不同灰化温度下生物质混煤灰的烧结特性研究

选取晋城无烟煤和麦秆作为研究对象,利用压差法烧结温度测定装置测量不同灰化温度下煤和麦秆混合灰的烧结温度,再利用SEM-EDS以及XRD对灰样进行烧结特性分析。结果表明,不论灰化温度高低,随着麦秆的添加,煤和麦秆混合灰的烧结温度都呈现降低趋势,其降低幅度略有差别。灰化温度较低时,煤和麦秆混合灰的烧结温度低于灰化温度较高情况下混合灰的烧结温度。SEM-EDS分析表明,低温灰化得到的样品中出现较多不规则的纤维结构;较高温度下获得的灰样中出现较多致密的球状颗粒,这表明矿物质发生熔融形成球状颗粒。XRD分析表明,低温灰化烧结后的煤和麦秆混合灰样中因含有较多的含钾等碱金属系助融矿物质,导致混合灰样的烧结温度降低。然而,像钙长石等含钙矿物质本身具有较高的熔点,因此,在1 100℃时混合灰样具有较高的烧结温度。     

煤与生物质热重分析及动力学研究

利用热重分析仪对稻秆、麦秆、木屑和煤单独及混合热解特性进行了研究。通过对不同混合比例热解与单独热解对比表明,混合热解中不同生物质起始热解温度、生物质挥发分最大析出温度、煤挥发分最大析出温度随着煤混合比例的变化呈规律性变化。对混合热解实验数据与单独热解参数按混合比例后特性参数分析表明,混合热解导致固体产物产率提高。实验通过对稻秆两种方式的脱灰及脱挥发分处理后混合热解分析,脱挥发分稻秆与脱灰分稻秆对煤的热解都起到了促进作用,证明了生物质中的碱/碱土金属能促进煤在较低温度下热解,硅元素对热解速率起抑制作用。推测生物质与褐煤的共热解中存在协同作用。     

煤液化残渣与生物质混合燃烧过程中硫污染物动态排放特性研究

生物质在全球总能源消耗中占有相当大的比例，世界各国对生物质能利用新技术的研究日益重视。用生物质燃料替代传统的化石燃料，不仅可以缓解日益严重的能源问题，也可以减少环境污染和降低CO2的排放心。但生物质的热值比较低，单独利用效率较低，因此一些欧美发达国家采取了将部分生物质与煤混和燃烧发电或气化的新技术。     

生物质与煤混燃机理:固态沉积特性

为了解在1 200 ℃不同反应时间条件下宜阳煤与水稻秸秆混燃的沉积性质,以18 kW的沉降炉为实验平台,利用扫描电镜及能谱,X射线衍射和电子探针方法对混燃的沉积物进行研究。研究表明,不同的混合比例或者不同反应时间条件下,沉积物中的Si、Al和Ca元素变化不大;表面的钾长石的黏性使沉积物更容易富集,而沉积物内部钾长石使沉积物的结构更加稳定;铝硅酸盐和Fe元素在沉积过程中都起了重要的作用。     

长治煤与生物质混合灰熔融特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪和FactSage软件相结合对生物质（花生壳、稻壳）与高灰熔点长治煤混合灰的熔融特性及其熔融机制进行了研究。结果表明,两种生物质灰都可以降低长治煤的灰熔融温度,花生壳灰助熔效果优于稻壳灰,这主要与它们的化学组成和赋存形态有关。低熔点长石类矿物（钙长石、钠长石）和白榴石的生成是花生壳与长治煤混合灰熔融温度降低的主要原因;长石类矿物的生成及其与SiO₂结合生成的低温共熔物引起稻壳与长治煤混合灰熔融温度降低。热力学计算表明,在碱性氧化物Na₂O、CaO、K₂O存在时,SiO₂和Al₂O₃优先与其反应生成低熔点硅铝酸盐,一定程度上抑制了高熔点莫来石矿物的生成,从而起到助熔作用。混合灰的熔融过程可以分为含钾矿物熔融和含钙矿物熔融两个阶段,两类矿物熔融顺序：含钾矿物先于含钙矿物。     

