減工程POWER ENGINEERINC第28卷第2期電力科學與工程Vol 28. No. 22012 F2 Electric Power Science and Engineering Feb, 2012煙煤/生物質(zhì)混燃特性實驗研究王金星,李超,劉慧敏,黃江城,王春波(華北電力大學能源動力與機械工程學院,河北保定071003)摘要:利用熱重分析法,對煙煤/生物質(zhì)混燃動力學進行了實驗研究。進行了不同摻混比、不同溫度、不同生物質(zhì)等因素的探討。結果表明,在恒溫條件下煤粉與生物質(zhì)混燃不存在階段性。生物質(zhì)對煤粉有促進燃燒和燃燼的作用,隨著摻混比的加大,燃燒越劇烈,越易燃燼;溫度的增加有利于燃燒的進行,溫度越高,燃燒強度越大;不同生物質(zhì)對煤粉的促進作用不同,揮發(fā)分含量高且灰分含量低的生物質(zhì)促進煤粉燃燒作用更明顯關鍵詞:生物質(zhì);煤;熱重分析;混燃中圖分類號:TK16文獻標識碼:A越性,但在實際鍋爐中,煤與生物質(zhì)卻是在恒溫0引言條件下燃燒的。顯然恒溫條件下研究煤與生物質(zhì)混燃特性對實際生產(chǎn)更具有指導意義。為了豐富生物質(zhì)能是太陽能以化學能形式存儲在生物恒溫條件下對煤粉與生物質(zhì)混燃動力學特性的實之中的能量形式。據(jù)專家測算,我國生物質(zhì)能理驗研究,本文采用恒溫熱重分析法,研究了生物論資源量相當于50億t標準煤。隨著仳石能源的質(zhì)摻混比、溫度、生物質(zhì)對混燃特性的影晌。逐漸枯竭和人類對全球環(huán)境問題的日益關注,生物質(zhì)作為一種可再生、低污染的能源形式必將在1實驗儀器與設備未來的能源中占有不可估量的地位"。近年來,國內(nèi)外對生物質(zhì)與煤混燃特性都做本實驗所用的設備為:恒溫熱重分析儀、真了大量研究。王玉召等利用熱重分析儀進行了空干燥箱、馬弗爐、電子分析天平。實驗煤種冷壓成型生物質(zhì)麥稈與煤混燃實驗,研究表明,塔山煙煤,粒度80目到120目。生物質(zhì):玉米摻入生物質(zhì)有助于改善煤的燃燒特性,隨摻混比芯、玉米秸稈,粒瘦80目到120目。工業(yè)分析如的增加,燃料的著火溫度和燃燼溫度均降低。表1。Edward Lester等利用一些燃燒特性參數(shù)對生物表1試樣的工業(yè)分析質(zhì)與煤混燃進行了判定,得出了生物質(zhì)摻混比對Tab. I Proximate analysis of test samples燃料的著火溫度和燃燼溫度的影響結論。工業(yè)分析/(%)低位發(fā)熱量M.V.Gi等利用逐漸升溫的方法進行了煤粉與試樣生物質(zhì)混燃實驗研究,得到了揮發(fā)分析出的溫度W A FC/(M·kg)區(qū)間及固定碳開始燃燒的溫度區(qū)間。 Chunxiang塔山煙煤1.38124.5272.9%649.18623.641Chen等”在N2/O2氣氛下對小球藻進行了熱重實玉米芯7.98573.9483.41214.65515.980驗,分析出小球藻燃燒的最佳氧濃度。在逐漸升溫條件下對煤與生物質(zhì)混燃的研究有著一定的優(yōu)玉米秸稈119656352112.5531.96117.673中國煤化工收稿日期:2011-12-13。CNMHG作者簡介:王金星(1985-),男,碩土研究生,研究方向為潔凈煤燃燒,E-mail: wangruoguang860928@126.cm動力道POWER ENGINEERING第2期王金星,等煙煤/生物質(zhì)混燃特性實驗硏究芯的工業(yè)分析,推測失去的80%可失重額主要為2實驗結果與討論水分的蒸發(fā)和揮發(fā)分的析出與燃燒。第40s呈現(xiàn)的拐點可能是因為玉米芯的水分蒸發(fā)和揮發(fā)分的除灰分外的成分,在燃燒過程剩余的質(zhì)量與析出與燃燒非常迅速,致使在揮發(fā)分燃燼時的失燃燒前的所含有的質(zhì)量百分比,定義為可失重額重速度有了明顯的減弱造成的。余量?？墒е仡~余量為2%時所對應的時刻定義2.2溫度的影響為燃燼時刻。為了探討溫度對煤粉/生物質(zhì)混燃特性的影2.1摻混比的影響響,選取700℃,800℃,900℃,對摻混10%玉摻混比是研究煤/生物質(zhì)混燃特性人們最關注米芯的塔山煙煤試樣進行了恒溫條件下的比對實的問題。在800℃恒溫條件下,測量了塔山煙煤驗。試樣的可失重額余量隨時間的變化情況如與玉米芯及摻混比為9:1,8:2,7:3試樣的可圖2。失重額余量隨時間的變化情況,如圖1。100一塔山煙煤800℃●9:1郵疑水同食一玉米芯0201005080100006008001000七較2塔山煙煤摻混10%玉米芯不同溫度下比較1恒溫800℃條件下不同摻混比Fig 2 Comparison with 90% Tashan bitumite and 10%Fig 1 Comparison with different blending ratios at 800Ccorncob blends at different temperatures如圖1所示,塔山煙煤的失重曲線平穩(wěn)光滑,如圖2所示,在不同的恒定溫度下,摻混并沒有像逐漸升溫那樣出現(xiàn)明顯的拐點,即沒有10%玉米芯的塔山煙煤呈現(xiàn)出較大的燃燒特性差呈現(xiàn)出水分蒸發(fā)、揮發(fā)分的析出與燃燒及固定碳異。主要表現(xiàn)出以下幾個特征:首先,試樣的失的燃燒那樣的階段性。據(jù)此推斷:燃料突然置于重曲線隨溫度的升高逐漸下移。