生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的调控机制

为探索生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的影响,向鹤壁煤和晋城无烟煤中分别加入不同质量比的花生壳和玉米秸秆,采用智能灰熔点测定仪测定混合灰样的灰熔点,X-射线荧光仪和X-射线衍射仪分析灰熔融特性变化的原因。结果表明:随着生物质质量分数增大混合灰熔融温度逐渐降低,选择合适生物质质量分数能使灰熔融流动温度满足液态排渣要求;鹤壁煤混合灰样和晋城无烟煤混合灰样中的高熔点矿物质与煤灰其他成分反应生成了铁橄榄石、铁尖晶石、白榴石、钙长石和微斜长石等,这些矿物之间能够形成低温共熔物,从而导致混合灰的灰熔融温度降低。     

生物质与煤混合灰的熔融及黏温特性

使用灰熔点测试仪研究了稻草、玉米秸秆、棉秆3种生物质分别掺入不同比例对鲍店煤灰熔融特性的影响,并利用高温黏度计考察了3种生物质掺入比例均为10%时对鲍店煤灰黏温特性的影响。结合X射线衍射仪分析测试结果,采用热力学计算软件FactSage得到了不同温度下灰渣熔融过程中物相及渣液内固含量的变化。结果表明：3种生物质掺混比例为10%～30%时,混合灰灰熔点均随生物质掺混比例的增加而降低,在较高的掺混比例下混合灰灰熔点呈现波动性,但均未高于煤的灰熔点。掺混比例为10%时,生物质的加入一定程度上改善了鲍店煤灰的黏温特性,可使气化炉操作温度下限降低约20℃左右。钙长石的生成是造成熔渣黏度迅速增加的主要原因。     

稻壳灰对神木煤灰熔融特性的影响研究

采用灰熔点测试仪与Fact Sage软件相结合对低灰熔点神木煤与稻壳混合灰样的熔融特性进行了研究。研究表明:生物灰能够有效改变混合灰的熔融特性,稻壳灰配比小于10%时会使混合灰熔融温度降低,当配比大于20%时,灰熔点迅速上升; Fact Sage软件模拟解释生物质灰对神木煤灰熔融特性的调控行为。     

兰炭与秸秆混合燃料燃烧污染物排放和灰熔融性试验

兰炭具有热值高、灰分低、硫分低等优点，但挥发分含量低、着火温度高；秸秆热值低、挥发分含量高，着火温度低；二者着火特性具有互补性。为考察兰炭与生物质混合燃料燃烧的硫氧化物、氮氧化物排放和灰熔融性能，利用固定床试验系统研究了3种兰炭、麦秆和玉米秆单独及混合燃料污染物排放特性及掺混比例和燃烧温度对污染物析出的影响，并通过灰熔融测定仪分析灰样熔融性能。结果表明：混合燃料的硫氧化物、氮氧化物析出与掺混条件相关，原料组成和燃烧过程影响污染物析出特性。在燃料中掺混20%～30%玉米秆时，混合燃料固硫效果较好，氮析出率在0.04%左右。提高燃烧温度明显促进硫析出，而低于1 000℃时，府谷兰炭和玉米秆的掺混样具备良好的自固硫特性，氮析出率低于0.02%。另外，混合燃料的灰熔融温度介于两原样间，与混合比例存在一定相关性，兰炭的抗结渣特性明显优于玉米秆，掺混有助于改善秸秆的结渣特性。本研究为兰炭和生物质的清洁利用提供理论参考。     

高温气化过程中降低煤灰熔点的实验研究

高灰熔融性好的寨崖底矿煤分别与低灰熔融性的露天煤、府谷煤按不同配比混合,制成2种配煤灰样,用HR-4灰熔点测定仪分别测定其在氧化性气氛和弱还原性气氛下的熔融特征温度。结果表明,配煤能有效改善煤灰熔融特性,但配煤灰熔融性变化与配比之间是非线性关系,弱还原性气氛下配煤改善效果显著。以硼砂作为助熔剂,按不同比例添加到高灰熔点煤潞安矿中,在弱还原性气氛下测定混煤灰熔融温度,结果表明添加少量比例的硼砂可以显著降低煤灰熔融性温度。对混煤灰进行的X-射线衍射实验表明,煤灰中矿物质形态的变化是混煤灰熔点降低的直接原因。     

