生物质与三种不同变质程度的煤混合热解H2S析出规律

生物质与三种不同变质程度的煤混合热解H2S析出规律 生物质与三种不同变质程度的煤混合热解 H2S析出规律 第25卷,总第145期 2007年9月,第5期 《节能技术》 ENERGYCONSERVAT【ONTECHNOLOGY , Vol.25.Sum.No.145 Sep.2007,No.5 生物质与三种不同变质程度的 煤混合热解H2S析出规律 尚琳琳.程世庆.王宪红,殷炳毅 (山东大学能源与动力工程学院,山东济南25o061) 摘要:采用热重分析和色谱,质谱偶联技术,对玉米秆与三种不同变质程度的煤混合热解中 产生的H's气体进行了在线 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 ,研究生物质对不同煤种热解析出ks气体的影响.研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:生 物质与不同变质程度的煤的混合热解过程中H2s析出有着相似的规律,即生物质的加入使煤析出 H's提前,且随着生物质比例的增加,H2s在更低的温度下有较大的析出速度.生物质与煤共热解 ?以前析出的H,s的浓度和析出量都比煤单独热解时的高,且随着生物时,在380 质加入比例的增 加而增加,这是生物质加氢作用的影响.且随着煤中含氢量的增加,生物质对煤热解过程的加氢作 用表现得越不明显.生物质与不同变质程度的煤的混合热解过程中H2s析出规律是生物质加氢作 用和矿物质固硫作用的综合结果. 关键词:生物质;不同变质程度的煤;混和热解;H2S;热重质谱色谱偶联技术 中图分类号:TQ038.1文献标识码:A文章编号:1002—6339(2007)05—0410—03 InvestigationoftheCharacteristicsofH2SReleasedfromBiomass andCoalsofDifferentMetamorphicGradeBlendsDuringCo—pyrolysis SHANGLin—lin,CHENGShi—qing,WANGXian—hong,YINBing—yi (SchoolofEnergyandPowerEnneefing,ShandongUniversity,Jinan250061,China) Abstract:Thermal— gravimetricanalysis(TGA),gaschromatogram(GC)andI/laSSspectrum(MS)method havebeenusedtostudythecharacteristicsofhydrogensulphidethatreleasedfromtheCO— —pyrolysisofcorn stalksandcoalswhichareofdifferentmetamorphicgrade.Theeffectsofbiomassonthehydrogensulphidegas releasedfromdifferentcoalpyrolysishavebeenstudied.Theresultsshowthat:whenthebiomassisblended withcoalsofdifferentmetamorphicgrade,thequantityofhydrogensulphideisinfluencedobviously.Hydrogen sulfidereleasedfrombiomassandcoalblendingisearlierthancoal.anditsquantityismorewitl1largerpm— portionofbiomassbefore380~C.Thisruleresultsfromthatthebiomassispyrolyzedearlierthanthecoal, abundantactivemethylradicalandhydrogenarereleasedfromtheprocessofbiomasspyrolysis.whichprovide morehydrogentocombinewithsulfur.Furthermore,theinfluenceabovebecomesmoreobviouswhenthecon— tentofhydrogeninthecoalisless.Inaddition,thequantityofhydrogensulfideisdecreasedwiththecom stalksafter380~C,whichisowedtothecorporatefunctionoftheaccelerateeffectofhydrogenationandthe desulphurizationeffectofalkalimetalsmineralsinbiomass. Keywords:biomass;coalsofmetamorphicgrade;CO— -pyrolysis;hydrogensulphide;thermal—-gravimetric 收稿日期2OO7—0826修订稿日期2007—09—30 作者简介:~(1982,),女,硕士研究生. ? 