生物质与煤矸石混烧特性实验研究
生物质与煤共热解特性研究
生物质与煤共热解特性研究摘要：选取一种典型生物质样品（棉秆），并将生物质样品与煤分别以1:9、3:7、5:5的质量比混合。
采用热重分析法，在相同升温速率下，对各样品进行热解实验，探讨了生物质与煤热解特性的差异以及它们共热解时生物质对煤热解过程的影响。
研究表明，生物质与煤的热解特性差异很大：生物质热解温度低，热解速度快，而煤相对热解速度慢，热解温度高；在生物质与煤混合热解时，总体热解特性分阶段呈现生物质和煤的热解特征；随混煤中生物质比例的增加，热解温度降低，热解速度变快。
关键词：热重分析生物质煤热解共热解随着人们越来越关注化石能源的使用对生态环境的不利影响，生物质能源的利用份额逐年上升[1]。
但是，由于生物质分布分散、能量密度低、收集运输和预处理费用高、热值低、水分大、转化利用需要外热源等缺点[2]，使得单独利用生物质燃料的设备容量较小、投资费用较高、系统独立性差和效率低。
为了使生物质在较短期内实现大规模有效利用，并具有商业竞争力，生物质与煤混合燃烧和转化技术在现阶段是一种低成本、大规模利用生物质能源的可选方案。
1 生物质能的转化生物质的利用转化方式主要有直接燃烧、热化学转化和生物转化[3]。
热化学转化是指高温下将生物质转化为其它形式能量的转化技术，包括气化(在气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下对生物质进行部分氧化而转化成气体燃料的过程)、热解(在没有气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下，单纯利用热使生物质中的有机物质等发生热分解从而脱除挥发性物质，常温下为液态或气态，并形成固态的半焦或焦炭的过程)和直接液化(在高温高压和催化剂作用下从生物质中提取液化石油等)；生物转化法是指生物质在微生物的发酵作用下产生沼气、酒精等能源产品。
固体生物质的热解及其进一步转化是开发利用生物质能的有效途径之一。
在生物质热化学转化过程中，热解是一个重要的环节。
生物质形态各异，组成多为木质素、纤维素等难降解有机物，与矿物燃料不同，因此生物质热解过程是一个复杂的过程，影响生物质热解的运行参数有终端温度、加热速率、压力和滞留时间等[4]。
生物质与煤混烧过程中细微颗粒排放特性研究
生物质与煤混烧过程中细微颗粒排放特性研究生物质与煤混烧可以利用生物质碳循环的优点，并适用于现有燃煤锅炉改造，有效地降低成本，提高燃烧效率，但是由于生物质相比于煤含有更高含量的碱金属，而这些碱金属矿物在燃烧过程中又极易发生气化从而造成燃烧后的设备安全及环境问题，如灰沉积及其腐蚀的加剧、飞灰颗粒物排放的环境危害等。
因此，合理全面的分析探讨生物质与煤混烧后细微颗粒物的形成与排放具有重要的科学与实际意义。
本论文主要通过在高温沉降炉和立式热天平炉上开展生物质与煤的混烧试验，分析不同试验条件下生物质与煤混烧时细微颗粒(PM<sub>10</sub>)形成与排放的主要影响因素，研究不同生物质中生物化学组分的含量以及对PM<sub>10</sub>排放的影响趋势，并深入探讨生物质中不同存在形式碱金属的迁移特性及其对混烧后细微颗粒生成与排放的作用规律。
本文研究的主要内容如下：试验工况对混烧PM<sub>10</sub>排放特性的影响。
试验结果表明：不同种类的煤样与生物质混烧后生成的PM<sub>10</sub>在其质量粒径分布上并无太大差异，且与单一原料燃烧时较为相似，均呈双峰分布。
生物质与煤混烧过程中，碱金属和元素S，Cl大部分富集在亚微米颗粒当中，并且主要以碱金属的氯酸盐和硫酸盐的形式存在。