例如,試樣燃燒恒定的高溫條件下,很可能出現(xiàn)的反應是水分、400s時,在700℃恒溫條件下可失重額余量約為揮發(fā)分的析出幾乎同步;揮發(fā)分、焦炭的燃燒存35%,而在900℃恒溫條件下為25%左右。這是在一定時間的并行。從3條玉米芯與煙煤不同摻因為隨著溫度的增加,試樣的水分蒸發(fā)和揮發(fā)分混比的失重曲線上也有類似的現(xiàn)象。另外,3條的析出速率均能加快。揮發(fā)分的析出和燃燒釋放摻混玉米芯的失重曲線與塔山煙煤比較可以清晰出大量的熱,又促進了固定碳的燃燒。其次,試地看到,隨著玉米芯摻混比的加大,曲線明顯下樣的失重差異在700℃與800℃之間和800℃與移,燃燼時刻不斷提前。例如,塔山煙煤的燃燼900℃之間存在一定的不同,特別是在初始階段時刻約為950s,摻混30%玉米芯后的燃燼時刻在800℃與900℃恒溫條件下的失重曲線幾乎吻合。600s左右。這說明玉米芯對煤粉的燃燒有促進作雖然試樣在恒溫條件下燃燒沒有明顯的階段性用,有助于其燃燼。與文獻[6]的實驗結果是但揮發(fā)分的中國煤化工燒溫度差異比致的。純玉米芯可失重額余量在40內(nèi)就降到較大",使道CNMHG段,水分的析了約20%,并存在一個較明顯的拐點。結合玉米出和揮發(fā)分的析出與燃燒占失重份額的主要比例。確力工程POWER ENGINEERING電力科學與工程2012年推測溫度在700℃與800℃之間,水分的析出和由于生物質(zhì)的水分和揮發(fā)分的析出溫度較低,揮揮發(fā)分的析出與燃燒速度是影響試樣失重的主要發(fā)分比較易燃,揮發(fā)分的燃燒放出的大量熱對固因素。而溫度在800℃與900℃之間,固定碳的定碳的燃燒有很強的促進作用9。進而推測生物燃燒是產(chǎn)生失重差異的主要原因。另外一個特征質(zhì)揮發(fā)分的含量是影響燃燒初始階段的主要因素。是,試樣的燃燼時刻均隨溫度升高而有所提前。兩種生物質(zhì)對塔山煙煤的促進燃燼也有所不同例如,摻混10%的塔山煙煤在700℃恒溫條件下?lián)交煊衩仔救紶a更為提前。由于玉米芯的灰分明燃燒時,燃燼時刻約為900s,而在900℃恒溫條顯小于玉米秸稈,生物質(zhì)與煤混合,生物質(zhì)可能件下時為700s左右。這可能是在高溫條件下固定覆蓋在煤表面,堵塞煤孔隙,不利于煤揮發(fā)分的碳更易燃燒造成的。可見,溫度的升高,使試逸出和擴散。進而可以推測,生物質(zhì)灰分含量樣更易燃燒并有助于燃燼。是影響生物質(zhì)促進煤粉燃燼的重要因素。含灰分2.3生物質(zhì)種類的影響高的生物質(zhì)促進煤粉燃燼的效果較差,含灰分低生物質(zhì)對煤粉/生物質(zhì)混燃特性的影響是混燃的生物質(zhì)促進煤粉燃燼的效果較明顯。特性研究的前沿。為了探討生物質(zhì)的影響規(guī)律,選取兩種典型的生物質(zhì):玉米芯、玉米秸稈,對3結論摻混10%不同生物質(zhì)的塔山煙煤試樣進行了800℃恒溫條件下的比對實驗。試樣的可失重額(1)生物質(zhì)與煤在恒溫條件下混燃不存在階余量隨時間的變化情況如圖3所示。段性。生物質(zhì)對煤粉的燃燒和燃燼有促進作用。生物質(zhì)摻混比越大,燃燒越劇烈,試樣失重越快。(2)溫度對生物質(zhì)與煤混燃也存在較明顯的塔山煙煤一摻混10%玉米秸稈影響,溫度越高,失重曲線越下移,燃燒更劇烈,混10%玉米芯失重越明顯。(3)生物質(zhì)種類對生物質(zhì)與煤混燃特性的影響較顯著。揮發(fā)分含量高的生物質(zhì)促進燃燒的作用明顯,灰分含量高的生物質(zhì)促進燃燼的作用較差。0200400600801000參考文獻:圖3恒溫800℃條件下不同生物質(zhì)與煤摻混比較[]曹金珍,張璧光,趙廣杰.木質(zhì)生物質(zhì)在能源方面的開Fig 3 Comparison with 90% Tashan bitumite and 10%發(fā)與利用[J.華北電力大學學報,2003,30(5)different biomass blends at 800 C102-104.108從圖3中可以看出,塔山煙煤摻混生物質(zhì)的Cao Jinzhen, Zhang Biguang, Zhao Guangjie. Development兩條失重曲線明顯比摻混前下移,且燃燼時刻均and appfication of wooden biom ass [J]. Jourmal of North有所提前。進而也證實了摻混生物質(zhì)對煤粉有促China Electric Power University, 2003, 30(5)進燃燒和燃燼作用。但是塔山煙煤摻混10%不同102-104,108的生物質(zhì)得到的失重曲線存在一定的差異。例如,[2]王玉召,李江鵬.生物質(zhì)與煤混燃的燃燒特性實驗研究摻混⑩0%玉米秸稈對塔山煙煤的燃燒影響較弱[J].鍋爐技術,2010,41(5):72-74而摻混10%玉米芯呈現(xiàn)的促進燃燒和燃燼更為明Wang Yuzhao co-combustion顯。從兩種生物質(zhì)的工業(yè)分析成分上來看,玉米中國煤化工Boiler technol-秸稈的水分和揮發(fā)分含量少灰分含量較大,而玉CNMHG米芯的水分和揮發(fā)分的總額較大且灰分含量較小。[3] Edward Lester, Meigong, Alan Thompson. A method forPOWER ENGINEERING第2期王金星,等煙煤/生物質(zhì)混燃特性實驗研究Sourcea PPortion-mentin biomass/ coal blends using thermo-Characteristics of co-combustion of low-rank coal with bio-gravimetric analysis [J]. Journal of Analytieal and APmass[J]. Energy& Fuels,2005,19(4):1652-1659Plied Pyrolysis, 2007, 80: 111-117.