配煤对煤灰熔融特性影响的实验研究

高灰熔点淮南煤A分别与低灰熔点煤G和B按不同配比相配，制成两种配煤灰样，用5E-AFⅡ型智能灰熔点测定仪测定其在弱还原性气氛下的熔融特征温度，利用X射线衍射（XRD）分析了配煤灰样在不同温度和不同配比下矿物组成的变化．结果表明，配煤能有效改善煤灰熔融特性，配煤灰熔点与配比之间是非线性关系；高温下矿物形态的转变是导致配煤煤灰灰熔点变化的主要原因，莫来石有增高灰熔点的作用，石英与钙长石和铁橄榄石等矿物共存时，能够形成低熔点的共晶体使得灰熔点降低．     

添加秸秆类生物质对长平煤灰熔融特性的影响

借助高温热台显微镜、扫描电子显微镜-能谱仪、灰熔点仪和X射线衍射仪考察了添加稻草和棉秆两种秸秆对长平煤灰熔融特性的影响.研究结果表明添加两种秸秆都能有效地降低长平煤灰的熔融温度.在高温弱还原性气氛下,长平煤灰主要矿物组成为耐熔性石英和莫来石,而添加秸秆后产生了白榴石、尖晶橄榄石、钙长石等低温共熔化合物,使长平煤灰熔点降低.不同灰的高温熔融图像表明,煤灰在熔融过程中由于受热而使固相持续软化,形成了不利于难熔物分解的高黏度熔体.而煤和稻草的混合灰在熔融时形成了易发生流动的低黏度熔体,能够促进矿物质发生反应而更易熔融.     

MgO含量对高钠煤灰熔融特性的影响

为研究MgO含量对高钠煤灰熔融特性的影响,配制了不同MgO含量的高钠合成灰并对灰熔融温度进行了测试。利用FactSage 7.0提供的热力学数据库建立了SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-CaO-MgO-Na₂O多元体系,模拟不同MgO含量的高钠合成灰的熔融过程。使用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对合成灰的矿物质组成及微观形貌进行了研究。结果表明,随着MgO含量的增加,灰熔融温度先降低后升高。当MgO质量分数由0增加到5%时,高温下灰中生成大量低熔点的透辉石,透辉石会与霞石等矿物质形成低温共熔体,导致灰熔融温度降低。进一步增加MgO含量,高温下灰中生成镁黄长石、镁橄榄石和镁硅钙石等高熔点矿物质,使灰熔融温度升高。二元相图和似三元相图的结果表明,全液相温度随MgO含量的变化趋势与灰熔融温度相同。对本研究中的煤种,当MgO质量分数为30%时,可以有效提高灰熔融温度并抑制熔融液渣的生成。     

几种典型固废与神华煤掺烧的结渣特性

以三种典型工业有机固废和神华煤掺烧在实验室气氛炉中燃烧形成的混合灰样为研究对象,通过表观形貌分析、熔融性温度分析、X射线衍射图谱分析（XRD）和扫描电镜耦合X射线能谱分析（SEM+EDS）研究了在空气氛围下固废与煤耦合燃料的结渣特性和结渣机理。结果表明,与原煤灰相比,活性炭和药渣显著降低了混合灰的熔点,促进结渣;树脂提高了混合灰的熔点,不易渣化熔融。添加活性炭和药渣后,混合灰中产生了较多的霞石、钠/钾长石类等低熔点物质,容易结合成含钠钾硅酸盐的低温共熔体,并抑制了莫来石的生成。药渣中含有大量的磷酸铝、磷酸铁钙等含磷矿物质,易与含钙矿物质和赤铁矿形成无定形玻璃相的低温共熔体,相同条件下,添加药渣的结渣现象比活性炭更严重。添加树脂后的混合灰中生成了大量的莫来石等高熔点物质,与氧化铝、石英共同建构灰的“骨架”,保持较好的抗渣化特性。总体来讲,神华煤中掺烧20%的该树脂是可行的,针对活性炭,混烧比例不宜高于10%,而药渣则以低于5%为宜。     