随着氧气浓度的增加，亚微米颗粒（PM<sub>1</sub>）与超微米颗粒物(PM<sub>1-10</sub>)的排放浓度随之递增，但PM<sub>1</sub>在PM<sub>10</sub>中所占的比例却出现较大幅度的降低。
随着燃烧温度的升高，PM<sub>1</sub>和PM<sub>1-10</sub>排放上升，且PM<sub>1</sub>的增长幅度较大。
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。
生物质与煤混燃研究分析
生物质与煤混燃研究分析摘要:通过对生物质与煤混燃的研究方法、优势、燃烧特性以及研究结论的介绍,阐明充分开发生物质资源,进行生物质与煤共燃的研究对解决我国能源问题具有现实意义。
关键词:生物质;煤;混燃作为清洁的可再生能源,生物质能的利用已成为全世界的共识。
我国生物质资源丰富,生物质占一次能源总量的33% ,是仅次于煤的第二大能源。
同时,我国又是一个由于烧煤而引起的污染排放很严重的发展中国家,生物质被喻为即时利用的绿色煤炭,具有挥发分和炭活性高,N和S含量低,灰分低,与煤共燃可以降低其硫氧化物、氮氧化烟尘的含量.同时生物质燃烧过程具有CO2零排放的特点。
这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。
因此发展生物质与煤混合燃烧这种既能脱除污染,又能利用再生能源的廉价技术是非常适合中国国情的。
一、共燃的主要方式:(1)直接共燃:即直接将生物质混入煤中进行燃烧或生物质与煤使用不同的预处理装置与燃烧器。
(2)生物质焦炭与煤共燃:通过将生物质在300~400℃下热解,可以将生物质转化为高产率(60%~80%)的生物质焦炭,然后将生物质焦炭与煤共燃。
生物质与煤共燃燃烧性质的研究主要是利用热分析技术所得的TG-DTG曲线进行。
利用TG-DTG曲线可以方便的获取着火温度Th,最大燃烧速(dw/dt)max平均燃烧速度dw/dt)mean,燃尽温度Th等参数。
可以对一种煤和几种生物质以及它们以不同的比例所得的混合试样进行燃烧特性分析。
比如在STA409C型热综合分析仪上对各试样进行燃烧特性试验,工作气氛为N2和O2,流量分别为80ml/min、20ml/min ,升温速率为30℃/min ,温度变化范围为20~1200℃。
每个试样重量约5.0mg。
其数值根据自己的实验需要进行修改。
2 生物质与煤共燃的优势2.1 CO2等温室气体的减排由于生物质在燃烧过程中排放出的CO2与其生长过程中所吸收的一样多,所以生物质燃烧对空气CO2的净排放为零。
生物质能燃烧特性的实验研究
生物质能燃烧特性的实验研究第一章绪论随着世界能源需求的不断增长，传统化石燃料逐渐枯竭并污染环境，生物质能作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景和重要的意义。
生物质能是指从生物质中提取能量的过程，其来源主要包括农作物废弃物、林木和固体废弃物等，广泛应用于生活、工业、发电和交通等领域。
生物质能燃烧作为生物质能利用的主要形式之一，研究其燃烧特性具有极其重要的实际意义。
本篇论文主要对生物质能燃烧特性进行实验研究，从燃烧特性、燃烧效率和热值等三个方面展开深入探讨，并探究不同处理方式对生物质能燃烧特性的影响。
第二章生物质能燃烧特性的实验研究2.1 生物质能燃烧特性生物质能燃烧是指将生物质分解为一系列火焰化学反应产生的物质，包括水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氮气、灰分和粒子等。
