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煤与生物质(稻秸秆)共热解反应及动力学分析一

摘    要:本文应用综合热剖析仪,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响停止了热解实验。结果标明,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,使煤的热解顶峰区的温度向低温区挪动。但是促进水平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。在动力学剖析中,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法按反响级数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,由于反响机理及过程发作了变化,并不能用简单的热解动力学模型来描绘;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的热解过程作了比照实验,总结出升温速率对热解反响的影响。

关 键 词:煤与生物质 稻秸秆 热重剖析 动力学参数

中图分类号:TK6

一 引言 

    生物质是人类应用最早、最多、最直接的能源,同时也是低碳燃料和独一可运输及贮存的可再生能源,可完成CO2的零排放。我国生物质储量丰厚,因而生物质能的开放和应用有着严重意义[1]。同时我国煤炭资源丰厚,在今后很长一段时间内对煤炭的依赖性还很大。生物质与煤混合熄灭发电和热解转化技术是高效干净合理应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,而且能够有效处理生物质单独运用时的焦油问题。

    关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讨。关于其协同性问题,存在两个对立的观念。Chatphol.M[2]、Collot.A.G[3]等人,各自由实验中得到无协同作用的结论;而Nikkhah.K[4]、McGee.B[5]等人则在共热解实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实验证明生物质粉末对煤的热解有一定的促进和抑止的作用,两者间有协同性存在;而李文[7]、李世光[8]等人则经过实验阐明两者无明显的协同作用。固然各国学者对煤与生物质的共热解,做了很多实验研讨,但是对反响机理和有无协同性等问题并未作出结论。
    由于煤的品种众多,生物质与煤共热解的特性与煤的品种也应该有关,且还没学者对共热解过程停止深化的动力学剖析,因而,本实验选用稻秸秆作为生物质试样,与褐煤及无烟煤分别停止了共热解的实验研讨,寻求共热解的影响要素并停止了动力学剖析。

二 实验局部

1  实验样品

   实验所调查的稻秸秆来自常州地域的稻子,褐煤选自云南富源煤矿,无烟煤来自山西长治的潞安矿。三者粒径均在20目到60目之间,将物料枯燥后制成不同比例的试样,以备热重实验运用。表1为三种物料的工业剖析参数;

 

 

称号

Mad

Aad

Vad

Fcad

稻秸杆

18.16

15.97

53.52

11.85

褐煤

14.16

24.63

10.32

50.89

无烟煤

0.84

6.27

14.50

78.39

 

表1   试样的工业剖析
Table 1  Industrial  analysis  of  test  samples 

2  实验办法及仪器

   采用德国制STA-49综合热剖析仪,停止实验。将试样置于热天平支架的坩埚内,通入足量纯氮气,按规则的升温速率停止升温(10℃/min和一组20℃/min),由计算机控制和采集数据。气体流量为200mg/min,试样用量不超越1.5mg,温度范围由室温到1100℃左右。

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