生物质和褐煤的掺混比例对共气化特性的影响
煤与生物质快速流化床共热解的协同效应
中在苯 酚 （ １ ６ ． ８ ２ ） 、 对 甲酚 （ ２ １ ． ９ ２ ） 和邻 苯二 酚 （ １ ６ ． ５ ６ ） 等ｌ １ 种 酚类 物 ， 便 于 油品 中酚 系物 的
提 取和 利 用．
关 键 词 油 房 梁 煤 ， 生物质 ， 掺混比， 共 热解 ， 协 同效 应
中图分 类号
氢 的生 产成 本较 高 ， 研 究 者 们 把 注 意力 集 中到 寻 找
本实 验 以破碎 筛分 后 的油 房梁煤 （ ＹＦ Ｃ） 和秸 秆 （ Ｊ Ｇ）为原 料 ， 经烘箱 恒 温干燥 １ ２ ｈ后 均匀 混合 ， 放 入反 应器 ． 煤 与生 物 质 原 料 的元 素 分 析 和 工业 分 析 结 果 见第 ２ Ｏ页表 １ ．
共热 解 ＿ １ 的研 究 报道 比较 多 ， 但 煤 与生 物 质 快 速 共 热解 的研 究相 对 较少 ， 关 于 二者 在 流化 床 内快 速 共 热解 的研 究则 鲜 有报 道． 笔 者在 流 化 床 装 置 上 对 陕北 低变 质油 房梁 褐 煤 与秸 秆 共 热 解进 行 研 究 ， 得 出加 压条 件下 共热 解 的反 应 特 性 ， 同时 考 察 了掺 混
加 氢热解 、 生物 质 快 速 热 解及 煤 与生 物 质 慢 速
征＿ １ ］ ， 煤 炭作 为 主体 能 源 的地 位 在未 来 较 长 一个 时 期 内很 难 改变 ］ ． 我 国 的煤 炭 资 源 中低 阶煤储 量 尤 其多 ， 占总储量 的 ４ ２ 以上 ， 其 中褐 煤约 占 １ ４ ＿ ３ ］ ． 伴 随着石 油价 格 的持 续 下 跌 ， 对 煤 炭 的 清 洁利 用 提 出 了更 高 的要求 ． 煤 热解 是煤 热化 学加 工 的基 础 ， 快 速 热解 作 为 煤 清 洁 利 用 的一 种 重 要 方 法 而 备 受 关
不同形成方式对煤与生物质掺混气化的影响
不同形成方式对煤与生物质掺混气化的影响何建;张晓毅;李珏煊;王虎【摘要】The experimental study on gasification of coal and biomass mixture under constant temperature was carried out by the thermogravimetric analyzer. The blending process of coal and biomass includes two kinds of blending sequence as follows: the pyrolysis is before mixing and the mixing is before pyrolysis.The method of mixing coal with biomass includes impregnation method and mechanical method. In this paper, effect of the blending sequence and blending method on the gasification of coal and biomass mixture was studied. The results show that, for different blending sequence, the reactivities of samples blended by the impregnation method and the mechanical method is different; the gasification reactivity of coke samples mixed by the process of first mixing and then pyrolysis is higher than that of first pyrolysis and then mixing.%在热重分析仪上进行了恒温下煤与生物质的掺混气化实验研究.对于煤与生物质的掺混过程,有先热解再掺混以及先掺混再热解两种掺混次序,将煤与生物质掺混在一起的方式有浸渍法和机械法.研究了掺混次序和掺混方式对煤与生物质掺混气化的影响.研究结果表明,不同的处理顺序下,浸渍法和机械法所得掺混焦样反应活性不同;先掺混再热解所得掺混焦样的气化反应性更高.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2017(046)007【总页数】4页(P1347-1350)【关键词】煤;生物质;掺混次序;掺混方式【作者】何建;张晓毅;李珏煊;王虎【作者单位】国网冀北节能服务有限公司,北京 100045;国网冀北节能服务有限公司,北京 100045;国网冀北节能服务有限公司,北京 100045;国网冀北节能服务有限公司,北京 100045【正文语种】中文【中图分类】TQ541Abstract:The experimental study on gasification of coal and biomass mixture under constant temperature was carried out by the thermogravimetric analyzer. The blending process of coal and biomass includes two kinds of blending sequence as follows: the pyrolysis is before mixing and the mixing is before pyrolysis.The method of mixing coal with biomass includes impregnation method and mechanical method. In this paper, effect of the blending sequence and blending method on the gasification of coal and biomass mixture was studied. The results show that, for different blending sequence, the reactivities of samples blended by the impregnation method and the mechanical method is different; the gasification reactivity of coke samples mixed by the process of first mixing and then pyrolysis is higher than that of first pyrolysis and then mixing. Key words:Coal；Biomass；Mixing sequence；Blending method目前我国的环境问题日益严峻，为了减少煤炭燃烧造成的环境污染问题，更加清洁高效的煤炭利用技术得到了发展。
生物质与煤混烧燃烧特性研究
能 源方 面看 ， 研究 生 物 质 与 煤 混 合 燃 烧 技 术具 有 重
要 意义 ．
１ ３ 实 验 条 件 及 过 程 ．
１ 实 验 部 分
１ １ 实 验 设 备 ．
实验 初始温 度 为室 温 ， 温为 ９ ０。 工 作 气氛！ ０ ｎ 除特 别说 明 ／
玉米秸秆的水分和挥发分高于义马煤因此随着玉米秸秆添加量的增加混合物中水分和挥发分含量逐渐增加固定碳含量逐渐降低导致dtg曲线上水分析出峰玉米秸秆挥发分析出峰和玉米秸秆固定碳燃烧及义马煤挥发分析出峰逐渐增强而义马煤固定碳燃烧失重作用逐渐减弱