生物质能的燃烧过程包括生物质的开始发热、可燃部分的燃烧反应、燃烧反应的终止和灰分的残留，整个过程较慢而稳定。
2.2 燃烧效率燃烧效率是指生物质能燃烧过程中被释放的热能和提供的热能之间的比值，反映了生物质能燃烧时能量转化的效率。
实验表明，燃烧效率与生物质粒度、形状、水分和灰分含量等因素相关。
一般而言，较小粒度生物质燃烧效率高，因为小颗粒的热辐射更强，火焰更容易扩散。
随着水分和灰分含量的增加燃烧效率逐渐降低，这是因为这些因素均会占据生物质中的可燃部分，从而影响燃烧反应的进行。
2.3 热值热值是指单位质量生物质能释放的热能，常用单位为焦耳/千克或卡/克。
不同类型的生物质能具有不同的热值，例如小麦秸秆、稻草、木材、棕榈油残渣等，其热值范围在14-20MJ/kg之间。
与传统加热方式相比，生物质能燃烧方式热值较低，需要考虑大量生物质的供应和储存。
第三章不同处理方式对生物质能燃烧特性的影响3.1 生物质粉碎生物质粉碎是将生物质切碎为较小的颗粒，以提高其燃烧效率。
实验表明，生物质粉碎程度对燃烧特性有明显影响。
随着生物质颗粒的减小，生物质能的燃烧反应更充分，因此燃烧效率和热值均得到提高。
生物质成型燃料燃烧特性的实验研究
氧化介质，使氧气内部扩散阻力增大，空气 与内层可燃物质的接触不充分导致生物质 成型燃料难于燃烧完全，造成炉温下降和燃 烧不稳定。在相同的燃烧时间下，随着温度 的升高，煤和生物质成型燃料的燃尽率都有 所提高；且燃烧温度不变，燃烧的时间越长， 两者的燃尽程度也越大，说明适当的提高燃 烧时间，燃烧就越充分，但是不能无限制的 延长时间，当燃尽率达到一定值时，再增加 时间，燃尽率不再提高。
由表1可以看出，生物质成型燃料的水 分明显高于煤，这使得其不易破碎，容易粘 附在设备上，增加粉碎的能耗。生物质成型 燃料与煤比，着火困难，水分影响了燃烧速 率，使炉内温度降低，使机械和化学不完全 燃烧的热损失增加；生物质成型燃料的挥发 分明显的高于煤，所以易于着火，燃烧稳定， 但火焰温度较低；煤的灰分较高，可燃成分 相对较少，热值相对较低，燃烧时，熔化的 灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和 燃烧，同时造成排渣困难。炼焦时，全部转 入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭 质量；生物质燃料中含碳量最高的也仅50% 左右，相当于生成年代较少的褐煤的含碳 量。特别是固定碳的含量明显地比煤炭少 [1]。因此，生物质燃料不抗烧,热值较低， 相比之下煤更难燃烧，着火燃烧的温度也较 高，易产生固体不完全燃烧，在灰渣中有碳 残余。 3 生物质成型燃料的纯烧特性 3.1温度和时间对燃料燃烧特性的影响
论文研究的主要手段是通过实验对生 物质和煤的燃烧特性进行研究。利用马弗炉 和烘干箱对生物质和煤进行工业分析。并通 过改变燃烧温度、改变燃烧时间以及改变燃 烧方式（生物质成型燃料、生物质粉末燃料 的纯烧和不同比例的混烧）等手段，研究生 物质和煤在马弗炉内燃烧后的燃烧特性以 及成灰特性。另外，通过不同比例的混合燃 烧实验，确定生物质与煤混烧的最佳混合
生物质与煤掺烧时SO2排放特性的实验研究
２
３
４
５
６
７
８
烟气中含氧量，％
基
号 嘲 翅 姑
木屑最小，麦秆最大，稻壳居中，由此可知，ＳＯ：排放量与三 种燃料含硫量密切相关。松木屑几乎不舍有硫，所以，掺烧松
木屑，ＳＯ，排放量是最小的。分析其原因可能是生物质富含
占
ｃＩ）
碱金属，碱金属元素与氧气、ＣａＯ结合，生产碱金属硫酸盐或 者碱土金属硫酸盐，从而降低ＳＯ，的排放；另外，随着含氧量 的增加，产生的ＳＯ：与氧元素结合生产ＳＯ。，这也可能导致
