2011年第4期中國農(nóng)機(jī)化No.4, 2011總第236期Chinese Agricultural MechanizationTotal No.236稻殼與煤的共熱解特性宋利強(qiáng),周敏',孟磊2,胡長娥!,雷佳莉',賀國章,魏江紅1(1.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇徐州,221008;2.中國中煤能源股份有限公司新疆分公司,烏魯木齊市,830011)摘要:利用熱重分析儀,對(duì)煤(原煤、脫灰煤)和稻殼分別單獨(dú)及按不同比例混合熱解進(jìn)行了熱重實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:稻殼對(duì)煤的熱解有-定的促進(jìn)作用,隨著稻殼添加量的增加,煤熱解高峰區(qū)向低溫區(qū)移動(dòng)，但這種趨勢(shì)逐漸減小，且對(duì)原煤的促進(jìn)作用較脫灰煤明顯。通過相同配比時(shí)不同升溫速率的對(duì)比實(shí)驗(yàn),得出升溫速率增大會(huì)使熱解所需溫度升高和半焦產(chǎn)率增加。由于煤與稻殼熱解溫度區(qū)間基本不重疊,其共熱解時(shí)不存在協(xié)同效應(yīng)。關(guān)鍵詞:煤;稻殼;協(xié)同效應(yīng);共熱解中圖分類號(hào):S216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Adoi; 10.969/.issn. 1006-7205.2011.04.029宋利強(qiáng),周敏,孟磊.胡長娥，雷佳莉,賀國章,魏江紅.稻殼與煤的共熱解特性[J].中國農(nóng)機(jī)化, 2011, (4): 114-118SONG Li-qiang, ZHOU Min, MENG Lei, HU Chang e, LEI Jia-li, HE Guo zhang, WEI Jjiang-hong. Co pyrolysis characteristicsof rice hall and coal [J] Chinese Agriculural Mechanization, 2011, (4): 114-118并沒有使生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率明顯提高;廖洪強(qiáng)等間在0引言煤與焦?fàn)t氣共熱解體系中加人了少量廢塑料，結(jié)果隨著石油資源的日益短缺，能源在當(dāng)今世界發(fā)展表明廢塑料也能起到與富氫氣體相同的作用一中的地位越來越重要，近年來世界各國都加大了對(duì)能“增油降水”。源研究開發(fā)的力度。生物質(zhì)則是-一種可再生能源,其每生物質(zhì)作為可再生資源,如果生物質(zhì)能作為煤年的產(chǎn)量十分可觀，對(duì)我國一次能源的貢獻(xiàn)約為熱解的供氫劑，則必將為煤與生物質(zhì)的高效清潔利33%。目前，生物質(zhì)的利用多是以農(nóng)村的直接燃燒方用帶來一場革命。世界各國針對(duì)煤與生物質(zhì)共熱解式為主,能量利用率極低,且對(duì)環(huán)境的污染較嚴(yán)重。為的研究較多,但研究結(jié)果與觀點(diǎn)并不一致,有些學(xué)此,使生物質(zhì)資源得到高效清潔利用成為各國學(xué)者研者認(rèn)為煤與生物質(zhì)共熱解時(shí)存在協(xié)同效應(yīng)789101,0究的熱點(diǎn)。有些學(xué)者的觀點(diǎn)則相反(11,1,.4。 原因可能是實(shí)驗(yàn)由于煤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,煤的熱解轉(zhuǎn)化率較低,熱原料和條件的不同,產(chǎn)生了不同的結(jié)論。本實(shí)驗(yàn)選解所得焦油量少，且其中重質(zhì)組分含量較高川"。因用貴州無煙煤(YM)及其經(jīng)過浮沉而得到的脫灰煤此,對(duì)煤的熱解的研究多是加氫熱解,李保慶叭的研(TM)和稻殼(R)為實(shí)驗(yàn)原料,通過其不同配比和不究表明,煤在氫氣氣氛下的熱解轉(zhuǎn)化率大大增加,焦同的升溫速率，研究其共熱解的影響因素和協(xié)同油收率及焦油中的BTX、PCX和萘類含量均有明顯效應(yīng)。增加。廖洪強(qiáng)等1B.4l的研究表明,煤在富含氫的焦?fàn)t1實(shí)驗(yàn)部分氣氣氛下熱解，也能提高熱解轉(zhuǎn)化率，增加焦油及BTX、PCX和萘類的收率，即若能在煤熱解的同時(shí)提實(shí)驗(yàn)采用NETZSCH--STA409C型熱重分析儀，供外部的氫源，將有利于煤的熱解。而李文等I5]通過測試條件為:樣品質(zhì)量10+0.1mg，氮?dú)鈿夥?，流速?duì)生物質(zhì)在H2和N2氣氛下的熱解表明，加氫熱解100mL/min,以20C/min升溫至1000C。