煤泥和玉米秸秆混合燃烧特性研究
作者: 曹希    ( 资源与环境工程研究所)
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  <摘要>  煤泥是煤炭开采的副产品,其年产量高,对环境污染严重,而煤泥的燃烧是其利用的重要方式之一,但在燃烧利用过程中存在灰分高,难燃烧及污染性气体排放量大等问题。而玉米秸秆组织疏松,含硫量低,挥发分含量高,易引燃,燃烧过程中残碳率低。针对煤泥和玉米秸秆的特点,将二者混合燃烧可以改善煤泥燃烧特性,减少污染性气体排放。目前在煤和生物质混合燃烧方面已经做了一些工作,从选取的煤和生物质种类的不同到实验条件的不同,导致实验结果也不尽相同,相关研究大多对直接混合燃烧进行分析,没有进行综合分析,且目前在煤泥和生物质混合燃烧方面还没有相关报道。针对以上现状,本文选取煤泥和玉米秸秆为原料,研究了玉米秸秆对煤泥燃烧特性的影响,玉米秸秆半焦对煤泥燃烧特性的影响及煤泥和玉米秸秆中矿物质的存在对混合燃烧特性的影响,主要得到以下结论:
(1)玉米秸秆的加入可以改善煤泥的燃烧特性,提高煤泥的燃烧效率,降低煤泥的灰熔点。
玉米秸秆中大量挥发性物质的存在可以大大降低煤泥的着火温度,提高煤泥的燃尽率,优化煤泥燃烧特性;煤泥和玉米秸秆之间不存在协同作用;反应的级数判断采用Coats-Redfern积分法,煤泥燃烧近似为一级反应,玉米秸秆燃烧近似为二级反应,煤泥的活化能在71 kJ/mol左右,玉米秸秆活化能为35-62 kJ/mol,混合物活化能随玉米秸秆配比的增加先减小后增大。玉米秸秆中碱金属和碱土金属易与煤泥中硅酸盐形成低温共融体,随着玉米秸秆添加量的增加,混合物的灰熔点降低。
(2)玉米秸秆半焦能够促进煤泥的燃烧。
玉米秸秆可以促进煤泥的燃烧,其中挥发分起了很大作用,为了考察玉米秸秆半焦对煤泥燃烧特性的影响,将玉米秸秆在400℃下热解制得半焦,通过对煤泥和不同配比玉米秸秆半焦混合物进行热重分析可知,生物质半焦也能够促进煤泥的燃烧,但促进效果较原样减弱;玉米秸秆半焦的燃烧为二级反应,混合物的活化能随玉米秸秆半焦配比的增加而降低。
(3)煤泥中矿物质的存在对燃烧起阻碍作用,而玉米秸秆中矿物质对燃烧起催化作用。
燃料中的矿物质对燃烧特性有重要的影响。本文将脱矿物质煤泥和脱矿物质玉米秸杆进行热重分析发现煤泥中矿物质阻碍挥发分的析出和固定碳的燃烧,玉米秸秆中CaO,K<!下标>2<下标!>O和MgO等碱金属的存在可以催化挥发性物质分解和加速玉米秸秆中固定碳的燃烧。通过与原样燃烧曲线和活化能的比较可知煤泥中矿物质的存在可以使着火温度和活化能升高,而玉米秸秆中矿物质存在的作用与煤泥刚好相反。
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