烟煤与生物质快速共热解产物特性分析

研究了烟煤(YL)分别与富含半纤维素的玉米芯(CB)和富含木质素的松木屑(SD)快速共热解产物产率和气体组成的变化规律。结果表明,烟煤与生物质共热解组分互相作用,造成共热解气、液、固相产率和气体组成的明显变化,且与生物质种类有关。相对于独立热解过程,玉米芯丰富的半纤维素造成热解水蒸气和CO₂浓度较高,且玉米芯中富含的K元素挥发迁移至煤焦表面,对热解半焦与水蒸气、CO₂的气化反应起到催化作用,反应生成的H₂和富氢组分易与热解生成的自由基结合,抑制自由基之间的缩聚反应,使得共热解气体和液体产率增加,而半焦产率减小。烟煤/松木屑共热解过程中,松木屑中富含的Ca元素在煤焦表面迁移,促进了松木屑热解液体在半焦表面裂解反应,生成CO₂、CO和富氢自由基等轻质组分,造成共热解半焦和液体产率降低而气体产率增加。热解产物半焦、焦油、水蒸气、CO₂之间的气化和裂解反应均产生富氢的次生组分,从而提高了共热解气体中CO和烃类气体产率,降低了H₂产率。     

生物质与煤混燃灰的比电阻特性实验研究

以玉米秸、麦秸、锯末纯燃并以不同比例与煤混燃,利用DR型高压粉尘比电阻实验台对灰样比电阻R进行测量, 以AAS对灰样化学成分进行分析。结果表明,纯生物质燃料灰R值为10⁸Ω·cm~10¹0Ω·cm,属于中比电阻。混燃灰样的R值均为10⁸Ω·cm~10¹2Ω·cm。麦秸与煤的混燃灰中,掺混率R_t对比电阻R的影响不明显;玉米秸与煤的混燃灰中,在110℃以下,R_t越高,R越低;在110℃以上,R_t越高,R越大。生物质与煤的混燃改变了燃料的燃烧特性及熔融特性,使灰的物理特性和化学成分、含量发生变化,造成混燃灰比电阻与煤灰比电阻的规律存在一定的差异。     

生物质与烟煤混合灰熔融特性影响因素的研究

为探究气氛、混合比及残炭含量对生物质与煤混合灰熔融特性的影响,将松木屑灰与乌海烟煤灰按不同质量比混合,采用智能灰熔点仪测定各混合灰样在不同气氛下的灰熔融温度,X射线衍射仪从矿物质演变角度分析混合灰熔融温度变化的原因。结果表明,由于铁尖晶石和铁橄榄石的生成,使混合灰的熔融温度在弱还原性气氛下比氧化性气氛下低,且差值的大小与混合灰中Fe含量有关;随松木屑灰含量的增加,钙铝黄长石、镁黄长石、白榴石等低温共熔物的生成量增加,使混合灰的熔融温度降低;此外,由于Fe-C共熔体(Fe_xC_y)的生成、灰锥局部还原性气氛及残炭的骨架作用,使混合灰的熔融温度随煤灰中残炭含量的增加呈现先升高后降低再升高的趋势。     

平朔煤和生物质共热解实验研究

利用热重分析技术对平朔煤、生物质及两者混合物的热解特性进行了研究,考察了生物质掺混比例对平朔煤热解的影响。结果表明,不同掺混比例下生物质与平朔煤共热解时,平朔煤的挥发分析出温度和最大热解速率对应的温度呈现出规律性变化。将混合样品热解时的实际失重速率曲线与按比例折算后的曲线进行对比,发现实际失重速率曲线与折算曲线有所偏差,并不是平朔煤与生物质热解失重速率的简单加和,说明混合热解过程中有协同作用。同时,利用Coats-Redfern法,对平朔煤、生物质及两者混合物的热解主要阶段用一级反应过程描述,计算其动力学参数,发现反应活化能E和指前因子A随着生物质掺混比例不同呈现出规律性变化,对其规律进行了机理分析,证明了掺混生物质对平朔煤热解起到了促进作用,认为平朔煤与生物质共热解过程存在协同效应。     