410? analysis(TGA);gaschmmatogram(GC)andmass spectrum(MS) 1引言 热解过程是煤在燃烧,气化,液化,焦化转化过 程中的初级阶段.煤炭燃烧过程中产生大量的含硫 化合物,而煤粉的热解过程又是这些污染物形成的 最主要环节.因此研究煤的热解过程中含硫化合物 的析出规律,为污染物排放控制提供重要的理论基 础. 作为绿色可再生能源,生物质有着挥发分含量 高,炭活性好,氮,硫含量低,灰含量低J的优点.生 物质与煤共燃可以减少硫氧化物,氮氧化物,二氧化 碳及烟尘的排放量.研究生物质与煤的混合热解及 混合燃烧对于缓解能源危机,减轻环境污染有着重 要的意义. 本文采用热重,色谱,质谱偶联测试技术,对生 物质和不同变质程度的煤混合热解过程及其排出的 气相产物进行检测,研究生物质对不同变质程度煤 热解产生的H,s气体的影响. 2实验系统与实验方法 实验装置为瑞士Mettler—Toledo公司的TGA/ SDTA851e热分析仪,原理示于图1.该系统包括热 重/差热同步分析仪,热重天平;高温恒温浴槽. 排气 图1qGA/SDTA851e原理图 流 量 计 气体检测部分采用Finnigan公司的TraceDSQ GC/MS气相色谱一质谱联用仪.质谱仪采用全扫 描(fullscan)模式进行定性,即用NIST谱库检索鉴 定确认化合物,而用选择离子监测(sIM)模式进行定 量分析,确定各气体成分的量.其工作流程如图2 所示.色谱柱采用Resteck公司的RT—QPLOT (15m×0.32mmlD)和RTX一5MS(15m×0.25mln ID)毛细管柱串连,柱温80%;进样口温度为200%; 高纯氦气(He)作为载气,流量1.5mL/min,分流进 样,分流比1:50.质谱采用EI离子源,电子能量 70eV,离子源温度200%,传输线温度200%.实验 煤种为取自三个不同地方的煤种,表示为煤样I, ?,?,生物质样品选择量大面广的玉米秆,试验前 对各种物料烘干,磨碎至75,120目.样品分析数 据见表1. 图2气相色谱质谱联用仪工作流程简图 表1试验样品分析数据 煤样l1.5328.669.1667.322.653.630.822.39 煤样II2.5521.2533.963.334.325.841.171.995 煤样?4.2220.4131.3856.113.96912.791.041.47 至堑:!!:!:兰!:翌兰:丝!:!:: 取各煤样质量约为10mg,放人热分析仪的坩锅 内,程序升温速率设定为5~C/min,由室温升至 850%.煤与玉米秆混合热解时,取煤样质量10, 玉米秆质量分别取0.5,1,2,3mg和5mg,其它条件 同上. 热分析仪保护气和热解载气为高纯氮气 (99.95%),保护气流量为30mL/min,热解载气流量 为40mL/min.煤样热解后产生的烟气每隔5min取 样,用微量进样针定量0.5mL进入色谱进样口.经 色谱分离,不同组分按保留时间的长短依次进入质 谱仪.首先经过质谱全扫描定性,确定热解析出物 的组分及对应的保留时间. 对大量煤种的分析及前人的研究'3J表明,煤 热解过程中含硫气体逸出的主要形态为H2s.试验 条件下H,s的保留时间为2.91min.试验中为了避 免气体中O2对质谱仪EI源的损坏,2.8min前未开 加热灯丝,析出的样品未进行检测.由质谱仪得出 热分析仪在各热解温度条件下析出的含硫气体质谱 图,确定H2s的峰面积.在相同的试验条件下(进气 组分,进气量,温度等相同),质谱图峰的强度与样品 中组分的含量有关,样品中组分的浓度愈大,谱图的 峰面积越大,所以峰面积与目标化合物的浓度在一 定范围内存在线形关系N,5J.故可以将目标化合物 的峰面积作为定量比较的依据. 经工业分析和元素分析,玉米秆样品中含硫量 为零.玉米秆与煤混合热解过程中析出的H2s完全 ? 411? 来自于煤的热解.这样生物质与不同变质程度的煤 混合热解时析出H2s的量与相同条件下煤单独热解 时析出的量进行对比,以此研究生物质对煤热解过 程中H2S析出的影响. 3实验结果与分析 3.1三种不同变质程度煤单独热解H2S析出规律 由图3可以看出,三种煤的单独热解H2s在290 — 500?温度范围内析出,析出曲线峰形明显,峰值 温度约为425?.三种不同变质程度的煤热解时 H2S瞬时析出量有明显差异,其中煤样?的H2S析 出最为明显,煤样?次之,煤样I最小. l删2,KIO3j珥u360踟日Uu420删4OU480500 f.? 图3三种不同变质程度煤单独热解时H2S析出 规律 1一煤样I;2一煤样?;3一煤样? , 3.2玉米秆与不同变质程度的煤混合热解H2S析 出规律 玉米秆与三种不同变质程度的煤的混合热解 H2S析出规律如图4所示,其共同规律为;玉米秆的 加入使煤析出H2s提前,随着生物质比例的增加, H2S在更低的温度下有较大的析出速度.玉米秆与 煤共热解时,在380?以前析出的H2s的浓度和析 出量都比煤单独热解时的高,而在380?后H2s析 出浓度明显减少.