霍林河褐煤灰熔融特性的影响因素

研究了颗粒大小、气氛和残碳含量对霍林河褐煤灰熔融特性的影响,在探讨灰成分变化的基础上,对霍林河煤灰在不同温度下的矿物组成进行了XRD分析.结果表明,灰熔点随颗粒的增大而减少是由于灰中总碱量由小到大引起的;不同气氛导致的灰熔点变化是由于弱还原气氛下方铁矿在熔融过程中与钙长石和钙黄长石反应生成了铁尖晶石和铁橄榄石等低熔点物质引起的;残碳含量导致灰熔点的变化是因为Fe3C的生成引起灰熔点的升高,灰锥内局部还原性气氛的形成使灰熔点降低、残碳的"骨架"作用导致灰锥不易变形而使灰熔点升高.     

农林废弃物气化合成混合醇生命周期环境影响分析

生物质热化学气化合成混合醇技术具有工艺相对简单、产物的能源化工应用广泛等优点,为准确评价该技术的资源能源消耗、辨析合成燃料的环境性能,基于生命周期分析框架和ReCiPe2016中点评价方法,对农林废弃玉米秸秆和木屑经气化、催化合成混合醇工艺的清单和9种环境影响类型开展分析和比较。结果表明：农林业阶段均为环境影响的主要阶段,秸秆混合醇生命周期影响高于木屑混合醇。前者的臭氧层耗竭潜值、海洋和淡水富营养化潜值、全球变暖潜值均为木屑混合醇相应结果的9倍以上。废弃物原料高碳含量和高混合醇收率有利于降低资源消耗和环境影响。与石化汽油相比,秸秆和木屑混合醇的全球变暖和化石能源消耗潜值均降低40%以上。     

煤矸石灰添加对准东煤灰熔融特性影响

选取两种准东煤（ZDA和ZDB）为研究对象，利用灰熔融温度测定仪、X射线荧光光谱和X射线衍射仪考察了单一准东煤灰及其与煤矸石（CG）灰掺混后酸碱比、化学组成和矿物质演变对灰熔融特征温度的影响规律。结果表明高温下ZDA中主要矿物组分为霓辉石和赤铁矿等助熔矿物，而ZDB中以难熔矿物硫铝酸钙与镁硅钙石为主，导致ZDA灰熔融温度明显低于ZDB。随着CG灰质量分数增加，ZDA/CG与ZDB/CG熔融特征温度呈现先下降后上升趋势，分别在CG灰添加比40%和60%时出现最小值；当ZDA/CG与ZDB/CG酸碱比接近时，CaO与Fe₂O₃含量是影响变形温度与流动温度的主要原因。对于上述两种高碱性煤灰，含钙矿物对于灰熔融特性影响较大，而含钠矿物的影响相对较小。本文旨在为改善准东煤灰沉积倾向提供基础数据。     

耐熔剂对小龙潭褐煤灰熔融特性的影响

为探索提高小龙潭褐煤灰熔聚流化床气化过程中操作温度的途径,研究了氧化铝、二氧化硅、高岭土3种耐熔剂对小龙潭褐煤灰熔融特性的影响,在添加耐熔剂前后在氢气和二氧化碳的混合气氛下对小龙潭煤灰进行不同温度的热处理,对矿物组成进行了X-射线衍射(XRD)分析,从矿物质演变的角度分析了灰熔点变化的原因。结果表明:氧化铝、二氧化硅和高岭土3种耐熔剂均可使小龙潭煤的灰熔融温度明显上升。当氧化铝或二氧化硅的添加量(质量分数)为2.2%,或高岭土的添加量为3.0%时,均可使小龙潭煤的灰软化温度上升到1 250℃以上。导致小龙潭煤的灰熔融温度高的主要原因是由于在高温下低熔点的钙长石和钙黄长石的生成。添加不同耐熔剂后灰熔点变化程度的差异由于生成的高熔点的莫来石含量的不同引起的。     