第 ３ 卷 第 １ ３ 期 ２１ Ｏ ０年 １月
煤 炭 转 化
尽 性 能降低 ； 加 氧 气流 量 ， 以显著 改善 燃料 的燃烧 性 能． 增 可 关键 词 煤 ， 物 质 ， 烧 ， 分 析 ， 烧 特 性 生 混 热 燃 ＴＱ５ ４ ３ 中图分 类号
０ 引 言
生 物质 能 是 仅 次 于煤 、 油 和天 然 气 之后 的第 石 四大 能源 ＿ ， 有来 源广 、 】具 ］ 污染 低 、 再 生 和 Ｃ 零 可 Ｏ。 排放 等优 点． 专家认 为 ， 物质 能将 成 为未来 可再 生 生 能源 的 重要 组 成 部 分 ， ２ １ 到 ０ ５年 ， 球 总 能耗 将 有 全 ４ 来 自生物 质能 ．２ 国生 物质 能 资源 十分 丰 富 ， ０ ［我
燃 煤 产 生 大 量 烟 尘 、 Ｏ。和 Ｃ 等 污 染 物 ， 使 我 Ｓ Ｏ 致
国大气 环境 呈 典型 的煤 烟 型 污 染 ， 由此 带 来 严 重 的 经 济损 失． 生物 质 与煤共 燃 可 以降低 硫氧 化物 、 氧 氮
化 物 及 烟 尘 的 排 放 ， 此 从 减 轻 污 染 和 利 用 可 再 生 因
670MW锅炉生物质气与煤耦合燃烧特性的数值模拟
670MW锅炉生物质气与煤耦合燃烧特性的数值模拟摘要：以1台670MW四角切圆锅炉为研究对象，应用数值模拟计算的方法，研究了生物质气喷入位置对于燃烧过程及NOx的影响，研究表明，生物质气替换第1层一次风喷口的煤粉燃料比替换第2层有更好的NOx排放降低效果。
利用生物质气进行再燃的数值模拟研究，对比前面的模拟数据，生物质气再燃降低NOx排放效果非常明显，质量浓度从原始的612mg/Nm3可以降低到402mg/Nm3，降幅约为34%。
为了对比生物质气和生物质的区别，将同种生物质送入炉膛，研究表明在生物质气燃烧工况下，NOx排放更低。
本文的研究方法与结论对于大型燃煤锅炉生物质气与煤耦合燃烧的研究和应用具有一定的现实参考意义。
引言从最新发布的《世界能源统计年鉴2018》的统计数据来看，中国的能源增长率依旧保持全球第一，煤炭等一次能源占比虽然在逐步减少，但仍然超过60%[1]。
这些发电成本相对较低的火电为我国经济发展输入了大量电力能源的同时，也带来了严重的环保问题，燃煤电厂排放了大气中大约1/2以上的SO2、NOx和烟尘等污染物[2]，这些污染物会造成酸雨、光化学污染、大气污染等危害，造成大量的经济损失的同时严重影响城市居民健康[3]。
为了解决这些问题，国家也制定了越来越严格的电厂污染物排放标准。
在由国家发改委、国家能源局和环保部三部委联合发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》中提出SO2、NOx和烟尘等排放质量浓度（6%体积分数含氧量条件下）不得超过35、50以及10mg/m3[4]。
煤燃烧过程中产生的NOx 是NO、NO2、N2O以及N2O5等含氮化合物的合称，其中NOx 占体积分数90%以上，NO2占体积分数5%～10%。
理论上，根据NOx生成来源的不同，燃煤中NOx 的生成主要分为3个途径，即热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx [5-7]。
热力型NOx是空气中的N2在高温条件下被氧化而生成的，由原苏联科学家捷里多维奇（Zeldovich）提出，其生成过程通常采用Zeldovich机制来描述。
生物质与褐煤循环流化床燃烧污染物排放研究
收稿日期：2021-04-30作者简介：王恩宇（1997-），男（满族），辽宁营口人，硕士研究生。
通信作者：刘耀鑫（1977-），男，辽宁沈阳人，副教授，硕士生导师，博士，主要从事煤/生物质热解、气化技术等方面的研究。
生物质与褐煤循环流化床燃烧污染物排放研究王恩宇，阚泽，刘耀鑫（沈阳工程学院能源与动力学院，辽宁沈阳110136）摘要：为研究稻壳与褐煤混合燃料在循环流化床中燃烧后产生的污染物的排放特性，在自制小型循环流化床试验台上进行了稻壳与褐煤掺烧试验，分析了燃烧温度和稻壳掺混比例对污染物排放量和炉膛温度分布的影响。
结果表明：与煤粉单独燃烧相比，随着稻壳掺混比例的增加，炉膛内垂直方向的放热均匀，燃烧更加稳定，挥发分的析出量增多，CO 排放量逐渐升高，炉膛中下部的温度明显上升；由于还原性气氛和多孔性颗粒的共同作用，NO x 排放量逐渐降低；当稻壳含量大于30%时，结焦明显；在相同稻壳掺混比例下，随着燃烧温度升高，燃烧效率提高，CO 排放量逐渐降低，由于还原性气氛减少和高温加剧煤粉中含氮化合物裂解的影响，NO x 排放量上升的程度不同。
关键词：稻壳；循环流化床；CO ；NO x 中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1673-1603（2024）02-0031-07DOI ：10.13888/ki.jsie （ns ）.2024.02.005第20卷第2期2024年4月Vol.20No.2Apr.2024沈阳工程学院学报（自然科学版）Journal of Shenyang Institute of Engineering （Natural Science ）为实现“双碳”目标，在传统燃煤电站的改造过程中降低燃料中的含碳量是主要改造方向［1］。
单独燃烧生物质存在灰渣结焦和碱金属腐蚀等问题［2］，因此生物质与煤掺烧必定成为电站锅炉降低碳排放的主要发展方向。
生物质作为一种来源广、污染低、可再生的燃料，每年在我国的产量巨大。
生物质与煤共气化特性研究
第32卷 第4期2009年10月煤炭转化COA L CON V ERSIONV ol.32 N o.4O ct.2009*国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA05Z327).1)硕士,山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司,048006 山西晋城;2)教授,中国科学院山西煤炭化学研究所,030001 太原收稿日期:2009 07 10;修回日期:2009 08 30生物质与煤共气化特性研究*宋新朝1) 王芙蓉1) 赵霄鹏1) 张永奇2) 毕继诚2)摘 要 在热天平装置中研究了生物质焦、煤焦以及生物质焦与煤焦混合物的水蒸气气化特性.采用程序升温热重法对生物质焦(稻秆焦、高粱秆焦和玉米秆焦)、神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行了水蒸气气化实验.结果表明,生物质焦和煤焦在一定温度下的气化速率为:高粱焦>稻秆焦>玉米焦>神木煤焦.并对三种生物质焦、煤焦、生物焦和煤焦混合物的水蒸气气化反应进行了动力学分析,分析认为,连续反应模型可以在一定程度上反应焦样的水蒸气气化反应动力学.关键词 生物质,煤,共气化中图分类号 T Q5450 引 言生物质作为一种可再生能源,其高效洁净利用日益受到人们的关注.生物质的热解气化是一种高效的能源利用方式,可以生产燃料气或化学合成气.我国农作物秸秆产量大,高效洁净的大规模利用技术落后[1,2],致使生物质资源浪费严重.生物质的能量密度低,单独气化温度较低,气化时生成较多的焦油,不仅降低了生物质的利用效率,而且对气化过程的稳定运行造成不利影响;此外,生物质的供给受到季节的影响,使生物质单独气化的规模受到限制.煤的气化温度高,生物质与煤共气化通过提高气化温度,不仅可以提高生物质的气化效率,减少焦油的生成,而且可以解决生物质供给的季节性问题,为生物质的高效利用提供一条新的技术途径.