1、生物質(zhì)型煤的組成結(jié)構(gòu)特點
生物質(zhì)型煤是指破碎成一定粒度和干燥到一定程度的煤及可燃生物質(zhì)，按一定比例摻混，加入少量固硫劑，利用生物質(zhì)中的木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等的粘結(jié)與助燃作用，經(jīng)高壓成型機壓制而成的型煤。由表1可以看出生物質(zhì)有比較高的揮發(fā)分，使得生物質(zhì)燃料有較低的著火溫度，和煤相比生物質(zhì)含硫和含氮量均較低，因此燃燒后S02、NOx排放量比化石燃料要小得多，是可再生能源中理想的清潔燃料。所以生物質(zhì)型煤有比較優(yōu)越的污染特性，下圖所示為秸稈顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2、生物質(zhì)型煤的污染特性2.1有效降低SOx的排放
生物質(zhì)型煤有效降低SOx排放的原因：固硫添加劑的使用使釋放的硫氧化物大大減少；生物質(zhì)燃燒形成的微孔組織增大了固硫劑和硫氧化物的接觸時間，何方等人對生物質(zhì)峰窩煤燃燒后的灰渣進行SEM分析顯示，生物質(zhì)復(fù)合蜂窩煤的灰渣比不含生物質(zhì)的蜂窩煤灰渣具有更發(fā)達的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，這種優(yōu)良的微觀孔隙結(jié)構(gòu)能有效防止固硫劑孔隙堵塞、提高S02氣體與固硫劑的接觸時間和接觸幾率，從而有利于固硫反應(yīng)的進行，提高蜂窩煤的固硫性能；低溫燃燒時，硫酸鈣生成反應(yīng)起主要作用，其分解很少；生物質(zhì)本身具有一定的木質(zhì)素和腐植酸，它們對二氧化硫有較強的吸附能力和具有巨大的比表面積，延緩二氧化硫的析出速度，增加反應(yīng)表面；生物質(zhì)型煤燃燒中形成的灰殼中含有堿金屬與堿土金屬的化合物，它們也能起到一定的固硫作用；還有就是由表1可以看出生物質(zhì)本身含硫量就低于煤，燃燒后生成的硫氧化物也就比較少�；谶@些因素，燃用生物質(zhì)型煤可以有效降低硫氧化物的排量。
2.1.1固硫劑
目前使用最多的固硫劑為Ca0和Ca (HO)。，陸永琪等使用CaC03也得到了預(yù)期的固硫效果，固硫過程就是Ca0和硫氧化物生成固體硫酸鈣的過程。
2.1.2固硫率
生物質(zhì)型煤固硫效果的好壞可用固硫率來衡量，固硫率是指定質(zhì)量型煤有效燃燒后，其中灰中的
總硫量與原型煤中總硫量之比，計算公式為：
2.1.3固硫率的影響因素
大量的實驗研究表明固硫率主要受燃燒溫度、Ca/S，通風(fēng)量、生物質(zhì)型煤的種類和固硫添加劑等的影響。
(1)燃燒溫度的影響
燃燒溫度對生物質(zhì)型煤固硫效果有一定影響，固硫率隨溫度升高而略有降低。因為在較高的溫度下燃燒時，固硫產(chǎn)物CaS01有一部分能分解成Ca0和S02，燃燒溫度越高固硫產(chǎn)物的分解越多，固硫率也就越低。何方等人以含木屑的生物質(zhì)型煤為燃料通過實驗得出：在800℃下燃燒時，生物質(zhì)復(fù)合型煤的固硫率均在90%以上；當(dāng)溫度在900℃時，固硫產(chǎn)物硫酸鈣開始分解，但分解速度相當(dāng)慢，生物質(zhì)復(fù)合型煤固硫率比800℃時稍低，但仍在85%以上；在溫度接近1000℃時，硫酸鈣有少量分解，固硫率降低，但降低很少；當(dāng)溫度超過1000℃時，硫酸鈣分解量增大，固硫率則隨之顯著降低。劉偉軍等人也得出當(dāng)溫度在850～950℃范圍內(nèi)控溫燃燒時，相對固硫率可以達到90%，超過1000℃時，生物質(zhì)型煤的固硫率就會降低。
(2)鈣硫比的影響
型煤燃燒過程中S02的釋放速度往往要大于固硫劑對S02的吸收的速度，反應(yīng)固體產(chǎn)物也會阻礙S02向固硫劑表面擴散，所以要想得到較高的固硫率，應(yīng)該加入過量的固硫劑，但實驗表明過高的Ca/S對提高固硫率效果不明顯，龔夢錫認(rèn)為對高硫煤種，鈣硫比在0. 8-1.0可以減輕對煤質(zhì)的影響和降低固硫成本；黃海珍通過實驗表明當(dāng)Ca/S達到2時，固硫率達到最大值，再增大Ca/S，固硫率變化不明顯。金會心等通過實驗得到了相同的結(jié)論，并得出在同- Ca/S下，Ca (OH)。的固硫效果最好，Ca0次之，CaC03的固硫效果最差。
(3)通風(fēng)量的影響
通風(fēng)量的多少對生物質(zhì)型煤固硫作用有顯著影響，過量空氣增多，S02的排放濃度提高，反之S02的排放濃度降低。這主要是因為燃料中有充分的機會與氧化合成S02。對于生物質(zhì)型煤，采用低氧燃燒是降低S02生成的有效方法。
(4)生物質(zhì)型煤種類的影響
生物質(zhì)本身就有一定的固硫作用，不同的生物質(zhì)型煤種類對固硫作用也有影響，研究表明不同的生物質(zhì)其固硫作用程度不同，鋸末高硫煤型煤平均相對固硫率為40%左右，稻殼高硫煤型煤平均相對固硫率為50%左右。這與生物質(zhì)原料的組成性質(zhì)有關(guān)，稻殼中的礦物元素要比木屑中的礦物元素豐富得多，相應(yīng)地能發(fā)生固硫反應(yīng)的堿金屬、堿土金屬就比較多，所以稻殼生物質(zhì)型煤的固硫率要高一些n“�？偟膩碚f就是生物質(zhì)含量越高，固硫率也就越高。