[8 Katherine Le Manquais, Colin Snape, lan McRobbie,et[4 Gil M V, Casal D, Pevida C, et al. Thermal behaviour andal. Comparison of the combustion reactivity of TGA andkinetics of coal/ biomass blends during co-combustion [JIdrop tube furnace chars from a bituminous coal [J]. EnergyBioresource Technology 2010, 101(14): 5601-5608Fuels,2009,23(9):4269-4277[5] hen Chunxiang, Ma Xiaoqian, Liu ka. Thermogravimetric[9]徐朝芬,陳漢平.生物質(zhì)與煤共燃特性的研究[J·實analysis of microalgae combustion under different oxygen驗技術與管理,2006,23(9):35-38supply concentrations [J]. Applied Energy, 2011, 88Xu Chaofen, Chen Hanping. Study on co-fire combustion(9):3189-3196performance of biomass with coal [J]. Experimental Tech6]孫俊威,徐程宏,安敬學,等.生物質(zhì)與煤摻燒的實驗nology and Management, 2006, 23(9): 35-38.研究[J.電力科學與工程,2010,26(8):34-39.[10]閻維平,陳吟穎,生物質(zhì)混合物與煤共熱解的協(xié)同特Sun Junwei, Xu Chenghong, An Jingxue, et al. Experi性[J].中國電機工程學報,2007,27(2):80-86mental research on biomass and coal co-firing [J].ElectricYan Weiping, Chen Yinying. Interaction performance ofPower Science and Engineering, 2010, 26(8): 34-39co-pyrolysis of biomass mixture and coal of different rank[7] Asri Gani, Keiju Morishita, Kunihiro Nishikawa, et al.[J. Proceedings of the CSEE, 2007, 27(2): 80-86Experimental Study on Combustion Characteristics of Bitumite/Biomass BlendsWang Jinxing, Li Chao, Liu Huimin, Huang Jiangcheng, Wang ChunboSchool of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)Abstract: The effects of mixing ratio, temperature and biomass on the kinetics of bituminous coal and biomass co-combustion were investigated by thermo-gravimetric analysis. Results show that there is no noticeable stage duringthe co-combustion of coal and biomass at a constant temperature. The presence of biomass promotesand burnout of pulverized coal, with the increase of mixing ratio, the burning rate of coal increases and burnouttime is shortened. Higher temperature is also conducive to the combustion and with the temperature increases; thecombustion property becomes more intense. Furthermore, different kinds of biomass showus promotcoal combustion, the influence is more obvious in biomass that contains high volatile matter and low ashKey words: biomass; coal; thermo-gravimetric; co-combustion電力科學與工程》歡迎學術討論及技術交流中國煤化工CNMHG看三看三看看三看看子你·你乘看日春要