已有研究表明,生物质与煤共气化过程可能具有协同作用[3,4],主要是因为生物质具有较高的挥发分含量、生物质焦具有较高的反应性以及生物质灰中的碱金属对煤焦气化过程有很好的催化作用.[5,6]国内外对生物质与煤的共气化研究目前仍停留在实验室阶段小型中试阶段.本文采用热天平考察了三种农作物秸秆焦和一种煤焦及其混合物的水蒸气气化特性,旨为生物质与煤混合物的流化床气化提供一些基础数据.1 实验部分为了考察不同生物质及生物质与煤混合物的气化特性,在热天平上进行了生物质焦(稻秆焦、高粱秆焦和玉米秆焦)、煤焦及两者混合物的水蒸气气化实验.实验在上海天平仪器厂生产的ZRP-2P 型热分析仪上进行,在原热天平上增加了水蒸气发生器,装置见图1.将稻秆(D)、高粱秆(G)、玉米秆(Y )和图1 热天平装置Fig.1 Schematic diag ram o f the ther mo g ravimet ricappa ratus1 Electric heater;2 Nitrogen;3 TG signal;4Steam generation;5 Computer;6 S am ple神木煤(SM)分别放在带有盖子的器皿中,放入马弗炉中,在900 下恒温放置7min 左右,制得稻秆焦(DJ)、高粱秆焦(GJ)、玉米秆焦(YJ)和神木煤焦(SM J).焦样经研磨,取80目以下的样品作为热重实验用料.稻秆焦(DJ)、高粱秆焦(GJ)、玉米秆焦(YJ)分别与神木煤焦(SMJ)以1 4的质量比混合均匀,样品分别记作DSMJ,GSMJ 和YSMJ,作为混合物共气化原料.样品的工业分析和元素分析见第45页表1.2 结果与讨论2.1 生物质焦和煤焦的单独气化不同物料在同一实验条件下进行,每次放样约表1 生物质和煤及其焦样的工业分析和元素分析(%*,ad)T able 1 Pr ox imate and ultimate analy sis o f biomassand coal and their char(%*,ad)Sample P ro xim ate analy si s M AVFCUltim ate analy si s CHONS G 6.148.8566.0918.9238.62 4.6739.92 1.160.64Y 6.676.1469.5617.6342.30 4.6638.52 1.130.58D 5.5812.0665.2317.1338.61 4.2837.74 1.080.65SM 8.76 5.5832.4153.2573.08 4.52 4.580.980.30GJ 1.1231.87 4.3262.6953.900.4010.78 1.100.83YJ 0.9725.83 2.6170.5966.230.35 4.52 1.230.87DJ 0.8941.32 2.2355.5651.220.49 3.88 1.11 1.10SMJ0.879.141.4988.5087.070.400.26 1.410.85*Percent o f weight.10mg,水蒸气流量为25mL/m in,氮气流量为75mL/min.实验在室温到1200 之间进行,升温速率20 /m in.根据热重仪得出的相关原始数据,由式(1)计算焦样 水蒸气气化碳转化率X ,绘出碳转化率 温度关系图(见图2).由连续反应模型方程式(2)计算焦样的反应速率k ,绘出反应速率 温度关系图(见图3).X =W 0-W tW 0(1-V -A )100%(1)k =d x d t(1-x )(2)图2显示出三种生物质焦和神木煤焦在水蒸气气氛下气化的热失重过程碳转化率随温度的变化关系.由图2可知,生物质焦的气化温度低,三种生物图2 焦样水蒸气气化碳转化率 温度关系F ig.2 Relationship between carbon conversio nfr action and temperature质焦约在700 左右就开始发生气化反应,而煤焦在850 才开始与水蒸气反应.图3显示出生物质焦和煤焦的反应速率 温度关系.由图3可知,随温度升高反应速率加快,相同温度下三种生物质的气化反应速率均大于煤焦.由工业分析可以看出,三种生物质的挥发分含量相差不大,但都远大于神木煤.而在制焦过程中,大量挥发分的脱除使生物质焦的孔比表面积增大,气化剂易与固体表面接触,所以反应速率较快.三种生物质焦一定温度下的气化速率图3 焦样反应速率 温度关系F ig.3 Relationship between char reactio nrate and temper atur e依次增大的顺序为GJ>DJ>YJ.生物质因其种类不同,其所含纤维素、半纤维素及木质素的量和结构也不同,所含矿物质的种类和量也不同,都将导致气化反应速率的不同.2.2 生物质焦与煤焦的共气化在生物质焦与煤焦共气化时,采用生物质焦与煤焦的质量比为1 4,实验条件与单独气化的条件相同.由式(1)计算焦样 水蒸气气化碳转化率X ,结果见图4.由图4可以看出,三种生物质焦与煤焦混图4 焦样水蒸气气化碳转化率 温度关系Fig.4 Relationship betw een car bo n conver sionfraction and temper ature合物的失重过程基本一致,主要因为混合物中煤焦的重量比较大,占80%.由图4还可以看出,相同温度下混合焦转化率增大的顺序为GSM J>DSMJ>YSMJ,与生物质焦反应速率的顺序相同.Ro bert 等[5]研究表明,富含钾的生物质与煤共气化时,生物质中的钾对煤焦的气化起催化作用.本实验所用生物质中,GJ 的钾含量最大(3.93%),而YJ 的钾含量最小(1.18%),实验结果可能与碱金属的催化作用有关.2.3 生物质焦和煤焦及其混合物的水蒸气气化动力学分析由800 到1050 实验结果得到焦样碳转化率和时间的关系,由连续反应模型方程式(2)得到反45第4期 宋新朝等 生物质与煤共气化特性研究应速率k ,根据Arr henius 方程式(3)得到ln k 与1/T 的关系式(4).绘制出ln k 与1/T 的关系图,结果见图5,可求得焦样水蒸气气化反应的活化能E 和指前因子A ,结果见表2.k =A ex p (-E aRT )(3)ln k =ln A -E aRT(4)图5 焦样水蒸气气化的A r rhenius 模型F ig.5 Ar rhenius plo ts for ho mog eneous model o f char sdur ing steam gasificat ion由图5可以看出,连续反应模型在一定程度上反映了焦样的水蒸气气化反应动力学,可作为求解动力学参数的模型.三种生物质焦和煤焦水蒸气气化反应活化能增大的顺序为DJ<GJ<YJ<SM J.表2 焦样水蒸气气化连续反应模型的动力学参数值T able 2 K inetic parameters o f char s during st eamgasificat ion for the ho mog eneous modelSample Activation en ergy/(k J mol -1)Pre ex ponential factor/s -1GJ181.72.715 107DJ 149.57.430 105YJ 188.8 2.300 107SM J 261.18.304 109GS M J 247.4 2.820 109DS M J 227.3 4.303 108YS M J252.14.379 109三种混合焦水蒸气气化反应活化能增大的顺序为DSM J<GSM J<YSMJ.混合焦的活化能介于生物质焦和煤焦之间.3 结 论在热天平装置中研究了生物质焦、煤焦及生物质焦与煤焦混合物的水蒸气气化特性,结果表明,本实验选用的生物质焦反应活性大于煤焦的反应活性,且生物质焦和煤焦水蒸气气化反应速率依次增大的顺序为高粱秆焦>稻秆焦>玉米秆焦>神木煤焦.