白竹与烟煤共炭化及其固相产物燃烧特性研究

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煤炭是我国能源消费的重要基石,低阶煤储量占全国煤炭资源储量55%。烟煤是我国已勘探煤中储量较高的煤种,其中挥发分含量高的烟煤,直接燃烧利用效率较低,且污染严重。低阶烟煤的高效清洁利用对可持续发展尤为重要,低阶煤与生物质共热解已成为国内外研究热点。工业的迅速发展,优质烟煤的日益短缺和煤炭价格的不断上涨,寻求替代燃料迫在眉睫。将低阶煤与生物质共炭化,既可以减少优质煤炭资源的消耗,又可以为低阶煤和生物质高效利用提供新途径。白竹作为一种生长周期较短的生物质,在我国被大量闲置。本文以白竹(Z)与烟煤(M)作为研究对象,共混物在不同共炭化温度共炭化及其固体产物的燃烧特性。白竹与烟煤在不同共炭化温度(350℃、450℃、550℃)制备共热解炭,研究制炭过程的共热解产物的理化特性。结果表明,随着共热解温度的升高制得的共热解炭的质量产率和能量产率不断降低,且降幅不断增大,所得共炭化产物中C元素的含量明显升高,挥发分、水分含量逐渐减少,芳香类等难燃化合物逐渐增多,ZM-5-5掺混共热解失重分为三个阶段,在整个共热解过程中均有协同析出作用,使得失重程度增加。白竹与烟煤在不同共炭化温度、不同掺混比下制备共炭化产物进行热重实验研究其燃烧特性,结果表明,随着共炭化温度升高(350℃~550℃),灰分增多燃烧效果下降。随着升温速率提高,样品DTG曲线向高温段偏移,但样品的失重量不变。随着白竹掺混比的增加,共炭化产物燃烧的失重量随之减少,着火、燃烧性能逐渐提升。白竹与煤共炭化产物燃烧时会出现协同效应。采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法得出的活化能结果相近,FWO法模型较优,其相关系数高于0.95,白竹与烟煤按质量比7:3掺混,在350℃条件下共炭化,升温速率为20℃/min时其共炭化产物综合燃烧特性指数最好(3.98×10-7min-2·℃-3),最小着火能量最低(85.85 k J/mol)。通过自行搭建的恒温燃烧系统,研究燃烧温度、共热解炭的掺混比例和热解温度对燃烧产生的气体污染物CO、NO和SO2的排放的影响。结果表明:随着燃烧温度的上升CO、NO的排放量和转化率均有所降低,SO2析出速率变快,SO2排放总量和转化率明显提高。随着M掺混比例的增多,共炭化产物燃烧CO的排放量逐渐减少,NO、SO2排放的峰值和排放量都逐渐提升。随着热解炭化温度的提高,样品燃烧过程中CO、NO、SO2的排放总量和NO转化率随之降低。本文为白竹与煤共炭化产物的制备及特性研究、白竹与烟煤共炭化产物燃烧特性与动力学研究以及燃烧产生的气体污染物CO、NO和SO2的排放特性提供理论依据。
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