通過與儀器鏈?zhǔn)崭迦掌?2010年12月13日修回日期:2011 年3月8日宋利強(qiáng),男,1986年生,河北邯鄲人,中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院碩士研究生;研究方向?yàn)樯镔|(zhì)與煤的綜合利用。圖敏,男,1963年生,安徽巢湖人,碩士，中國礦業(yè)大學(xué)教授,碩士生導(dǎo)師;研究方向?yàn)槊夯?。孟?男,1983年生,安徽蕭縣人,碩士,中國礦業(yè)大學(xué);研究方向?yàn)槊禾哭D(zhuǎn)化。胡長娥,女, 1989年生,河南南陽人，中國礦業(yè)大學(xué)碩士研究生;研究方向?yàn)槊旱木C合潔凈利用。雷佳莉,女,1986年生,河北冀州人，中國礦業(yè)大學(xué)碩士研究生;研究方向?yàn)槊旱木C合潔凈利用。賀國章,男,1987年生.湖南岳陽人,中國礦業(yè)大學(xué)碩士研究生;研究方向?yàn)槊旱木C合潔凈利用。魏江紅,男,1985年生,內(nèi)蒙古烏蘭察布人，中國礦業(yè)大學(xué)碩士研究生;研究方向?yàn)槊旱木C合潔凈利用。第4期宋利強(qiáng)等:稻殼與煤的共熱解特性接的計(jì)算機(jī)每隔2C采集數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)樣品的制備方法是破碎至0.2mm下的煤與實(shí)驗(yàn)用煤樣為貴州無煙煤及其經(jīng)過浮沉實(shí)驗(yàn)得到稻殼分別按質(zhì)量比9:1、8:2、7:3均勻混合，分別壓制成的脫灰煤,生物質(zhì)樣采用稻殼,粒度均小于0.2mm。樣型后再破碎至0.3-0.6mm備用。實(shí)驗(yàn)樣品按表2方案品的性質(zhì)分析如表1所示。配比。表1煤樣和稻殼樣的性 質(zhì)分析(%)工業(yè)分析(%)元素分析(9%)樣品MuVuyAdFCaCuHaOVaSuYM9.0110.5778.9486.073.892.541.141.21TM1.699.474.0284.8991.53.351.080.71F10.6763.1112.9314.6740.7157.750.550.06注:M.一空氣干燥基水分含量;Vor一干燥無灰基揮發(fā)份含量;A-干燥基灰分含量;FCor干燥無灰基固定炭含量;C.r-空氣干燥基炭含量;H-空氣干燥基氨含量;0ar空氣干燥基氧含量;N一空氣干燥基氦含量;Sur -空氣干燥基全硫含量。表2實(shí)驗(yàn)樣品100樣品編號(hào)90+-280TN70YYMR 9:17TMR 9:150YM/R 8:2TMR 8:2-8昌1030Y,YM/R 7:3TTMR 7:320120200 40000 800 10002實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論;T/C2.1煤與稻殼單獨(dú)熱解圖1稻殼TG/DTG曲線圖1和圖2分別為稻殼與煤單獨(dú)熱解時(shí)的TG和02r0.4DTG曲線圖。通過兩圖的比較可以看出,較之稻殼的00-0.2熱解，無煙煤的熱解起始溫度t,較高,與稻殼的熱解溫98度區(qū)間基本不重合;且無煙煤的熱解過程更為復(fù)雜,隨9→Y0.0著溫度的升高,無煙煤相繼脫除水分和空隙中氣體(室02溫到350- 400C);以解聚和分解反應(yīng)為主的一次氣體.4(400-5509C);縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的氣體和礦物質(zhì)的分解氣880.體(550-1000C),又稱二次脫氣。86表3表示稻殼、脫灰煤、原煤單獨(dú)熱解的所有熱解84C-0.8特性參數(shù),包括揮發(fā)分開始析出溫度t,,熱解終止溫度8200 400 600800 1000t,終止溫度設(shè)定為轉(zhuǎn)化率達(dá)到85%的溫度點(diǎn)。最大熱TrC解速度對(duì)應(yīng)的溫度tm和最大失重速率Rm,C表示半焦團(tuán)2原煤與脫灰煤的TG/DTG曲線的量。表3稻殼、脫灰煤、原煤單獨(dú)熱解特性參數(shù)L,和一定程度上反映了物質(zhì)熱解的難易程度"4,C比較表3中和去值可知，低水份低揮發(fā)份的無煙(CC)(C) (9%/min)%)煤熱解所需溫度較高,熱解溫度區(qū)間大,由于無煙煤R288.7450347.7-12.6420.4中礦物質(zhì)含量相對(duì)于脫灰煤較高，熱解起始溫度有所"M537.957654-0.7488.23降低,熱解相對(duì)容易，這可能是其中某些礦物質(zhì)作用的結(jié)果。519.3924647.3-0.7983.45116中國農(nóng)機(jī)化2011年2.2煤與稻殼共熱解實(shí)驗(yàn)值與理論值的差值有增大的趨勢(shì),分析可能是稻圖3是煤與稻殼按不同配比混合后進(jìn)行熱重殼的作用所致。一方面稻殼對(duì)煤的熱解有促進(jìn)作用,從實(shí)驗(yàn)所得的TG/DTG曲線圖。