铁基助熔剂对皖北刘桥二矿煤的灰熔融特性影响研究

研究了铁基助熔剂对皖北刘桥二矿煤（AQ）灰熔融特征的影响,并对AQ煤灰在添加铁基助熔剂前后不同热处理温度下的矿物组成进行了XRD和红外光谱分析。结果表明,导致AQ煤灰熔点高的主要原因是1000℃以上形成的莫来石引起的;加入铁基助熔剂可以降低AQ煤灰的熔融温度;在高温下铁基助熔剂与煤灰中其他铝硅酸盐矿物发生反应,生成铁橄榄石和铁尖晶石等低温共熔化合物,从而使煤灰熔点明显下降。     

流化床生物质与煤共气化特性的初步研究

在热天平和流化床实验装置中研究了生物质与煤的共气化特性,采用程序升温热重法对稻秆焦、高粱秆焦、玉米秆焦和神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行水蒸气气化研究。结果表明,生物质焦和煤焦的反应活性依次增大,其顺序为高粱焦>稻秆焦>玉米焦>神木煤焦。一定温度下,生物质焦与煤焦混合物的气化碳转化率高于各自气化碳转化率的加和。在流化床气化实验中,比较了单独煤气化与稻秆/煤混合物气化的结果,实验结果表明,混合物气化碳转化率、气体中可燃组分的体积分数均高于单独煤气化,气体中CO2的体积分数低于单独煤气化CO2的体积分数。     

煤焦与生物质焦共气化反应特性研究

以晋城无烟煤和生物质(肉骨粉Meat and Bone Meal:MBM)为原料,在固定床上采用快速热解法制备了煤和生物质焦样。采用扫描电子显微镜结合X射线能谱分析仪(SEM-EDX)分析了煤焦和MBM焦的表面形态和组成;在热天平上采用等温热重法进行了煤焦/MBM焦混合物的水蒸气气化研究。实验结果表明,煤/MBM焦混合物的共气化实验碳转化率高于两者不存在协同作用时的计算值,这是由于MBM焦含有较多的Na、Ca等元素,这些物质对煤焦气化起到了催化作用。当对MBM焦进行脱灰处理后,其气化反应性显著下降。混合物中MBM焦的质量分数在20%~80%时,随着MBM焦含量的增加,混合物中的煤焦反应性相应提高。     

Co-gasification properties of coal char and biomass char

以晋城无烟煤和生物质(肉骨粉Meat and Bone Meal∶MBM)为原料,在固定床上采用快速热解法制备了煤和生物质焦样.采用扫描电子显微镜结合X射线能谱分析仪(SEM-EDX)分析了煤焦和MBM焦的表面形态和组成；在热天平上采用等温热重法进行了煤焦/MBM焦混合物的水蒸气气化研究.实验结果表明,煤/MBM焦混合物的共气化实验碳转化率高于两者不存在协同作用时的计算值,这是由于MBM焦含有较多的Na、Ca等元素,这些物质对煤焦气化起到了催化作用.当对MBM焦进行脱灰处理后,其气化反应性显著下降.混合物中MBM焦的质量分数在20％～80％时,随着MBM焦含量的增加,混合物中的煤焦反应性相应提高.     

Thermodynamic characteristics of polyheteroarylene blends

The influence of the polybenzimidazole-to-polybismaleimide ratios and the chemical nature of sorbates on the thermodynamic characteristics of thermally structured blends of the polymers is studied. The optimum component ratio for the production of blends with good mechanical properties is found. The proton conductivity of the blends doped with phosphoric acid and acid zirconium phosphate is investigated.     