对三种生物质焦、煤焦及其混合物的水蒸气气化反应进行了动力学分析,结果表明,连续反应模型可以在一定程度上反应焦样的水蒸气气化反应动力学.符号说明A 焦样中灰分含量,%W 0 初始反应时焦样质量,mg X 碳转化率,%A 指前因子,s -1V 焦样中挥发分含量,%W t 任意时刻t 的焦样质量,mg k 焦样的反应速率,s -1E a 反应活化能,kJ/mol参 考 文 献[1] Denn is Y C,Yin X L,Wu C Z.A Review on th e Development and C om mer cialization of Biomass Gasification T echnologies inCh ina[J].Renew able and Sustainable En ergy Review s,2004,8:565 580.[2] 马隆龙,吴创之,孙 立.生物质气化技术及其应用[M ].北京:化学工业出版社,2003:33 37.[3] S jostrom K,C hen G,Yu Q et al .Promoted Reactivity of Char in C o gasification of Biomass and Coal:Synergies in the T hermochem ical Process[J].Fuel,1999,78:1189 1194.[4] Pan Y G,Velo E,Roca X et al .Fluidized bed Co gasification of Residual Biomass/p oor Coal Blen ds for Fuel Gas Production[J ].Fu el,2000,79:1317 1326.[5] Robert C B,Liu Qin.Catalytic E ffect Observed Du ring th e Co gasification of Coal and Sw itch gras s[J ].Biomass and Bioenergy,2000,18:499 506.[6] 王 鹏,文 芳,边 文等.煤与生物质共热解特性初步研究[J ].煤炭转化,2008,32(4):40 44.THERMOG RAVIMETRIC STUDY ON CO GASIFICATIONOF BIOMASS AND CO ALSong Xinchao Wang Furong Zhao Xiaopeng Zhang Yongqi *and Bi Jicheng*(J incheng Anthr acite Mining Gr oup of Shanx i,048006J incheng,Shanx i;*I nstitute of CoalChemistr y,Chinese A cademy of Sciences ,030001Taiy uan)ABSTRAC T Steam g asification characteristic of biomass char,coal char and the mix ture of them w as investigated in a thermogravimetric apparatus (TG).The results showed that the various chars behav e various reactio n rate as follow s:Shenmu co al char <cor nstalk haulm char <rice haulm char <br oomcorn haulm char.T he steam g asification reactio n kinetics analysis o f them show ed that the hom ogeneo us model reflected the char g asification kinetics w ith steam to some ex tent.KEY WORDS biomass,coal,co g asification46煤 炭 转 化 2009年。
烘焙林业废弃物生物质与煤粉不同配比混合颗粒的流化特性
烘焙林业废弃物生物质与煤粉不同配比混合颗粒的流化特性摘要：为考察烘焙林业废弃物生物质与煤粉二元混合物的流化特性，在自行搭建的流化试验装置上，进行不同质量配比的烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒系统的流化试验，获得该系统的流化特性曲线，并在此基础上确定二元混合颗粒的起始流化速度、最小流化速度和完全流化速度等特征速度，进而获得“组分-特征速度”的相平衡图，探讨烘焙生物质质量分数（0，20%，40%，60%，80%和100%）对二元混合颗粒流化特性的影响规律，并提出了预测烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒最小流化速度的经验公式。
结果表明，煤粉颗粒与烘焙生物质颗粒单独流化时，流化曲线可以划分为4个区域：I固定床区域，II过渡区域，III起始流化区域和IV完全流化区域。
完全流化区域标准化床层比压降值的大小依次为：无烟煤1（0.90）>无烟煤2（0.86）>烘焙生物质1（0.84）>烘焙生物质2（0.53），流化质量依次变差。
烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒的流化曲线与其单组分颗粒的流化曲线近似，但区域II和III所对应的气速的范围明显缩小。
随着烘焙生物质质量分数的增加，完全流化区域的标准化床层比压降值呈现出逐渐减小的趋势，混合颗粒的流化质量逐渐变差，起始流化速度先增大后减小，完全流化速度先减小后增大，最小流化速度逐渐减小。
不同特征速度对应着不同流化阶段间的过渡，通过流化气速所处的区间并结合“组分-特征速度”相平衡图，可以对二元混合颗粒所处的流化状态进行预判，并可根据实际工程应用需要对操作流化气速进行相应的调节。
该文所获得的不同配比烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒最小流化速度经验公式可以在–25%～+20%的误差范围内对烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒的最小流化速度进行较好地预测。
研究结果可为生物质与煤流化床共气化工艺中的气化炉等相关工艺设备的设计和安全稳定运行提供参考。
引言中国作为农业大国，生物质资源非常丰富，基于生物质资源的可再生性及其利用过程中的碳平衡性，将生物质废弃物转化为能源并加以利用的工艺极具开发潜力[1]。
生物质对褐煤灰烧结温度和初始变形温度的影响
生物质对褐煤灰烧结温度和初始变形温度的影响摘要：利用热学显微技术将褐煤和榛子壳、米糠等生物质的灰加热到1450℃，分别研究了灰的烧结温度和初始变形温度。
研究发现榛子壳，米糠和褐煤的烧结温度分别是1300℃，1269℃和1320℃，初始变形温度则为1450℃以上，1370℃和1450℃以上。
褐煤和生物质混合物为在煤中添加质量分数5%和10%的生物质组成，并测定生物质的存在对烧结温度和初始变形温度的影响。
添加5%的富含钾榛子壳混合物烧结温度下降到919℃，添加量10%时下降到730℃，同时初始变形温度下降到788℃。
榛子壳对灰热行为的巨大消极影响的主要原因是生物质中的钾元素和褐煤中的矿物质硅元素化合物相互反应，其次，CaO的浓度也是一个因素。