從圖3(a)中可以看而使得實(shí)驗(yàn)值小于理論值(如Y, T, T);另一方面,稻出,在相同失重率時(shí),隨著稻殼添加量的增加,TG殼熱解過程的產(chǎn)物可能會(huì)覆蓋煤的表面或堵塞煤的空曲線向低溫區(qū)移動(dòng)，這可能是由協(xié)同效應(yīng)引起的,隙,從而阻礙了煤的熱解,使得理論值小于實(shí)驗(yàn)值(如但這種趨勢(shì)逐漸減小;在相同配比時(shí)，原煤的TGY2,Y)。但這些差值均在5%以內(nèi),不足以說明存在明曲線較之脫灰煤向低溫區(qū)移動(dòng)，這種趨勢(shì)也在減顯的協(xié)同效應(yīng)。從圖3(b)可以看出T;和T,基本無差小,這可能是由于協(xié)同效應(yīng)掩蓋了原煤中礦物質(zhì)對(duì)異,分析可能是添加的稻殼充當(dāng)了脫灰煤中脫除的礦熱解反應(yīng)的影響。從圖3(b)中看出隨著稻殼添加量物質(zhì)所起的作用。的增加,DTG曲線的最大峰值也增大，這是由于05400C之前主要是稻殼的熱解，且原煤的最大失重00-2峰大于脫灰煤的。9590YI(T)105100Y足85員80[95 tYI750fY3(1)70Y3一65R 80-5-13200400 600 800 1000T/Cr2(間)原煤的TG實(shí)測值與理論值60600 800,Tl(Dm,T2(D)12(間) TG曲線8580.s-0.075-3。-0T3(CT)T， -1.0F TI”售-1.5一Y1400-20T/'C名25T2-Y3.0-(b)脫灰煤的TG實(shí)測值與理論值(T)-3.5-圉4 TG 的實(shí)測值與理論值圖-4.0-T3-505200040008001000表4是煤與稻殼按不同比例混合熱解的特性參數(shù),其中半焦產(chǎn)率理論值由下式計(jì)算:(6) DTG曲線Cr=C*(1-P)+C,*P圖3煤與稻殼共熱解 TG/DTG曲線其中:C一-煤的半 焦產(chǎn)率;圖4是煤與稻殼共熱解的TG曲線和理論計(jì)算C,一稻殼半 焦產(chǎn)率;值的比較圖，其理論計(jì)算值是假設(shè)煤與稻殼在共熱P---稻殼添加比例。解時(shí)互不影響，由單獨(dú)煤與稻殼的TG與其所占比通過表4與表3的對(duì)比可以看出，稻殼的添加使例的乘積加和而得。從圖中可以看出，在400C(即煤煤L,和t,均降低,但隨著添加量的增加,這種作用有所開始熱解)之前,其實(shí)驗(yàn)值與理論值基本是一樣的;下降。這是由于:一方面稻殼熱解后殘留的堿金屬對(duì)煤隨著溫度的升高，原煤與稻殼混合共熱解的TC的熱解有一定的促進(jìn)作用,且稻殼作為外部氫源,起到了第4期宋利強(qiáng)等:稻殼與煤的共熱解特性- -定的供氫作用;另-方面,在煤熱解之前,稻殼的軟min計(jì)算得來的，故并不能說明是協(xié)同效應(yīng)使得差值化熔融可能會(huì)堵塞煤中的空隙，從而不利于煤揮發(fā)份增大。的逸出。表中熱解半焦產(chǎn)率實(shí)驗(yàn)值與理論計(jì)算值雖出3結(jié)論現(xiàn)差異,但差異均在5%以內(nèi),不足以說明協(xié)同效應(yīng)的存在。1)煤與稻殼共熱解時(shí),隨著稻殼添加比例的增加,表4煤與稻殼共熱解特性參數(shù)熱解起始溫度n,和最大失重率Rm逐漸增大，而熱解終CCT溫逐漸降低。樣品，(C) (C(%/min) (%)(%)2)由于煤與稻殼的熱解區(qū)間基本不存在交集，因此煤與稻殼共熱解時(shí)沒有明顯的協(xié)同效應(yīng)。Y280.7 880 350.5/630 -1.34 74.35 77.15為此，可以在稻殼熱解氣氣氛作用下，對(duì)煤進(jìn)行熱重分析以檢驗(yàn)其協(xié)同效應(yīng)的存在;或在升溫速率較Y2291.3 858352.8/600-2.7572.12 70.84快的自由落下床反應(yīng)器中進(jìn)行，以減小升溫時(shí)間的y, 291.6 842351.8/582-3.9865.70 64.54影響。3)增大升溫速率會(huì)使失重速率峰明顯增大，但失7; 282.9 888 352.5/610 -1.30 79.73 81.45重曲線向高溫區(qū)移動(dòng),半焦產(chǎn)率也增大。72 291.3 876 351.4/563 -2.59 71.15 74.66參考文獻(xiàn)T 289.4 834 349.7/554-3.8066.92 67.88[1]馬林轉(zhuǎn),何屏,王華.煤與生物質(zhì)的熱解[n. 貴州化工，2004,29(1): 20-232.3升溫速率對(duì)共熱解的影響[2]李保慶.煤加氫熱解研究I寧夏靈武煤加氫熱解的研究[J]燃料化學(xué)學(xué)報(bào), 1995, 23(1): 57~60.105[3]廖洪強(qiáng),李保慶，張碧江，煤- -焦?fàn)t氣共熱解特性研究IV甲100;→Y240.510烷和一氧化碳對(duì)熱解的影響m燃料化學(xué)學(xué)報(bào), 1998, 26(1):9513-17.90-1.0.g[4] Hongqiang Liao, Baoqing Li and Bijang Zhang. Co-pyrolysis, Y2(D)-1.58-2.0of coal with hydrogen-rich gases1 小] Coal pyrolysis underk 80coke -oven gas and synthesis gas, Fuel, 1998, 77: 847~7SY2(30C/min).0851.70.5[5]李文，李保慶，孫成功，等.