然而,玉米秆对三种不同变质程 度的煤热解H2S的析出量有着不同程度地影响.将 玉米秆与三种不同变质程度煤混和热解得出的H2S 析出图的各曲线以380~C为分界点,前后分别积分, 可以得到各生物质与三种不同变质程度煤混合热解 在380?之前析出H2s的总量和380?之后析出H2S 的总量,如图5所示.由图5可以看出,在380?之 前,随着玉米秆的增加,三种煤热解过程中H2S的析 出量均呈增加趋势.另外,玉米秆对煤样I的促进 作用最强,煤样?次之,对煤样?的影响最小;在 380~C之后,玉米秆与煤样I混合热解没有H2s析 出,玉米秆对煤样I的抑制作用最强,煤样?次之, ? 4】2? 对煤样?的抑制作用最小. 1502oo2503oo35040045O f,? (a)煤样I ? (b)煤样? 2oU2503oU.5504uu450,oU f.? (c)煤样III 图4三种不同变质程度的煤加入不同质量的玉 米秆混合热解H2S的析出规律 1一煤;2一玉米秆0.5n1g;3一玉米秆1盯1g;4一玉米秆 2mg;5一玉米秆3mg;6一玉米秆5nag 3.3机理分析 分析认为:生物质对煤热解过程中H2S的析出 规律,是生物质加氢作用和矿物质固硫作用的综合 结果.这一结论已经在另文中详细论述. 生物质与煤混合热解时,在200380?时,生物 质集中热解,释放出的活性甲基和氢,在混煤热解过 程中起到了加氢的作用,使H2s析出提前,析出量增 加.且随着生物质加入质量的增加,这种加氢作用 越明显,因而H2s的析出量呈增加趋势.另外,由煤 样的元素分析可以看出,三种煤含氢量不同,顺序为 (下转第445页) 一一一一一一. 日? (2)煤灰的黏度较小,不容易结焦,为我们利用 燃烧调整解决结焦问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 提供了有利依据; (3)煤灰的沾污性不强,不易附着在受热面上, 为我们利用燃烧调整解决结焦问题提供了有利依 据; (4)灰熔点,黏度等因素受炉膛气氛影响比较 大,所以保持一定的过量空气系数是十分必要的. 6.2防止结焦 (1)尽量保持接近 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 值的煤粉细度; (2)保证足够的一次风和炉膛一定的过量空气 系数; (3)合适的配风方式,防止炉膛热负荷过度集中 和炉膛的切圆直径太大冲刷水冷壁. 参考文献 [1]容銮恩,等.电站锅炉原理[M].北京:中国电力出版 社.2002. [2]岑可法,等.大型电站锅炉安全及优化运行技术 [M].北京:中国电力出版社,2003. [3]孙学信.煤粉锅炉燃烧试验技术与方法[M].北京: 中国电力出版社,2002. (4]崔树忠.锅炉结焦原因分析及防治措施(J].青海电 力,2006,(1). [5]蒋力然,郭春伟.锅炉结焦特性分析及如何防止锅 炉结焦[J].应用能源技术,2003,(3). (上接第412页) 煤样?>煤样?>煤样I.随着煤中含氢量的增 加,生物质对煤热解过程中加氢作用表现得越不明 显. O12345 生物质加入质量,mg (a)t<380~C 生物质加入质量,mg (b)t>380~C 图5玉米秆与三种不同变质程度煤混合热解 H2s析出分段规律图 1一煤样I;2一煤样?;3一煤样? 当温度升高至380,500~C时,一方面煤中的硫 已在前期大量转化,另外生物质中碱性矿物质的固 硫作用加强,H2s的析出浓度不像煤单独热解时在 此阶段大量析出. 4结论 (1)生物质与不同变质程度的煤的混合热解过 程中H2s析出有着相似的规律,即生物质的加入使 煤析出H2s提前.在380~C以前,随着生物质比例 的增加,H2s的析出速度增加.生物质与煤共热解 时,在380~C以前析出的H2s的浓度和析出量都比 煤单独热解时的高,而在380~C后H2s析出浓度明 显减少. (2)生物质与不同变质程度的煤的混合热解过 程中H2s析出规律是生物质加氢作用和矿物质固硫 作用的综合结果. (3)随着煤中含氢量的增加,生物质对煤热解过 程的加氢作用表现得越不明显. 参考文献 [1]阴秀丽,吴创之,徐冰燕,等.有利于农业持续发展的 农村能源一生物质能[J].太阳能,2000,21(1):40—44. [2]H.Chen,B.Li,J.Yang.TransformationofsalfuFduringPY— mlysisandandhydropyrolysisofcoal[J].Fuel,1998,77(6):487— 493. [3]汪正范.色谱定性与定量[M].北京:化学工业出版 社,2000:127—143. (4]钟明.Origin在色谱试验数据粗大误差分析中的应用 [J].化工技术与开发,2OO4,33(6):35—37. [5]CalkinWH.InvestigationoforganicsalfuFcontaining structuresincoalbyflashpyrolysisexperiments[J].Energy&Fu— els.1987,1(1):59—64. ? 445? 654321 吾?z