另一方面，米糠的存在对烧结温度和变形温度的影响有限。
1 前言煤和生物质的混合燃烧能够控制二氧化碳的排放，有利于生物质能源的利用，有效处理固体废弃物，限制垃圾填埋区域，改善环境，因此引起人们极大的兴趣。
但是，在现有燃烧系统中生物质和煤共同使用会引起很多问题，比如使一部分催化剂还原失活，结渣，沉积玷污等。
生物质燃料含有较高的碱金属是这些沉积物的形成主要原因。
一些生物质，特别是一年生的生物质，碱金属含量高，在燃烧过程中会产生低熔点的灰，低熔点的灰成分会形成聚团，引起沉积和腐蚀。
在流化床系统中，大量的渣块积聚会导致流态化的失败和电厂的非正常关机。
灰熔融特性取决于燃料的类型，是渣块形成的原因，燃烧时形成的低熔点工晶体是渣块产生的诱因。
美国ASTM灰熔点测试标准中测定初始变形温度、软化温度、半球温度和流动温度四个不同的特征温度以评价一种灰样品熔融特性。
然而，在一个小型实验性电厂的气化过程中观测到在温度比ASTM方法测试得到的煤灰熔点温度低几百度的情况下仍然会有渣块的形成。
灰结渣受到多种参数的影响，无机元素组成成分、燃料颗粒尺度和分布、床温和运行环境等。
因此，变形温度可以作为一预测与灰相关问题的参数。
煤与生物质共热解特性初步研究
第31卷 第4期2008年10月煤炭转化COAL CONV ERSIONVol.31 No.4Oct.2008 3煤炭科学研究总院青年创新基金资助项目(2004QN25).1)工程师;2)高级工程师,煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院,100013 北京收稿日期:2008205229;修回日期:2008207226煤与生物质共热解特性初步研究3王 鹏1) 文 芳2) 边 文1) 邓一英1) 摘 要 初步研究了煤与生物质共热解时的协同作用.热解实验研究了大雁煤、木屑和两者混合物三个样品的热解特性,木屑与大雁煤热解特性相比,热解产物产率随温度变化特性形似,但热解的起始温度和热解温度区间有一定差别.两者混合物共热解时出现了协同作用,结果是半焦产率降低,焦油和气产率增加,热解气组成中H 2和C H 4降低,CO 和CO 2增加.关键词 煤,生物质,共热解,协同作用中图分类号 TQ530.20 引 言目前生物质能源占世界一次能源供应的12%,其中发达国家占3%,发展中国家占33%.由于其可再生性和低污染性,生物质能源被认为是未来可持续发展的主要能源之一.目前其利用技术主要包括直接燃烧技术和气化转化技术,而高效低污染的生物质IGCC 技术和生物柴油技术则是今后生物质工业化应用的主要方向.但由于生物质能存在分散性较广和能量密度较低的缺点,目前其规模利用和高效利用都较困难.[129]从国外发展趋势看,荷兰在Demoklec IGCC 电厂进行过20%废物和80%的煤共气化生产实验;美国正进行以煤、城市垃圾塑料和纸等为原料的IGCC 电厂设计.[10,11]而国内尚未见有生物质与煤共气化应用示范的报道.从国内外发展趋势看,受生物质资源分散性和能量密度低的特点限制,生物质与煤共气化转化技术将是目前和未来研究开发和应用的一个重点.[12]笔者采用大雁褐煤和木材加工厂锯末为实验样品,进行了煤与生物质共热解、共气化的条件实验,对两者共转化时可能的协同作用进行了初步研究.本文为煤与生物质共热解特性研究.1 实验部分1.1 样品分析表1为大雁煤和木屑实验样品的化验结果.由表1可知,大雁煤和生物质木屑组成相差较大.两个样品比较而言,大雁煤的全水、内在水含量和灰分均远高于木屑;木屑挥发分产率远高于大雁煤;两个样品硫含量均小于1%,属低硫含量;大雁煤因水和灰高,发热量特低,而木屑虽氧元素含量很高,但因高挥发分和低灰低水,故发热量达到了中等;大雁煤C 含量低于木屑,木屑O 含量特高,H 含量木屑要高于大雁煤,木屑H/C 比值为1.38,大雁煤H/C 比值为0.77,前者与后者相比,氢含量相对丰富.组成成分上木屑主要由纤维素和木质素组成,而大雁煤主要由缩聚的芳香结构组成.木屑堆密度要远小于大雁煤,说明生物质木屑能量密度低,不利于直接转化利用,这也是研究其与煤共热解、共气化特性的出发点之一.表1 大雁煤和木屑样品化验结果Table 1 Analysis results of D Y coal and sawdust samplesItemsQ net ,ar /(MJ ・kg -1)Accumulation density/(kg ・m -3)Proximate analysis/%3M tM adA arV arFC ar Ultimate analysis/%3,ar C H N O S D Y coal 27.019.5131.5823.0625.8511.8836.42 2.350.698.970.48575Sawdust 6.1 5.55 1.7673.8818.8118.4146.465.340.3240.450.12136 3Percent of weight.1.2 实验装置与方案热解实验装置主要由载气、温控、热解产物冷却收集、热解气分析及热解反应单元五部分组成.热解实验装置流程见图1.图1 热解实验装置流程Fig.1 Schematic diagram of pyrolysis test———G as cylinder ;2———Reductor ;329———Gas flowmeter ;4———Reactor ;5———Electric furnace ;6———Temperature controller ;7———Condenser ;8———Ice piscina ;10———G as sample collection point根据热解反应管恒温区长度及两样品的堆密度,可以确定实验样品的质量及混合样品的组成;根据对木屑和褐煤热解基本规律的了解,可以确定两个样品的热解温度,木屑样品的热解温度区间定为200℃～800℃,大雁煤样品的热解温度区间为400℃～900℃.部分热解实验参数如下:样品粒度,0.5mm ～0.9mm ;一次样品质量,木屑20g ,大雁煤60g ;混合样组成,木屑∶煤=3∶7,5∶5,8∶2(质量比);惰性载气,N 2;载气流量,0.3L/min ～0.4L/min ;压力,常压;温度,木屑为200℃～800℃,大雁煤为400℃～900℃;加热速率,10℃/min ;恒温时间,60min.2 结果与讨论热解实验共进行约50次,取得了大量实验数据,整理分析如下.2.1 大雁煤和木屑单独热解规律图2和图3为大雁褐煤样品热解产物产率及热解气随温度变化曲线.图4和图5为木屑样品热解产物产率及热解气随温度变化曲线.由图2～图5可知,木屑与大雁煤热解规律相似,随热解温度升高,热解半焦产率缓慢下降,热解气产率快速增加,大雁煤焦油产率在整个温度区间变化不大,平均在3.17%～4.11%之间,木屑焦油产率300℃以后增加到15.45%～21.25%之间.因影响水产率的决定性因素是样品本身的含水量,因14第4期 王 鹏等 煤与生物质共热解特性初步研究而水产率随温度变化的规律性不强.与大雁煤相比,木屑的焦油产率和气产率要高很多,这是由其高挥发分导致的,而半焦产率和水产率要低于大雁煤.热解气组成总的规律是,木屑热解气CO 和CO 2含量要远高于大雁煤热解气,而CH 4和H 2的体积含量要比大雁煤热解气体中的低,H 2组分含量随温度升高是先升后降,在500℃时含量最高.C H 4总体趋势是200℃以后随温度升高而下降,烃类组分C n H m 含量要小于大雁煤.生物质木屑主要由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组成物及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物组成.