生物質(zhì)熱解、加氫熱解及其與6s一 20 40000 800一 1000煤共熱解的熱重研究J]. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，1996, 24(4):r/C341-347. .圈5不同升溫速率共熱解的TG/DTG曲線[6]廖洪強(qiáng)，李保慶，張碧江煤一焦?fàn)t氣共熱解特性及其增油減圖5是添加20%稻殼，升溫速率分別為20C/min水方法研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化, 1998, 21(3): 55-58.和30C/min的共熱解TC/DTC曲線。從圖5中可以看[7] H Haykini -Acma, s Yaman. Interaction between biomass and出,隨著升溫速率的增大,失重速率峰明顯增大,失重diferent rank coals during co-pyrolysis [0]. Renewable Energy,速率最大處的溫度(.)和最大失重速率(R.)均有所提2010, 35: 288-292.高,失重曲線向高溫側(cè)移動(dòng)，即在相同的失重量下,所[8] GuoKai, Li Weizhen, Wang Liqun, Song Xu. Co -pyrolysis需的熱解溫度和熱量越高。在相同的溫度下,升溫速率reaction and interaction efects of coal -biomass (com stalk)越小,熱解越充分,余量也越小，最后的半焦產(chǎn)率越小，blends [J]. Journal of Zhengzhou University of Light Industry即熱解轉(zhuǎn)化率越高。分析原因可能是:- -方面升溫速率(Natural Science ), 2008, 23: 77-80.的增加會(huì)使顆粒較快的達(dá)到所需熱解溫度，有利于熱[9] Wang Peng, Wen Fang, Bian Wen, Deng Yiying. Study on the解;但另-方面,升溫速率的增加還會(huì)使顆粒間受熱不co -pyrolysis characteristic of coal and biomass 0 Coal均,溫差增大,這義可能給熱解帶來不利影響。圖5中Conversion, 2008, 31: 40-44.升溫速率為30C/min時(shí)的TG(Y2(30C/min)明顯大于[10] Wu Hongxiang, Li Haibin, Zhao Zengli. Thermnogravimetric理論值(Y2(T),其原因是理論值是按升溫速率為20C/analysis and pyrolytic kinetic study on coa/biomas blends 0中國農(nóng)機(jī)化2011年Joumal of Fuel Chemistry and Technology, 2009, 37: 538~418.545.[13] H B Vuthaluru. Thermal behaviour of coal/biomass blends[11] Siti Shawalliah ldris, Norazah Abd Rahman, Khudzirduring co pyrolysis []. Fuel Processing Technology, 2003, 85:Ismail, et al. Investigation on thermochemical behaviour141-155.of low rank Malaysian coal, oil palm biom8ss and their[14] Ying Gangpan, EniqueVelo, Luis Puigjaner. Pyrolysis ofblends during pyrolysis via thermogravimetric analysisbiomass with poor coals [I]. Fuel, 1996, 75: 412-418.