生物質(zhì)與煤混合熱解特性及硫污染物析出特性研究.pdf

1、煤炭在我國一次能源中占有主導(dǎo)地位。燃煤排放的硫污染物已經(jīng)成為大氣污染物中的主要污染源。因此，合理利用煤炭資源，控制硫污染物排放已經(jīng)成為當(dāng)前能源利用和污染物控制工作的重點(diǎn)。作為一種可再生新能源，開發(fā)利用生物質(zhì)燃料不僅能緩解能源危機(jī)，而且可以減輕環(huán)境污染，同時節(jié)省能源。與燃料煤相比，生物質(zhì)形成的時間短，其結(jié)構(gòu)疏松，熱解和燃燒過程具有自己的特點(diǎn)。生物質(zhì)與煤混和燃燒能夠減少硫氧化物和氮氧化物的排放。熱解不僅是燃燒和氣化的必經(jīng)步驟，而且其本身也是

2、一種高能量密度產(chǎn)物的獨(dú)立工藝。煤的熱解是煤燃燒過程中的一個重要初始段，是硫污染物形成的主要環(huán)節(jié)。因此，研究生物質(zhì)與煤的共熱解過程以及生物質(zhì)對煤熱解過程中硫污染物排放的影響，對于開發(fā)新的脫硫技術(shù)和潔凈煤技術(shù)有著重要的意義，也為生物質(zhì)與煤的混合燃燒硫污染物排放規(guī)律提供理論基礎(chǔ)。 本文應(yīng)用熱分析技術(shù)，研究四種常見生物質(zhì)(麥稈、玉米稈、棉稈、楊木屑)和三種不同變質(zhì)程度的煤的熱解特性，深入探討生物質(zhì)與不同變質(zhì)程度的煤混和熱解時的熱解特性以

3、及生物質(zhì)與煤混合熱解時的協(xié)同作用；應(yīng)用熱重-色譜-質(zhì)譜偶聯(lián)技術(shù)，對四種生物質(zhì)與不同變質(zhì)程度的煤混合熱解中產(chǎn)生的H<,2>S和COS氣體進(jìn)行了在線檢測，研究生物質(zhì)對煤熱解析出H<,2>S和COS氣體的影響。 采用熱重分析法(TGA)對幾種常見天然生物質(zhì)(麥稈、玉米稈、棉稈、楊木屑)的熱解過程進(jìn)行了研究。生物質(zhì)熱解過程可以分成3個階段：加熱(脫水階段)、快速失重(主要裂解階段)和緩慢失重(炭化階段)。第1個階段從室溫到230℃，在該

4、階段中，生物質(zhì)只是失去表層水分，重量略有下降。第2個階段處于230～400℃范圍，該區(qū)域是熱解過程的主要階段，生物質(zhì)受熱分解，隨著溫度的升高，揮發(fā)分相應(yīng)析出。最后一個階段處于400～850℃，是殘留物的緩慢分解過程，這一階段發(fā)生的分解非常緩慢，產(chǎn)生的質(zhì)量損失很小，該階段被認(rèn)為是C-C鍵和C-H鍵的進(jìn)一步裂解造成的，在最后生成焦炭和灰分，此時的微分值變化緩慢。 采用熱重分析法對三種不同變質(zhì)程度的煤的熱解過程進(jìn)行了研究。煤的熱解過程

5、可以分為四個階段，第一階段為脫水階段，在100℃之前，主要失去表面的化學(xué)結(jié)合水以及脫除煤吸附和孔隙中封閉的二氧化碳、甲烷。 第二階段，100～300℃為保持階段，煤樣溫度繼續(xù)升高。第三階段，300～550℃為熱分解階段，煤樣發(fā)生強(qiáng)烈分解，熱重曲線陡然下降，此階段為煤的主要熱分解階段，此階段的微分值急劇變化。這一階段中的原始分子結(jié)構(gòu)將開始發(fā)生解聚和分解反應(yīng)，導(dǎo)致大量揮發(fā)物的逸出。第四階段，550～850℃又稱二次脫氣階段。在這一階

6、段，以分子間縮聚反應(yīng)為主，半焦變成焦炭。隨煤化程度的升高，整個TG曲線向高溫區(qū)移動，說明煤的變質(zhì)程度越高，熱解溫度越高。無煙煤、煙煤和褐煤的最終失重率分別為17％、30.07％和33.4％?？梢?，煤的變質(zhì)程度越高，最終失重率越小。采用熱重分析法，在相同升溫速率下，對生物質(zhì)與不同變質(zhì)程度的煤的摻混樣品進(jìn)行熱解實(shí)驗，探討了生物質(zhì)與煤熱解特性的差異，以及它們共熱解時生物質(zhì)對煤熱解過程的影響。研究表明，生物質(zhì)與煤的熱解特性差異很大：生物質(zhì)熱解溫

7、度低，熱解速度快，而煤相對熱解速度慢，熱解溫度高；在生物質(zhì)與煤混合熱解時，總體熱解特性分階段呈現(xiàn)生物質(zhì)和煤的熱解特征；將各生物質(zhì)樣品與煤混合熱解的實(shí)際微分曲線與按比例折算后曲線進(jìn)行比較，得出結(jié)論：從熱解速率角度分析，在400℃之前，生物質(zhì)對煤的熱解影響不明顯。在400℃之后，生物質(zhì)與煤的混合熱解過程中，兩者有不同程度的協(xié)同作用。 采用熱重-色譜-質(zhì)譜連用技術(shù)，對三種秸稈類生物質(zhì)與三種變質(zhì)程度的煤混合熱解中產(chǎn)生的H<,2>S氣體進(jìn)

8、行了在線檢測，研究生物質(zhì)對煤熱解析出H<,2>S氣體的影響。研究表明：生物質(zhì)與不同變質(zhì)程度的煤的混合熱解過程中H<,2>S析出有著相似的規(guī)律，即生物質(zhì)的加入使煤析出H<,2>S提前，且隨著生物質(zhì)比例的增加，H<,2>S在更低的溫度下有更大的析出速度。生物質(zhì)與煤混合熱解時，在380℃以前析出的H<,2>S的濃度和析出量都比煤單獨(dú)熱解時的高，且隨著生物質(zhì)加入比例的增加而增加，這是生物質(zhì)加氫作用的影響。且隨著煤中含氫量、揮發(fā)分的增加，生物質(zhì)對

9、煤熱解過程的加氫作用表現(xiàn)得越不明顯。380℃之后，生物質(zhì)對煤熱解過程中的H<,2>S析出有一定程度的抑制作用。這種抑制作用并不隨著生物質(zhì)摻入比例的增加而增強(qiáng)。此階段是生物質(zhì)加氫作用和礦物質(zhì)固硫作用的綜合結(jié)果。 各種生物質(zhì)對不同變質(zhì)程度煤熱解過程中COS的析出有明顯影響?？傮w規(guī)律為：生物質(zhì)的加入，使煤熱解過程中COS的析出提前，析出量增加。隨著生物質(zhì)比例的增加，COS析出時間提前和析出量增加更為明顯。生物質(zhì)對無煙煤熱解析出COS的