生物质中元素分布特征的聚类分析研究

测定了稻草秆、小麦秆、玉米秆、棉花秆、大豆秆、玉米芯、花生壳和柳树、松树、桦树、杨树、杉树 1 2个农业生物质和林业生物质种类 2 7个样品中主要元素 K,Ca,Na,Mg,Al,Fe,P和痕量元素 As,Cr,Co,Cu,Cd,Mn,Mo,Ni,Pb,Ti,Zn,V,Si,Ba,Be,Se,Sb,Ge,Hg的含量 ,并用SPSS聚类分析法分别进行了 R型和 Q型聚类研究 ,对这些元素在生物质中的分布特征进行了研究 .结果显示 :杨木、杉木和桦木与松木和柳木归成一大类 ,经济类作物黄豆秆和棉花秆分别归类后又归入一大类 ;农业生物质稻草秆和小麦秆、玉米秆被归入一类 ;虽然 2 7种生物质样品分别取自我国东北、华东、华北和西南地区 ,在地理位置上相距极远 ,但样品聚类谱系图表明 ,元素的分布特征与生物质的种类的关系显著 ,与产地的关系不明显 ,即元素的分布特征受种类的影响大 ,而受生长环境、气候、土壤条件的影响小 .     

硅钙摩尔比对准东煤燃烧过程中矿物演变及灰熔融特性的影响

选择准东高钙五彩湾(WCW)煤作为研究对象,通过改变煤灰中硅钙摩尔比(M)研究煤灰熔融特性及矿物演变的变化规律,进一步借助FactSage热力学计算软件进行矿物平衡预测。研究表明:在WCW原煤灰中,矿物CaSO₄演变生成低熔点矿物Ca₂MgSi₂O₇,使得原煤灰借助灰熔融温度(AFTs)预测其结渣、玷污时出现较大偏差。对于混煤灰,当M升高至3时,相比原煤灰,其中矿物CaSO₄的分解提前,SiO₂优先与CaO反应生成熔点较低的矿物CaMgSi₂O₆,进而引起混煤灰的熔点降低;当混煤灰中M升高至5时,充足的SiO₂会与MgO发生反应,生成高熔点矿物Mg₂SiO₄,使得此时混煤灰的AFTs显著提升,改善了煤灰熔融特性。热力学计算矿物平衡结果与X射线衍射分析(XRD)结果吻合较好,吉布斯自由能结果验证了矿物演变过程的合理性。     

The effect of the addition of chemical materials on the sintering of biomass ash

In this work the use of chemical materials (additives) in order to reduce the biomass ash sintering tendency is investigated. A total of seven additives (kaolin, limestone, lime, dolomite, calcined dolomite, ophite and alumina) and silica utilised as reference material were mixed in different proportions with the ash of five different biomasses, and then a laboratory sintering test was performed on the mixtures to determine the effect of the additives on the sintering. The biomasses studied in this work were: thistle biomass, brassica carinata biomass, barley straw, almond shell and orujillo (olive oil extraction residue). The sintering decrease among the additives was studied using X-ray diffraction.Kaolin, lime, calcined dolomite and ophite are proved to be suitable to reduce the biomass sintering in all the considered cases. Dolomite, limestone and, particularly, the tabular alumina, offer poorer results. The dilution of the biomass ash is considered the main process involved in the decrease of the sintering for most of the additives, with the exception of kaolin whose chemical reactions could be more important than the dilution effect.     