(5)固硫添加劑的影響
近年來，人們就如何使用添加劑來提高固硫劑的固硫效果做了比較多的研究。已研究的添加劑主要有堿金屬化合物和過渡金屬氧化物，其主要原理為添加劑的加入降低了SO。和Ca0反應(yīng)的活化能，使得SOx和Ca0的反應(yīng)更容易進行，同時還可以抑制固硫產(chǎn)物的再分解。何方n“等人使用鐵系固硫添加劑取得了明顯的效果。陸永琪等人在實驗中對有Al。0。添加劑的生物質(zhì)固硫型煤的灰渣的XPS和XRD分析表明，所固定的硫仍以硫酸鈣的價鍵形態(tài)存在，但形成了CaS01、Ca0和Al203的復(fù)鹽，其分子式為CaS04.3Ca0·3Al203。由于復(fù)鹽的熱穩(wěn)定性高，并有覆蓋或包裹CaS04晶體表面的作用，從而抑制了CaS04的分解，測得固硫產(chǎn)物的高溫分解率下降了約89%;添加Fe203和Mrl02沒有固硫增強作用，而同時添加Fe203和Mn02對固硫有負影響。何建等通過對生物質(zhì)型煤加入以鐵系化合物、固體粉末強氧化劑和氯化鈉為脫硫添加劑的實驗發(fā)現(xiàn)固硫率達到了95%左右，幾乎完全把煤中的硫固定在爐渣中。強氧化劑能將燃煤中的金屬礦物質(zhì)催化分解，與二氧化硫和氧氣生成硫酸鹽固體物質(zhì)，提高固硫效果。鐵系化合物對固硫反應(yīng)有較高的催化作用。周俊虎等人通過實驗得出一定范圍內(nèi)催化固硫效果隨添加劑含量增加而提高，但添加劑含量大到一定程度后，效果增加減緩。添加劑的效果還隨溫度變化而變化，在900℃～1100℃這段溫度內(nèi)，一般來說，溫度越高，則效果有所降低，并且比較了K2C03、NaCl、Na2C03的固硫效果，其固硫效果好壞的順序為：K2C03>NaCl>Na2C03。
2.2比較低的氮氧化物排放量
現(xiàn)代的研究認(rèn)為氮氧化物有三種不同的生成機理：燃料型氮氧化物、快速型氮氧化物、熱力型氮氧化物。生物質(zhì)型煤中由于加入了高揮發(fā)分的生物質(zhì)，由表1可以看出生物質(zhì)本身的含氮量就低于煤，所以生物質(zhì)型煤燃燒生成的燃料型氮氧化物比較少；由于生物質(zhì)的加入使得生物質(zhì)型煤有較低的燃燒溫度，實驗得出生物質(zhì)型煤的燃燒溫度一般都低于1000℃，屬于低溫燃燒，這樣生物質(zhì)型煤就不具備生成熱力型氮氧化物的條件，因為熱力型氮氧化物僅在溫度達到1540℃才很顯著；而快速型氮氧化物的總量一般只占氮氧化物總量的5%，不予考慮。劉偉軍等人配制了以鋸末和稻殼為原料的生物質(zhì)型煤，通過燃燒實驗測得平均換算氮氧化物為42.2mg/m3，這要比煤燃燒時產(chǎn)生的氮氧化物少很多�？傊�，生物質(zhì)型煤燃燒時，溫度低，揮發(fā)分析出是隨過程漸變的，而且型煤中始終處于低氧或缺氧狀態(tài)燃燒，因此，氮氧化物生成會大幅度降低。
2.3降低C02的排放
生物質(zhì)的燃燒不影響自然界碳的自然循環(huán)，因為其轉(zhuǎn)化過程中排出的C02被新的植物生長過程吸收，碳被循環(huán)利用。即使不燃燒利用、不燒荒，生物質(zhì)也會在自然消化過程中放出CO。，而由植物周期性的生長和衰亡維持自然界的平衡。生物質(zhì)代替原煤，生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的C02可視為零。所以生物質(zhì)型煤中由于使用了生物質(zhì)代替煤，將會降低C02的排放。國內(nèi)工業(yè)型煤初步應(yīng)用的實踐己表明，型煤燃燒的節(jié)煤率可達10%-12%。加入生物質(zhì)后由于燃燒性能的改善，節(jié)煤效果會更好。若按20%的生物質(zhì)加入量和10%的節(jié)煤率作估算，原煤和生物質(zhì)的熱值分別取17393和10470kj/kg，則可消減C02為(10470×20%+17693×10%) /17693=21. 8%，可見生物質(zhì)型煤有比較低的CO2排放。
3、結(jié)語
生物質(zhì)型煤對合理利用生物質(zhì)能和煤炭資源，減少環(huán)境污染具有重要意義。生物質(zhì)型煤的污染特性對其推廣應(yīng)用具有重要作用�？偨Y(jié)分析生物質(zhì)型煤的污染特性及其影響因素可以發(fā)現(xiàn)，影響生物質(zhì)型煤污染特性的因素多而復(fù)雜，但主要歸結(jié)于生物質(zhì)燃料自身的優(yōu)點和固硫劑的使用，使得生物質(zhì)型煤具有較低的硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳排放量，對緩解我國嚴(yán)重的污染狀況有重要作用，是一種值得大力推廣的燃料。
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