生物质的三种主要组成物常常被假设独立地进行热分解,半纤维素主要在225℃～350℃分解,纤维素主要在325℃～375℃分解,木质素在250℃～500℃分解.半纤维素和纤维素主要产生挥发性物质,而木质素主要分解为炭.一般纤维素在木材中平均占约43%.木屑热解过程不挥发的固体残余物变成半焦状的残渣,一般不生成胶质体,且无黏结现象.2.2 煤与生物质共热解规律将生物质与褐煤的混合物进行低温热解,是基于生物质和褐煤的热分解温度相近的特点,一般生物质主要热解温度为265℃～310℃,褐煤的初始分解温度约350℃.温度对混合样品热解产物产率的影响规律与单独样品热解规律相似,此处不再详述.木屑与煤混合比例对热解影响的结果是,随木屑质量配比的提高,半焦产率下降,气和焦油产率增加;热解气中CO 2和C H 4含量波动不大,CO 组分含量增加,C n H m 和L HV 降低,这一规律可对比上述两者单独热解时的特性得到很好的解释.图6和图7为600℃时混合比例对热解产物产图6 混合比例对热解产物产率的影响Fig.6 Effect of ratio to product yieldsof mixture sample◆———Char ;▲———Water ;×———Gas ;■———Tar图7 混合比例对热解气组成的影响Fig.7 Effect of ratio to gas composition ofmixture sample◆———H 2;■———CH 4;▲———CO ;×———CO 2;×◆———C n H m ;●———L HV率和热解气性质的影响曲线,图中横轴为木屑与大雁煤混合比例,如s3c7代表木屑:大雁煤为3∶7(质量比).为了解木屑与大雁煤共热解时是否发生了协同作用,将热解产物产率理论计算值(即按两者混合比例将两者单独热解时产物产率进行数值平均)与实测值进行了比较,因不同混合比例下实验结果规律相近,此处仅列出木屑与煤50%比例混合时热解产物产率的结果(见图8),图8a ,图8b 和图8c分别为图8 木屑与大雁褐煤50%配比时热解产物产率计算值与实测值对比曲线Fig.8 Comparison of pyrolysis products yield betweentest and theory valuea ———Char ;b ———Tar ;c ———Gas◆———Test ;■———Theory24煤 炭 转 化 2008年半焦(char )、焦油(tar )和干馏气(gas ),横轴为温度(℃),纵轴为产物产率(质量分数).由图8可知,混合样品半焦产率的实测值(test )小于计算值(theory ),焦油和煤气产率的实测值大于计算值.同时,对于不同配比的实验样品从温度影响角度分析,400℃时两者相互作用影响较小,而600℃和800℃时影响较大.图9为混合物热解气性质实测值与计算值比较统计,纵轴ratio 表示“实测值/计算值”的数值,横轴s3c72400代表木屑与大雁煤比例3比7,温度400℃时的样品,其他依此类推.由图9可见,对比热解气组成实测值与计算值,83%的数据H 2和CH 4低于计算值,而72%的数据CO 和CO 2高于计算值,煤气热值L HV均低于计算值.图9 热解气性质实测值与计算值比较Fig.9 Comparison between test and theoryvalue about gas character◆———H 2;■———CH 4;▲———CO ;×———CO 2;×◆———L HV热解是一个十分复杂的物理化学反应过程[3,4],较低温度时煤热解主要发生分解、解聚,生成大量焦油和气体.一般煤的结构单元之间的桥键在加热到250℃以上时就有一些弱键开始断裂,随着温度的升高,键能较高的桥键也会断裂.桥键的断裂产生了以结构单元为基础的自由基,自由基是一种带有未配对电子的分子碎片,一般处在桥键断裂处的某个碳原子上,如H +,CH 3—,CH 3CH 2—和C 6H 6—等.温度再升高,低温热解产生的焦油发生二次裂解,分解为固体碳、气体和反应自由基,且这些自由基绝大多数是具有芳香性的.自由基非常不稳定,自由基带的未配对电子具有很高的反应活性,具有与邻近的自由基上未配对电子结合成对的趋势,如果这些自由基得不到氢而它的浓度又很大时,这些自由基碎片就会互相结合而生成分子量更大的化合物甚至焦炭,图10为热解过程中某些自由基结合过程.氢原子是最小又最简单的自由基,在富氢气氛下,自由基加氢可生成稳定的低分子产物(焦油、水和少量气体),而活性氢就来自于热解产生的氢原子、氢分子或外来氢,如加氢热解或焦炉气气氛热解等.分析实验结果可以认为,生物质热解释放出大量氢自由基及小分子自由基,使得煤热解出的大量分子自由基稳定成为焦油类和气体类低分子物质,从而使发生缩聚反应生成固相物的机会减少,半焦产率降低,焦油和气产率增加,说明木屑与大雁煤共热解的过程中存在一定的协同作用.这类似于煤加氢热解,加氢热解可以提高煤热解的转化率,提高焦油产率,改善焦油质量.图10 苯和苯自由基及氢自由基结合过程Fig.10 Formation of biphenyl benzene ,aryl radicals ,hydrogen radicals in pyrolysis process3 结 论1)木屑与大雁煤热解规律相似,随热解温度升高,半焦产率下降,热解气产率增加,煤焦油产率在整个温度区间先升后降.2)与大雁煤相比,木屑的焦油产率和气产率要高很多,而半焦产率和水产率要低于大雁煤.3)热解气组成总的规律是,木屑热解气CO 和CO 2含量要远高于大雁煤热解气,而CH 4和H 2的体积含量要比大雁煤热解气体中的低,H 2组分含量随温度升高是先升后降,C H 4总体趋势是随温度升高而下降,烃类组分C n H m 含量要小于大雁煤.4)木屑与煤混合比例对热解影响的结果是,随木屑质量配比的提高,半焦产率下降,气和焦油产率增加;热解气中CO 2和C H 4含量波动不大,CO 组分含量增加,C n H m 和L HV 降低.5)生物质木屑与大雁褐煤共热解产生了协同作用,协同作用的结果是,半焦产率减小,焦油和气产率增加,热解气组成中H 2和CH 4降低,CO 和CO 2增加,L HV 减小.6)目前实验只是进行了初步研究,结果表明,煤与木屑共热解可以产生协同作用,但影响较小.可以预测,在改变生物质原料或改变实验条件(如实验压力和升温速率等)的情况下,协同作用是可控的;煤与生物质共气化的协同作用机理仍需作进一步的深入研究.34第4期 王 鹏等 煤与生物质共热解特性初步研究44煤 炭 转 化 2008年参 考 文 献[1] 李 文,李保庆,孙成功等.生物质热解、加氢热解及其与煤共热解的热重研究[J].燃料化学学报,1996,24(4):3412347.[2] 李世光,徐绍平.煤与生物质的共热解[J].煤炭转化,2002,25(1):7212.[3] 周仕学,聂西文,王容春等.高硫强黏结性煤与生物质共热解的研究[J].燃料化学学报,2000,28(4):2942297.[4] 包向军,蔡九菊,刘汉桥等.固定床中木块和木屑的热解特性[J].材料与冶金学报,2003,2(2):1492152.[5] 马林转,何 屏,王 华.煤与生物质的热解[J].贵州化工,2004,29(1):20223.