0引言
隨著化石燃料的日益短缺，生物質能的開發和利用已經引起世界各國的高度重視。生物質與煤混合燃燒發電和熱解轉化技術是大規模有效利用生物質能的有效途徑之一，可降低C02等溫室氣體及NOx、S02的排放。
生物質通常為木材及森林工業廢棄物、農業廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業有機廢棄物、動物糞便等。生物質的利用轉化方式主要有熱化學法、生物化學法及提取法。
在生物質熱化學轉化過程中，熱解起著重要的作用。熱解是指在沒有氣體介質氧氣、空氣或蒸汽參與的情況下，通過熱化學轉化，生成固體、液體和氣體產物的過程。生物質熱解過程是一個復雜的過程，影響生物質熱解的運行參數有終端溫度、加熱速率、壓力和滯留時間、生物質顆粒性質及其灰成分等，富通新能源生產銷售
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1、生物質與煤的混合物共熱解研究現狀
在生物質與煤共熱解過程中，生物質的熱解總是在煤熱解之前發生，因此，生物質熱解的過程與產物是否對后續煤的熱解產生影響，以及熱解工藝參數的選取和設備的設計等，均成為該領域基礎研究的重要課題。近年來，國內外一些研究者對生物質和煤的混合物共熱解中的協同反應進行了研究。文獻在共熱解過程中發現其無明顯協同反應；文獻卻得出在共熱解過程中存在協同反應的結論。等人采用固定床和流化床反應器研究煤和生物質共熱解，發現在這2種反應器中焦油和揮發分有一些差別，但不足以證明它們之間有協同反應。而在用波蘭煤和森林殘余物共熱解時發現，森林殘余物的半焦超過了煤半焦，混合物中有30%是煤半焦，是單獨煤熱解產生半焦的3倍，認為可能存在協同反應，推測是白樺中的礦物質（較高的鉀）對煤熱解產生了催化作用。文獻用鋸末、稻殼和大同煤按不同比例混合，得到共熱解的轉化率為煤與生物質各自轉化率之和的結論；文獻利用慢速加熱方法進行煤與生物質共熱解，煤開始熱解時，生物質已基本上完全熱解，2者之間難以產生協同反應，認為煤不能有效地利用生物質中富裕的氫。國外學者采用熱重分析儀和不同類型的反應器在單一生物質與單一煤種共熱解方面做了大量的研究，但對協同反應的機理認識尚有所不同。
由于生物質資源具有種類多、分散、季節性強等特點，在現有的燃煤發電裝置上不太可能只利用某一種生物質，多種生物質的混合物將是大規模利用生物質能的有效途徑，也可以克服某一種生物質的缺點（熱值低、易結焦等1。因此，本文選取了有代表性的木材、林業廢棄物、農業廢棄物、草本類植物等多種生物質的混合物，研究其與不同煤化程度煤共熱解特性，尋找不同類生物質混合物在熱解過程中能否與煤產生協同怍用，確定合理的生物質與不同煤化程度煤共熱解摻混比例，并探討其可能的機理。
2、生物質混合物與不同煤化程度煤的成分分析及熱解試驗
本文選取的生物質混合物（以下簡稱生物質）由華北地區常見的木屑（楊木和松木）、沙柳枝和葉、旱柳枝和葉、紫花苜蓿、蘆葦、秸稈、稻殼、玉米芯、堿草等13種農業和林業廢棄物、草木類及不同生長期的薪炭林等生物質按相同比例混合。試驗所用褐煤、煙煤與貧煤分別取自電廠煤粉倉。試驗樣品均為風干后的樣品。元素分析采用德國Vario ELIII元素分析儀，工業分析、發熱量按ASTM有關行業標準進行。生物質和不同煤化程度煤工業分析和元素分析見表1。
由表1可知，生物質密度較小，約為煤的1/2或更小，生物質揮發分約為褐煤、煙煤的2倍，貧煤的6倍，較煤著火容易；生物質灰分含量為貧煤的1/5;N、S含量接近褐煤的1/10。
試驗采用美國TA公司TGA2050型熱重分析儀研究混合生物質與不同煤化程度煤共熱解過程，最高溫度1000℃，最大樣品質量19，升溫速率0.1-50℃/min，N2流量l00mL/min。該分析儀的功能包括溫控、差熱測量、熱重及微商測量、溫度測量、真空及氣氛控制系統和計算機數據處理系統。
該熱重分析儀標稱的溫度最大測量誤差小于±1℃，失重質量精度0.2 Jig;試樣均勻摻混，同一試樣均在同一升溫速率下至少重復2次試驗，并確保2條TG(熱重1曲線在相同失重百分數下時最大誤差在±1℃以下，所有試驗數據均由計算機處理并繪制曲線，因此可以確保試驗數據的準確性。
本文采用的升溫速率為50℃/min，熱解終溫1000℃，常壓；生物質與煤質量混合百分比分別為50:50、33:67、20:80。
3、生物質與煤共熱解的試驗結果與特性參數分析
3.1試驗結果
3.1.1生物質或煤單獨熱解試驗結果
圖1為生物質單獨熱解的TG和DTG(微商熱重1曲線，并以此為例標出熱解各特征參數的位置。揮發分開始析出溫度tv、終止溫度ts、最大熱解速率tmax。所對應的溫度等參數均根據計算機采集的數據由通用數學方法直接得出其準確值。
圖2為不同煤化程度煤單獨熱解DTG特性曲線。由圖可知，貧煤水分、揮發分含量較少，最大熱解速率最低。與煤相比，生物質熱解所需溫度較低，其熱解總發生在比煤熱解溫度低的區域；煙煤、貧煤熱解曲線有2個較為明顯的峰值，第1個峰對應于一次氣體析出，此時釋放出含有碳、氫和氧的化合物，第2個峰為熱解的二次氣體析出所造成，主要是甲烷和氫，二次氣體析出峰很低，數量很少。
表2數據為由單獨熱解曲線得到的各特性參數，V與C分別表示生物質或煤單獨熱解時的揮發分析出質量百分含量與半焦質量百分含量。生物質揮發分開始析出溫度最低，這歸于生物質揮發分含量最高且易于析出，煤揮發分的開始析出溫度高于生物質揮發分析出終止溫度，貧煤的揮發分析出溫度比生物質揮發分終止溫度高出56.9℃，煙煤高出21.6℃，褐煤高出1.7℃，且由圖1可知生物質揮發分釋放持續時間較短。
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