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烟煤与生物质混烧基础实验分析
烟煤与生物质混烧基础实验分析
摘要：烟煤和生物质是两种不同来源和特性的燃料，但是将它们混合后燃烧，可以达到节约能源资源、减少环境污染和提高燃烧效率等目的。本文通过基础实验研究了不同比例的烟煤和生物质混烧的燃烧性能，包括燃烧温度、灰分和SO2等污染物排放。结果表明，将适量的生物质混合到烟煤中可以提高燃烧效率，降低燃烧温度和SO2排放，但是会增加灰分排放。因此，如何合理地选择燃烧比例和控制污染物排放是混烧烟煤与生物质的关键所在。
关键词：烟煤；生物质；混烧；燃烧性能；污染物排放
1.引言
烟煤是指含挥发性物质较少的有机质，其主要成分为碳、氢、氧、氮、硫等元素，是一种常用的化石燃料。生物质是指来源于植物、动物和微生物的有机物质，其主要成分为纤维素、半纤维素、木质素等，是一种新型可再生能源。混烧是指将两种或多种不同燃料混合后进行燃烧，可以利用它们的优点，降低燃烧温度和污染物排放，提高燃烧效率和能源利用率。本文旨在通过基础实验研究探讨烟煤和生物质混烧的燃烧性能和污染物排放，为实现混烧燃料的可持续利用提供参考。
2.实验方法
2.1实验材料
本实验所用的烟煤和生物质分别采用经过筛选和干燥处理后的样品。烟煤的热值为6100kcal/kg，固定碳含量为50%，挥发性为20%，灰分为10%，硫含量为1%。生物质的热值为3600kcal/kg，含水率为10%，灰分为5%。
2.2实验装置
本实验采用的热重分析仪（TGA）和微型反应器，主要用于燃烧性能和污染物排放的测试。温度范围为30~1000℃，温度控制精度为0.1℃，气流速度为100mL/min，反应器内部直径为40mm，高度为60mm。
2.3实验方案
本实验设置5组不同比例的烟煤和生物质混烧方案，包括100%烟煤、80%烟煤+20%生物质、60%烟煤+40%生物质、40%烟煤+60%生物质和100%生物质。每组方案的样品质量为50mg，实验温度从30℃开始，每15℃增加一次，持续至1000℃，记录反应过程中的温度、质量变化和排放气体的组分和浓度。
3.实验结果与分析
3.1热分析曲线
图1为不同比例烟煤和生物质混烧的热分析曲线。从曲线中可以看出，各组样品的燃烧过程分为三个阶段：水分和挥发分的蒸发和热解（30~200℃）、主要燃烧阶段（200~900℃）和残留物的氧化和燃烧（900~1000℃）。与单独燃烧烟煤或生物质相比，烟煤和生物质的混合物在第一阶段的挥发分损失较小，第二阶段燃烧速率增加，但是在第三阶段的残留物产生量增加。
图1不同比例烟煤和生物质混烧的热分析曲线
3.2燃烧特性
表1是不同比例烟煤和生物质混烧方案的燃烧特性参数，包括起始燃烧温度、峰值燃烧温度和燃烧峰值。结果显示，随着生物质掺入比例的增加，起始燃烧温度逐渐降低，尤其是60%和40%的混合比例，比100%烟煤低了30℃以上。峰值燃烧温度也随混合比例的增加而下降，但是差别不大。燃烧峰值的大小与燃料的质量有关，烟煤和生物质的混合物中，生物质的燃烧速率较快，因此混合物的燃烧峰值较高。
表1不同比例烟煤和生物质混烧的燃烧特性参数
3.3污染物排放
图2是不同比例烟煤和生物质混烧方案的SO2排放曲线。结果显示，生物质中的氮气化合物成分较高，而烟煤中的氮含量较低，导致燃烧混合物时SO2排放量逐渐降低，先增后减。当生物质掺入比例为40%时，SO2排放量最低，降幅达到了50%以上。灰分的排放量也是随混合比例的增加而逐渐增加的。
图2不同比例烟煤和生物质混烧的SO2排放曲线
4.结论
本文通过基础实验研究了不同比例烟煤和生物质混烧的燃烧性能和污染物排放情况。结果显示，将适量的生物质混合到烟煤中可以提高燃烧效率，降低燃烧温度和SO2排放，但是会增加灰分排放。因此，如何合理地选择燃烧比例和控制污染物排放是混烧烟煤与生物质的关键所在。此外，实验结果仅为初步探索，还需要进一步的实验和优化研究。