Ｈ．ｒ ４．９ ４．３ ６．８１ ２ ３６
Ｏ。 ３０．１ ３１．５ ３７．１１ ３．５７
Ｎ－ ０．４９ ０．５５ ０ ０５ ０．５３
Ｓ， ０．０８ ０．１１ ０．２５ ０．９５
麦秆
松木屑 阳泉煤
由于大量化石燃料的消耗，能源短缺问题日益严重，如何尽快
解决环境污染和能源资源匮乏问题成为当务之急。在我国， 生物质资源可作为能源利用约为７亿吨标准煤，且生物质的 灰分和氨硫含量都比煤的低，燃烧时对环境污染小。生物质 和煤的混燃是可再生能源和化石能源的综合利用，一些欧美 等发达国家近年来采取了将部分生物质和煤掺烧发电或气化 的新措施，该措旌既可以缓解能源短缺，降低ＣＯ：等温室气 体及ＮＯ×、ＳＯ×、Ｎ２０的排放。国内某些燃煤电厂已开始在 原有的燃煤机组上掺烧生物质，然而，目前对燃煤电站直接掺 烧生物质污染物排放规律的研究还不充分，尤其是结合燃烧
根据图８～图１０可知，对纯煤，随烟气含氧量的增加， ＳＯ：排放量逐渐降低，加入一定量的生物质后，随掺混比 的增加，燃烧生成的ＳＯ：体积浓度呈下降趋势。由于ＳＯ，
的排放量主要决定于燃料中Ｓ的输入量，煤在燃烧过程中
８０％一１００％的燃料Ｓ会转变成Ｓ０：，而大部分的生物质 含硫量极少或不含硫，因而，将生物质与煤共燃能够有效降低 ＳＯ：的生成量。同时，生物质灰分中含有大量碱金属或碱土 金属的氧化物，它们能够与Ｓ０２反应生成硫酸盐，起到固硫 剂的作用。与煤粉单独燃烧生成ＳＯ，的浓度相比，生物质与 煤共燃过程中掺混比的变化对ＳＯ：浓度的影响不显著。 ３．３同一含氧量，不同生物质，不同掺混比对ＳＯ。排放规律 的影响 为了研究生物质与煤的质量比对ＳＯ：减排效果的影响，
生物质与煤混合燃烧成灰特性研究进展
当生物质与煤混合燃烧时， 灰的成分对燃料 的结渣积灰特性有一定影响， 且不同燃料灰之间 还可能发生反应。生物质与煤混合燃烧时，灰中碱 金属及氯、 硫的反应行为会显著影响灰的沉积与 污染物的形成。 Wei Xiaolin 分析了混合燃料中矿 物质对碱金属滞留和释放的影响[17]，结果表明 Si， Al，Ca，Mg 和 S 会显著影响 Cl，K 和 Na 的沉积行 为。当煤与秸秆混合比例大于 1 时，燃料内大部分 K 被 Si，Al 结合生成 KAlSi2O6，这种物质能够抑制 锅炉表面的积 灰 ；在 温 度 为 1 200～1 400 K，秸 秆 含量低于 50%时，K 主要生成液态 K2SO4；当秸秆 单 独 燃 烧 时 ，K 主 要 生 成 气 态 KCl 和 液 态 K2Si4O9。 在空气冷却过程中，KCl 和 KOH 可能会 与 SO2 和 H2O 反应生成 K2SO4 后形成大量的气溶 胶。 Heije Miettinen Westberg 对木屑和煤在循环 流化床锅炉燃烧过程中一些无机元素在固相和气 相 中 的 分 布 进 行 了 研 究[18]，阐 述 了 生 物 质 燃 烧 时 K，Cl 和 S 的释放和变化规律，推断出燃烧室在低 温下可能发生如下反应：
生物质与煤的燃烧特性有很大区别，当燃烧 特性不同的燃料混合燃烧时，不能通过单一燃料 的 燃 烧 特 性 来 预 测 混 合 物 的 燃 烧 特 性 [4]，因 此 了 解煤与生物质混合后在燃烧状态下的行为特性 是很有必要的。 混合燃料的结渣积灰性可能高于 单一燃料燃烧时的结渣积灰性，也可能具有较低 的结渣积灰性，即混合燃料中的不同组分会以多 种方式影响其结渣积灰性。 灰分中碱金属的含量 以及和其它元素的含量比是影响灰熔点的最重 要 因 素 [5]。 1.1 混合比例的影响