(TGA) []. Bioresource Technology, 2010， 101: 4584~[15] M J lazaro, R moliner, I Suelves. Non -isothermal versus4592.isothermal technique to evaluate kinetic paraneters of coal[12] Ying Gang Pan, Enrique Velo, Luis Puigjaner. Pyrolysis ofpyrolysis [J] Joural of Analyical and Applied Pyrolysis, 1998,blends of biomass with poor coals小] Fuel, 1996, 75: 412-47: 11~125.Co-pyrolysis Characteristics of Rice Hall and CoalSONG Li- qiang', zHOU Min', MENG Leip, HU Chang e', LEI Jia-li, HE Guo -zhang', WEI Jiang-hong'(1. Key Laboratory of Coal Processing and Efficient Utilization, School of Chemical Engineering & Technology,China University of Mining & Technology, Xuzhou, 221008, Jiangsu, China;2. China Coal Energy Company Limited Xinjang Branch, Urumqi, 830011, Xinjiang, China)Abstract: The pyrolysis characteristics of coal 。(raw anthracite and De - ash anthracite ) mixed with rice hall in different propor-tions was studied with a thermogravimentric analyzer. The result shows that the rice hall can do favor to the pyrolysis process ofcoal by reducing the temperature of coal pyrolysis, but this ffect would be mitigated with the biomass increased.And this phe-nomenon of raw anthracite is clearer than that of De- ash anthracite. The compared trial in diferent heating rates was done atthe same proportion, and testied that both the temperature of the co - pyrolysis and the yield of char increased.The synergeticeffect between coals and rice hall during co-pyrolysis wasn't apparent because there is no intersect between the temperatures ofpyrolysis.Keywords: coal; rice hall; synergetic flect; co- pyrolysis(上接第113頁)Application of Data Fusion in Monitoring EnvironmentL Heng- can, LI Quan- cai(School of Mechanical Engineering, North China University of Water Resourcesand Electric Power, Zhengzhou, 450011, China)Abstract: Introduced the principles of data fusion, self-adaptive weighting algorithm and D-S evidential reasoning algorithm, a methodwhich' combines self- : adaptive weighting algorithm with D-S evidential reasoning algorithm is used. A distributed multi- -sensor architectureand two-level fusion model for environment monitring is presented. By fusing the data from different sensors in the house of raising, ana-lyzed environmental change. This method overcomes uncertainty and instability from single- sensor. The result indicates that this method im-proves the accuracy of the detection of environment.Keywords: data fusion; monitoring environment; self- adaptive weighting algorithm; D -S eridential reasoning algoithm