[6] 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characteristics of t hree different samples—Dayan lignite,sawdust and t he mixt ure of two samples were st paring t he pyrolysis charac2 ters of sawdust and D Y coal,bot h t he product s yield change curves wit h t he temperat ure increas2ing are t he same,but two samples had difference in pyrolysis start and active temperat ure.The synergetic effect was found during coal and biomass co2p rolysis.The effect result s was t hat t he yield of char decreased,t he tar and gas p roduct s increased,and H2and C H4concent ration de2 creased but CO and CO2concentration increased in gas co mposition.KEYWOR DS coal,biomass,co2pyrolysis,synergetic effect s。
生物质焦与煤共气化特性研究
Ｏ ｎ ｔ ｈａ ａ ｔ ｒｓｉｓｏ ０ ａ ｉｉａ ｉ ｎ ｆｃ ａ ｓａ ｄ ｂｉ ｍ ａ ｓｃ ｒ ｈｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｃ 一ｇ ｓｆｃ ｔ０ ｏ ｏ ｌ ｎ ｏ ｓ ｈａ
Ｌ ｉｏ ｙｎ Ｗ Ａ ＩＸ ａ － ｉｇ ， ＮＧ ｉｇ ｓｎ Ｃ Ｎ Ｒ ｉｌｎ Ｌ ｏ ｇ， Ｕ ｎ － ｕ Ｊｎ － ｏ ｇ， ＨＥ ｕ－ｏ ｇ， ＩＣ ｎ Ｘ Ｅ Ｑｉｇ ｇ ｏ
１ ４９ Ｊｔｏ， ｈｌ ｈ ｉ ｍｉｉ Ｓ ９ ．５ ｋ ／ ｏ ｎ ｈ ｎｈ ａ ｉ ｓ １ ．６ ｋ ／ １ ３ ．７ ｋ ／ ｌ ｉ ｔｅ ｂｔ ｎｔ ｉ ｏ ｗ ｅ ｕ ｅ １ ７８ Ｊｔ ｌ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｔｒｃｔ ｉ ７１３ Ｊｍｏ．Ａｓ ｔｅ ｗ ｉｈ ａｅ ｏ ｏ ｅ ｈ ｅｇ ｔｒｔ ｆ
ｄ ｔ ａｃ ｌ ｔｄ ｂ ｓｎ ｏ ｌ ｔ ｏ ｏ ｄ ａ ｈ ｇ ｅ ａｕ ｆ Ｒ ｔ ａ ｈ ｏ ｔ — ｄ ｅ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｈ ｖ ｅ ａａ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｙ ｕ ｉ ｇ Ｄ ｙ ｅ ｍｅｈ ｄ ｈ ｌ ｉｈ ｒ ｖ ｌ ｅ ｏ ｈ ｎ ｔ ｅ Ｃ ａｓ Ｒｅ ｆ ｒ ｔ ｏ ．Ｔ ｅ Ｄ０ ｌ ｍｅｈ ｄ ｉ ｍｏ ｅ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ．Ｉ ｙ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｈ ｐ ａ ｅ ｔ ａ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｅ ｇ ｆ ｔ ｅ ｂ ｏ ｓ ｈ ｒ ｕ ｅ Ｓ ａ ｏ ｔ ｔｏ Ｓ ｒ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ｎ Ｄｏ ｌ ｔ ｏ ．ｔ ｅ ａ ｐ ｒ ｎ ｃ ｉ ｔ ｎ ｒ ｙ ｏ ｈ ｉｍａ ｓ ｃ ａ ｓ ｄ ｉ ｂ ｕ ｖ ｏ
（．ｔ ｅＫ ｙＬ ｂｒｔｒ ｆ ｄ ａｃｄＭｅａ ｕｇ， ｎｖｒｉ ｆ ｃ ｎｅａ ｄＴ ｃ ｎｌｇ ｆ ｅ ｉｇＢ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ １ ａ ｅ ａｏａ ｙｏ ｖｎ ｅ ｔｌ ｒ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙｏ ｉｎ ，ｅ ｉｇ１０ ８ ， ｈｎ ； Ｓｔ ｏ Ａ ｌ ｙ ｔ Ｓｅ Ｂ ｊ ｊ ２Ｄ ｐ ｒ ｅ ｔ ｆ ｔ ｌｒ ，ｉｎｓ ｎｖｒｉ ， ｈｎｉｎ １０ ３ Ｃ ｉａ ．ｅａｔ ｎ ａ ｕｇ Ｊ ｇｕＵ ｉｅｓｙ Ｚ ｅｊａｇ２ ２ １， ｈｎ ） ｍ ｏ Ｍｅ ｌ ｙ ａ ｔ
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第29卷增刊1502009年12月10日中国电机工程学报
Vol.29SuPPlementDee.IO,2009
02009Chin.Soc.forElec.Eng.
文章编号:0258一8013(2009)51一0150一06ProceedingsoftheCSEE中图分类号:TK16文献标志码:A学科分类号:470.20
生物质和褐煤的掺混比例对共气化特l胜的影响阎维平,鲁许鳌(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)
InvestigationofEffectoftheBlendingRatioofBiomassandLigniteonCharacteristieofCo#gasifieationYANWei一Ping,LUXu一ao(KeyL月boratoryofConditionMonitoringandControlforPowerPlantEquiPment(NorthChinaElectricPowerUniversity),MinistryofEdueation,Baoding071003,HebeiProvinee,China)
ABSTRACT:Theeo一gasifieationtestoftwokindsofhethaeeousandWoodybiomassandlignitewithairandsteamwaseariedoutinbubblingfluid沈edbedusingnewbedmaterial.TheeffeetofthebiomassblendingratioontheeomPonentandlowheatingvalve(LHV)offuelgas,gasificationefficieneyandeathoneonversionratewasstudied#ThetestresultsshowthatwhentheblendingratioofPine
sawdustinereasesfromo%to100%,thevolumeeoneenirationofHZinereasedfrom12.9%to18.8%,thatofC02deereasesftom203%to18.9%,thatofCOinereasesfrom24.3%to30.8%,andthatofCH4,C"氏alsoincreases.WhentheblendingratioofPinesawdustincreasesfromo%to100%,theeontentofCOrisesfrom24.3%to26.5%,thendecreasesto25.2%.TheeontentehangeofothereomPonenis15similarto
thatoftheeomPonentsfromeo一gasifieationofPinesawdustandeoal.Duringeo一gas沮eationthereexistssynergyeffect#TheaboveresultsProvideabasisforseleetionandoPerationof
eo一gasifieationsystemofbiomassandeoal.