煤与生物质混烧灰荷电特性研究

对玉米秸分别与两种煤以不同比例混烧生成的混烧灰进行了荷电特性研究。利用法拉第杯荷电量检测系统和静电低压撞击器(ELPI)测量了混烧灰的总体荷质比及分级荷质比,并借助于成分分析及形貌分析结果讨论了其影响机理。结果表明,随着生物质掺入量在混烧燃料中的增加,混烧灰的成分组成发生变化,使得其介电常数变大,比电阻增大,表面吸附能力增强,从而使混烧灰的总体荷质比有一定的上升趋势。对混烧灰的分级荷质比测量结果表明,排除灰样粒径的影响,生物质的掺入使得混烧灰的荷电能力得以增强,但影响相对较小,颗粒粒径是影响混烧灰荷电能力的主要因素。     

煤及其拔头半焦的燃烧反应特性研究

采用热天平研究了贵州褐煤、三江原煤及其拔头半焦的燃烧行为,考察了粒径和升温速率对样品着火点和燃烧稳定性的影响。减小样品的粒径可显著降低样品的着火点,改善样品的燃烧性能,在粒径100～120目和升温速率25℃/min下,样品的燃烧稳定性最好。根据Coats-Redfern方法求解燃烧反应动力学参数。燃烧反应动力学分析表明,三种样品的热天平燃烧反应均为一级反应,并得到了实验样品的燃烧反应动力学参数,表观活化能E和指前因子A。贵州褐煤的活化能为100.0～163.6 kJ/mol,三江原煤的活化能为73.4～161.2 kJ/mol,三江煤焦的活化能为68.3～178.1 kJ/mol。     

HCN and NH3 (NOx precursors) released under rapid pyrolysis of biomass/coal blends

Rapid pyrolysis of 6 biomass/coal blends (1:4, wt) including rice straw + bituminous (RS + B), rice straw + anthracite (RS + A), chinar leaves + bituminous (CL + B), chinar leaves + anthracite (CL + A), pine sawdust + bituminous (PS + B), and pine sawdust + anthracite (PS + A) was carried out in a high-frequency magnetic field based furnace at 600-1200 °C. The reactor could not only achieve high heating rates of fuel samples but also make biomass and coal particles contact well; secondary reactions of primary products during rapid pyrolysis can also be efficiently reduced. By comparing nitrogen distributions in products of blends (experimental values) with those of the sums of individual biomass and coal (weighted values), nitrogen conversion characteristics under rapid pyrolysis of biomass/coal blends were investigated. Results show that, biomass particles in blends lead to higher experimental char-N yields than the weighted values during rapid pyrolysis of biomass/anthracite blends. The decreased heating rates of both biomass and coal particles caused by the low packing densities of biomass may be the reason. For blends of CL + B in which packing density of chinar leaves is high, and for PS + B during pyrolysis of which melting and shrinkage happen to pine sawdust, both biomass and coal particles can obtain high heating rates, synergies can be found to promote nitrogen release from fuel samples and decrease char-N yields under all the conditions. But the low fluidity and not easily collapsed carbon skeletons of rice straw make the heating rates of rice straw and bituminous particles in RS + B lower than those of CL + B and PS + B, and weaker synergies can be found from char-N yields of RS + B. The synergies can obviously be found to decrease the (NH₃ + HCN)-N yields and make more nitrogen convert to N₂ except for those of several low-temperature conditions (600-700 °C). Under the low-temperature (600-700 °C) condition, synergies make molar ratios of HCN-N/NH₃-N higher than those of the weighted values.     

预测混合煤燃烧性能的数学模型

用热重分析法研究了单种煤的DTG和TG曲线特征，建立了预测混合煤燃烧性能的数学模型。结果表明，各单种煤的DTG曲线呈单峰，峰值温度tmax与其燃料比F的对数呈线性相关关系，tmax=68.86 ln（F）+512.2 （℃）。由组成混合煤的单种煤的燃料比F可推断出混合煤的DTG曲线特征，从而预测混合煤的燃烧性能。如果混合煤的煤质指标满足标准煤的煤质指标要求，则当Fmax/Fmin≤3.20时，混合煤的燃烧性能好；当3.205.71时，混合煤的燃烧性能较差。