煤粉大比例掺混不同生物质的混燃特性研究

可再生能源生物质清洁低碳、易于获取、利于着火,含硫、氮量少且属于碳中性物质,但其能量密度低。在煤粉中大比例掺混生物质(生物质/煤粉质量比大于5∶5)可有效改善煤粉着火特性,碳排放水平接近燃烧天然气,且污染物排放显著降低,进而达到节能减排目的。目前研究主要集中在低掺混比例(小于5∶5)下生物质与煤粉的混燃特性,针对北方常见的玉米秸秆、稻杆和玉米芯等生物质与煤粉在大掺混比例下的燃烧特性,尚有待深入。笔者利用热重分析技术分别研究了煤粉与不同生物质种类(玉米秸秆、稻杆及玉米芯)在不同掺混比例下(5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)的混燃特性,分析生物质种类和掺混比例对混合燃料的着火温度、燃尽温度、交互反应以及燃烧特性指数等的影响,确定了不同生物质的最佳掺混比例。结果表明:掺混比例对混合样品失重曲线的影响从大到小依次为玉米秸秆、玉米芯和稻杆。随掺混比例增加,第1阶段最大质量变化速率逐渐增大且燃烧进程前移,第2阶段则逐渐减小,这是由于挥发分相对增加且焦炭相对减少的原因。混合样品的着火温度和燃尽温度比纯煤粉分别下降约100和60℃。随掺混比例的增加,玉米芯着火温度逐渐减小,玉米秸秆和稻杆则先减小后增大,且均在7∶3时达到最小;燃尽温度均呈现下降趋势,下降幅度由大到小分别为玉米芯、稻杆和玉米秸秆。玉米秸秆和稻杆在8∶2时燃尽性能较差。混合样品发生不同程度的交互作用,该交互作用正是生物质的促进和抑制的协同作用,使3种生物质均在5∶5时对煤粉燃烧抑制作用大;玉米秸秆和稻杆在7∶3时、玉米芯在6∶4、8∶2时促进作用大。同时,3种生物质的燃烧特性指数远大于煤粉,随掺混比例的增大,玉米芯的燃烧特性指数变化最大并在8∶2时达到最大值,6∶4和7∶3时几乎相同;稻杆的变化最小且在7∶3时达到最大值;玉米秸秆在7∶3和8∶2时几乎相同并达到最大值。小范围改变掺混比例时,燃烧特性指数变化不大。这可能是由于燃烧特性指数不仅与着火温度和燃尽温度有关,还与样品在其主要燃烧过程的反应速率有关,而煤粉在焦炭燃烧阶段的反应剧烈程度高于生物质挥发分析出阶段,使不同掺混比例的混合样品出现以上现象。     

Concentration of elements in woody and herbaceous biomass as a function of the dry ashing temperature

The main purposes of the study presented in this paper are to select the optimal temperature of dry ashing and to carry out posterior analyses of elements in the ash formed. The concentration of elements from biomass was compared with the concentration of elements in ash obtained at 400, 500, 550, 600 and 800 °C, utilising four woody and herbaceous biomasses: pine chips, poplar chips, thistle and wheat straw.A dry ashing temperature in the 500-550 °C range was found to produce ashes low in organic carbon (less than 1 wt%) and to recover the greatest amount of the element contents present in the original biomass. A slight loss of potassium and sodium is determined in the ashes produced at temperatures as low as 400 °C for herbaceous biomass compared with the potassium and sodium analysed in biomass.     

Evaluation of Kraft-PS Cooking for Eucalypt and Pine Wood Chip Mixtures

The purpose of this study was evaluating polysulfides (PS) as additives in kraft cooking of wood mixtures eucalypt (E) and pine chips (P) wood mixtures, namely: 50E/50P, 70E/30P, and 90E/10P. Bleaching (O(D/A)(EP)D) and refining of pulps were also investigated. The PS addition (1.5 or 3.0%) to the kraft cooking preserved the hemicelluloses resulting increased pulp yield and reduced H-factor. The oxygen delignification was more efficient for chip mixtures containing higher proportion of pine chips, but was not largely affected by the addition of PS. The bleach chemical consumption was not significantly influenced by PS dosage or by the wood chip mixture. The burst and tear indexes were improved by increasing the proportion of pine chips to the mixture, but an opposite effect was observed for refinability, tensile index, and opacity. The kraft-PS pulps showed increased refinability, tensile, and burst strengths in relation the standard pulps, but lower opacities.