油菜秸秆与褐煤共燃烧性能研究

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近年来很多国家利用生物质与煤混燃发电来缓解化石能源紧缺及环境污染问题,共燃烧技术已经得到社会各界的关注。生物质和煤的共燃烧与其固有矿物质以及结构密切相关,深化对生物质与煤共燃烧的认识,对褐煤与生物质共燃技术的改进具有重要的指导意义。本文选用江苏省连云港的油菜秸秆及内蒙古自治区锡林郭勒的胜利褐煤作为研究对象,首先利用热重分析技术对这两种物质的燃烧性能进行了比较,并通过工业分析、SEM-EDS、XRD、FT-IR、XPS等方法对其结构进行了表征;然后考察了掺混比例及掺混方法对掺混物共燃性能及其协同效应的影响,并对其动力学参数进行了解析,同时考察了矿物质对掺混物共燃烧性能的影响;最后对不同结构的油菜秸秆与褐煤掺混物的协同效应进行了分析。研究结果表明:掺混比例及掺混方法对油菜秸秆与褐煤的共燃烧性能有一定的影响。不同比例的油菜秸秆与褐煤掺混物的燃烧失重温区主要在200-600℃,随着油菜秸秆掺混比例的增大,其燃烧性能越好。不同掺混比例表现出的协同效应不同,在低温区(200-350℃),不同比例的油菜秸秆与褐煤掺混物的协同效应均较弱;在高温区(350-500℃),油菜秸秆和褐煤以3:7比例掺混时,掺混物的协同效应最好。与干混法相比,湿混法使褐煤与油菜秸秆与其固有的矿物质分离,导致其燃烧性能更好。动力学分析表明掺混物的燃烧活化能低于两物质单独燃烧的理论活化能,进一步说明油菜秸秆和褐煤在共燃烧过程中存在协同效应。油菜秸秆与褐煤中的矿物质对掺混物共燃烧性能有较大的影响。褐煤中的矿物质对掺混物挥发分的析出基本没有协同效应,对掺混物固定碳的燃烧有较明显的促进作用和协同效应。油菜秸秆中的矿物质对掺混物挥发分的析出有负协同效应,对掺混物中固定碳的燃烧有明显的促进作用和协同效应。在脱除矿物质后的油菜秸秆中浸渍法添加钾离子和钙离子后,发现钾离子对油菜秸秆挥发分的析出具有促进作用,钙离子对油菜秸秆固定碳的燃烧具有的明显的促进作用优于钾离子,但钙离子对油菜秸秆与煤的掺混物固定碳燃烧具有一定的抑制作用,而钾离子对油菜秸秆与褐煤掺混物共燃烧的协同效应较大。油菜秸秆的结构对秸秆与褐煤的共燃烧性能及协同效应的影响较大。经过不同温度热解后,油菜秸秆的结构发生分解。FT-IR表征表明,热解后的油菜秸秆其脂肪族基团和含氧官能团减少,纤维素与半纤维素以及部分木质素发生了分解,燃烧性能变差。比较油菜秸秆和褐煤掺混物及不同温度(300℃、400℃和500℃)热解后二者掺混物的共燃烧性能可知,未处理的油菜秸秆和褐煤的掺混物与低于400℃热解后的秸秆与煤的掺混物燃烧均具有较好的协同效应,且其协同效应无明显差异。而500℃热解后的油菜秸秆与褐煤掺混物的燃烧协同效应减小。
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