屑和煤气化气类似;2种生物质和煤共气化过程中存在协同效应"该文试验和分析结果为生物质和煤共气化系统的设计和运行提供了依据"
KEYWORDS:co一gasifieation;fluidizedbed;Pinesawdust;rieestraw:lignite:air一steam摘要:采用新型床料在鼓泡流化床中进行了2种典型的木本和草本生物质与褐煤的空气一水蒸气气化试验,研究了生物质掺混比例对燃气组分!热值!气化效率和碳转化率等参数的影响"结果表明,当松木屑的掺混比例从0%增大到100%HZ的体积分数从12.9%增加到18.8%,co:体积分数从.3%下降到18.9%,CO的体积分数从24.3%上升到30.8%,!CnH二的含量也有所升高;当稻秸的掺混比例从O%增大到100%时,CO的体积分数从24.3%先上升到26.5%,再
下降到25.2%,其他燃气组分含量增加或减少的趋势与松木
基金项目:国家高技术研究发展计划项目(863计划)(ZO09AA052310)"TheNationalHighTeehnologyResearehandDeveloPmentofChina(863Program)(2009AA052310).
关键词:共气化:流化床;松木屑:稻秸;褐煤:空气一水蒸气
O弓l言煤气化生成的可燃气体作为燃气或合成气,是煤清洁利用的重要途径,褐煤是煤气化的重要原料"然而,煤的利用面临能源紧缺和环境污染等问题,利用农林废弃物部分替代煤是行之有效的办法"松木屑是一种废弃木质生物质资源,主要集中在林木资源多的地域和木材加工厂,收集!运输和预处理的成本相对较低,为其资源化提供了方便"稻秸作为一种典型的草本生物质,在我国中部和南方储量丰富,一定程度上能够缓解这些地区煤资源利用成本高的问题"草本和木本生物质由于挥发分含量高且固定碳反应性高,与褐煤共气化产生协同作用可增加产品的附加值,以保持煤的可持续使用"由于松木屑!秸秆等生物质和褐煤的有机反应特性和无机反应特性存在较大的区别,从而使得二者单独气化系统的设计和运行具有不同的特点,如果进行共气化,反应机制更为复杂"国内外的学者对生物质和煤共气化相关问题进行了研究:RuiNetol.]在流化床气化炉中进行了煤和甘蔗渣共气化试验:文献=28在流化床中进行了桦木和英国的DawMili煤及波兰褐煤的共气化试验,在气化工况(温度为700和900e,压力为0.4MPa)下,研究了燃料热转化时可能的协同作用,对气化过程中形成的焦炭!焦油!N元素的化合物进行了分析;文献=3]
,J礴山/OJ汪廿目,qr气增刊阎维平等:生物质和褐煤的掺混比例对共气化特性的影响利用热重分析仪研究来自生物质的钾盐对煤炭的催化气化作用;宋新朝[.l在流化床实验装置中研究了生物质与煤的共气化特性,比较了单独煤气化与稻杆/煤混合物气化的产物:KazuhiroK[sl在下吸式固定床气化器中,气化温度为900e,进行了生物质和煤共气化试验:阎维平睁7]利用热重分析仪对生物质和煤混合燃料在热解中的挥发失重和产物生成过程进行了研究,并在固定床热解系统上进行混合燃料热解实验,分析了掺混比例!热解终温和升温速率等因素对热解过程的影响规律"在共气化过程中,掺混比例的不同,混合燃料的密度!热值和反应特性有所不同,从而使得流化床共气化反应规律较生物质或煤单独气化更为复杂,共气化反应过程中掺混比例对气化结果的影响规律尚不明确降-3]"在本文的试验工况中,保持流化速度!空气当量比和燃料水蒸气比相同,比较2种生物质的掺混比例对混合燃料气化过程的影响规律"讨论共气化过程中鼓泡流化床反应器中主要化学反应!燃料有机反应特性的影响机制"以期为生物质和煤共气化系统的设计和运行提供依据"
1试验装置和试验方法1.1试验装置试验系统包括给料系统!气化剂输送系统!反应器系统!采样气体预处理系统!分析系统(图l)"
FIGZ1一NZ:2一缓冲罐:3一温控器:4一空压机:5一主反应器:6一给料装置;7一气固分离器;8一管式加热炉:9一流量计:1于一加热锅炉:1一除尘装置;12一脱硫装置;13一水洗焦油装置;14一制冷除水装置;15一气水分离精密过滤器;16一抽吸气泵;17一气体分析装置"
图l气化系统示意图Fig.1Gasineationsystem
给料系统由料斗!螺旋给料机组成"料斗中安装了搅料装置,防止生物质搭桥"给料机的转速保持稳定,给料的体积流量保持一致"从料斗通入氮气有2个用途,在送料之前,氮气作为吹扫风,排掉反应器中的空气:在反应过程中,较小流量的氮气作为平衡气,防止反应器内的气体返流进入给料装置"气化和流化介质为空气和水蒸气的混合物"在气化剂输送系统中,空气由空压机提供,利用转子流量计测量流量"水蒸汽由小型蒸汽产生器提供,温度为150e,其流量由涡街式蒸汽流量计测量"2种气化剂混合,由管式加热炉加热,送入反应器底部的预热段,在预热段达到700e"反应器采用常压鼓泡流化床,反应段由2520不锈钢管制造,内径为80mm,从布风板到顶部长度为1500mm:底部到布风板为30mm,此段对气化介质进行预热;布风板由3mm的不锈钢板制作,开孔率为4.36%"反应器的主反应段有3个温度测点T:!几和兀,分别布置在距布风板100,600,130Omm处"采样气体预处理系统包括除尘!除硫!除焦油,
气样分析流量为1.5Umin,分析时间间隔为15"本文采用煤气分析仪测定气体的组分"C02,CO,CH;和几氏利用非分光红外线吸收原理测定,H:的含量通过热导原理测定"1.2试验原料松木屑!稻秸依据AsTME1755一01和As飞,ME1757一01标准进行工业分析和元素分析,褐煤依据我国有关标准进行分析,元素分析采用德国!!ri"
ELl元素分析仪"生物质和煤的工业分析和元素分析见表1"松木屑的粒径为0.5一1.5mm,稻秸的粒径为1一3~,褐煤的粒径为0.38~0.83~",.3试验方法和试验工况试验过程中,采用一种新型床料,即铝钒土制备的陶粒砂,粒径在0.4一住8mm之间,低密度的陶粒砂的体积密度小于1500kg/m3,烧结温度在1200e以上,机械强度较好,化学成分中A12O"
表1生物质和煤的工业分析和元素分析UltimateandPro对mateanalysisofthebiomassandcoal
工业分橱%元素分析/%样品密度/(k留mJ/kg)Modrev初Aod
介b.1低位发热量/(M褐煤松木屑稻秸
569.3293.32]78
197017名4814乡26036一2510.1229.7914.019.82386078.956124
25一580一72519.94
eadH/_oades坦~一止匕一49204.1611.21.2413451.834.65-8744.3邓.57315
1.240.2490.55
1340.0410.11