal Society,2015,40(5):1153-1159.doi:10.13225/ ki.jccs.2014.1004我国褐煤资源丰富,已探明褐煤的保有储量高达1 300亿t,约占全国煤炭总储量的13%,主要分布于内蒙古东部、黑龙江东部和云南东部[1]。

煤_焦炉气共热解半焦燃烧动力学特性研究──燃烧模型的建立及其表观活化能动态描述

第27卷第3期燃　料　化　学　学　报V ol127　N o13 1999年6　月JOURNA L OF FUE L CHE MISTRY AND TECH NO LOGY Jun1 1999煤-焦炉气共热解半焦燃烧动力学特性研究Ξ燃烧模型的建立及其表观活化能动态描述廖洪强　李保庆　孙成功(中国科学院山西煤炭化学研究所　煤转化国家重点实验室　太原　030001)摘　要　采用热重分析方法(TG A)对煤-焦炉气共热解半焦燃烧动力学特性进行研究,建立了半焦燃烧动力学模型,采用新的数学处理方法,实现了表观活化能在半焦燃烧过程中的动态描述及平均表观活化能的求取。

分析结果表明,表观活化能在半焦燃烧过程中呈“两头高、中间低”的“钟”型动态分布,其变化范围为:47～95k JΠm ol,其中主要燃烧失重阶段(转化率为20%～80%)的表观活化能较低且变化幅度较小,约为47～60k JΠm ol,在燃烧转化率为40%左右出现最低活化能约47k JΠm ol。

同一半焦燃烧过程中,表观活化能与燃烧速率动态分布具有良好的对应关系,即较大燃烧速率对应着较低表观活化能,这说明表观活化能的大小直接体现了半焦燃烧反应活性的高低。

关键词　煤,焦炉气,半焦燃烧,动力学研究煤和半焦的燃烧机理及其动力学分析,目前采用较多的是TG A法,该方法能动态描述煤和半焦燃烧全过程的失重情况,从而动态描述其燃烧特征参数的变化规律。

有关用TG A 法研究煤和半焦燃烧反应性及其燃烧动力学特性的报道很多[1～4]。

Smith[5]用TG A法研究了煤燃烧动力学,指出煤燃烧可以认为是一级动力学反应过程,表示为:-d W/d t=k′W其中K=A exp(-E/RT),W为可燃物重量,作log K-1ΠT图采用分段线性回归求斜率的办法来获得半焦燃烧阶段活化能。

G umming[6]等人利用一级动力学方程,在进样量少、薄层分布和空气过剩的前提下研究了煤焦燃烧动力学特性。

非惰性气氛烘焙稻壳与煤的混燃特性研究

非惰性气氛烘焙稻壳与煤的混燃特性研究对于富煤贫油少气的我国而言,煤炭将长期占据能源的主导地位,但其带来的环境污染问题和节能减排压力亟待缓解。

生物质能源因其碳中和性、低污染性和丰富的资源量而引起广泛关注,将农林废弃生物质与煤炭在现有的燃煤电厂中进行混燃发电是一种可同时带来环境效益和经济效益的能源利用方式。

但生物质的天然低品质特性阻碍了其混燃应用,非惰性气氛下的烘焙则是一种较低成本的生物质预处理提质方式,将非惰性烘焙生物质与煤进行混燃利用具有较好的前景。

非惰性气氛与传统惰性气氛烘焙所得生物质的燃料特性可能存在差异,其与煤的混燃特性也有待进一步研究。

本文以稻壳为主要研究对象,首先在固定床台架上探究了不同气氛（N2;CO2;模拟烟气;空气）和温度（220/260/300℃）条件下所得烘焙稻壳的质量能量产率和燃料特性,并进行烘焙条件的优选;之后在热重台架上开展了原稻壳/烘焙稻壳与煤的混燃实验,运用TGA方法和动力学分析法探究了其混燃特性,并与原稻壳和煤的混燃进行对比;程序升温速率为20℃/min,混燃煤种为一种烟煤和一种无烟煤,混燃气氛为空气气氛和富氧气氛,混合样中稻壳的质量比例为20/50/70%。

烘焙实验结果表明,220℃时不同气氛的烘焙固体产物特性差异较小,且与原样相比无显著提质作用;随着烘焙温度升高,气氛的影响差异逐渐显现。

260℃和300℃下CO2气氛烘焙稻壳的质量能量产率和燃烧特性等均与N2气氛烘焙效果最为相近;模拟烟气烘焙稻壳的质量和能量产率有所降低,但仍在75%以上,且燃烧活性无显著降低;而空气气氛烘焙稻壳在中高温时质量和能量损失最高达50%左右,着火和燃尽特性也较差。

因此,选取260℃下CO2和模拟烟气气氛烘焙稻壳与煤进行混燃实验。

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ｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｓａｎｄｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｒａｔｉｏｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｐｒｅｐａｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｅｍｉ —
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Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｏｆ
ｓｅｍｉ＿。ｃｏｋｅｍｉｘｔｕｒｅｏｆｌｉｇｎｉｔｅａｎｄｓｔｒｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ
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赵晓倩，陈宏振
（１＿江苏建筑职业技术学院建筑设备与市政工程学院，江苏徐州２２１１１６；２．徐州市生物质能源工程技术研究中心，江苏徐州２２１１１６）
摘要：用热重法研究了褐煤与稻草混合半焦的燃烧特性，考察了稻草比例和半焦制备温度对混合半焦燃烧特性的影响，并对其燃烧动力学参数进行了计算．结果表明：半焦制备温度为３５０℃和
ｐｅｒａｔｕｒｅｚｏｎｅａｐｐａｒｅｎｔｌｙｗｈｉｌｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ７５０ ℃ 。ｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｓｅｍｉ — ｃｏｋｅｍｉｘ —
５５０℃时，稻草比例对混合半焦的燃烧几乎没有影响；在７５０℃时，稻草比例为２０的混合半焦其
ＴＧ和ＤＴＧ曲线明显向高温区偏移．随着制备温度的提高，混合半焦着火温度提高，失重率减少．
半焦燃烧为一级反应（一１），活化能在４９．７８～８３．０４ｋＪ／ｏｏｔｌ范围内，制备温度越高，混合半焦的
活化能也越高．随着稻草比例的变化，活化能没有表现出明显的规律性．
关键词：褐煤；稻草；混合半焦；燃烧特性；动力学中图分类号：ＴＱ５３０．２；Ｓ２１６．２文献标志码：Ａ文章编号：２０９５— ３５５０（２０１３）０３ — ０００５— ０４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｓｔｕｄｙｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｅｍｉ — ｃｏｋｅｍｉｘｔｕｒｅｏｆｌｉｇｎｉｔｅａｎｄｓｔｒａｗ
第１３卷第３期２０１３年Ｏ９月
江苏建筑职业技术学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬ０Ｆ儿ＡＮＧＳＵＪＩＡＮＺＨＵＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
ＶｏＩ｜１３ №．３
Ｓｅｐ．２０１３
褐煤与稻草混合半焦燃烧特性及动力学研究
２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＸｕｚｈｏｕＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＢｉｏｒｅｆｉｎｅｒｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ２２１１１６，Ｃｈｉｎａ）