黑液水煤漿燃燒TG—DTG分析

李保興++呂+薇+++趙忠霞++魏+璽++肖+坤++王翠林

摘要：為了研究黑液對煤漿燃燒及污染物排放特性影響，主要采用對普通水煤漿與黑液煤漿燃燒性能及其產(chǎn)物對比分析的研究方法，通過熱天平燃燒試驗以及熱解試驗，以探求造紙黑液對水煤漿燃燒過程所產(chǎn)生的影響.通過利用煙氣分析儀對普通水煤漿、黑液煤漿燃燒產(chǎn)物進行檢測，得到結(jié)果，并分析了造紙黑液對黑液煤漿煙塵排放濃度的影響.

關(guān)鍵詞：黑液煤漿；熱天平燃燒實驗；煙氣分析

DOI： 10.15938/j.jbust.2015.02.004

中圖分類號：TQ534.4

文獻標志碼：A

文章編號：1007-2683（2015）02-0019-04

0 引 言

造紙黑液是造成水污染的原因之一，處理造紙黑液需要花費大量人力、物力、財力.造紙工業(yè)每年廢水排放量是非常驚人的，約占至全國工業(yè)總廢水排放量的10%，是世界六大工業(yè)污染源之一，若不對造紙黑液進行回收利用，就會造成黑液巾大量資源的流失，而且還會對環(huán)境造成嚴重污染，危及人類健康.因此，為了我們生存環(huán)境更加美好，對造紙黑液的回收利用是非常有必要的，眾所周知，造紙黑液當中含有的大量有害物質(zhì)，會對周邊水體以及周邊生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞，也極大地危害人類健康，近年來受到各界的廣泛關(guān)注.

水煤漿作為當前最現(xiàn)實的代油燃料，仍具有較大的市場潛力，而黑液煤漿是利用造紙黑液摻混煤粉制備而成的，這樣不僅利用水煤漿技術(shù)處理了造紙黑液還節(jié)約了水煤漿制備過程所需的大量水資源，并且黑液煤漿有更好的穩(wěn)定性，制備黑液煤漿的目的是利用黑液中的可燃質(zhì)、一些有用成分及水等，做到資源合理化利用同時消除黑液對環(huán)境的污染.

韓國學者對黑液煤漿進行燃燒試驗，發(fā)現(xiàn)由于添加造紙黑液，黑液煤漿燃燒效率提高，但是如果只是在煤粉中添加木質(zhì)素或者NaOH，其兩者的燃燒效率均要高于只是添加造紙黑液的煤漿.瑞典學者對黑液煤漿氣化方面進行的大量試驗研究結(jié)果表明，黑液煤漿燃燒技術(shù)是可行的，而黑液煤漿氣化過程中易產(chǎn)生大量的有害氣體，會造成環(huán)境的二次污染，我國一些研究學者提出了治理造紙黑液的新思想，采用加壓磺甲基化法將黑液中的有效成分經(jīng)適當處理后制成水煤漿添加劑.

本文通過熱天平實驗、熱解實驗及利用煙氣分析儀對產(chǎn)物進行檢測，探索黑液對煤漿燃燒及污染物排放特性的影響.

1 實驗部分

1.1 實驗原料

本實驗所用造紙黑液取自江蘇長豐造紙有限公司，實驗用普通水煤漿取自江蘇神瑞新能源有限公司.

1.2黑液水煤漿的制備

本文制備黑液煤漿的造紙黑液選用江蘇長豐造紙有限公司的草漿黑液，該黑液成分干基分析數(shù)據(jù)如表1、表2所示.

由表l、表2得，造紙黑液中C、Na元素質(zhì)量分數(shù)為38.56%和14.42%.黑液固形物中含有56.32%的有機物，黑液中的有機物燃燒時釋放熱量，低位發(fā)熱量為3386kcal/kg.

本文所采用的制漿原煤元素分析和工業(yè)分析數(shù)據(jù)，見表3.

本文普通水煤漿采用江蘇神瑞新能源有限公司制備的工業(yè)水煤漿，該水煤漿漿體濃度為65.38%，表觀黏度為848mPa·s，其他元素分析及工業(yè)分析數(shù)據(jù)如表4所示，

本文所用黑液煤漿為造紙黑液與制漿原煤摻混制備而成的，試驗所用黑液煤漿漿體濃度為60. 45%，表觀黏度為848mPa·s，堿金屬Na質(zhì)量分數(shù)為5.7%，其元素分析及工業(yè)分析數(shù)據(jù)如表5所示.

1.3熱天平燃燒試驗

采用Pyris6DTG型熱天平，利用微量樣品在程序控溫速率下，得到樣品質(zhì)量百分比隨溫度變化的熱重分析TG曲線和微分熱重DTG曲線.實驗條件：室溫～1000℃時升溫速率是80℃/min，1000-1100℃時升溫速率是12℃/min：試驗氣氛為空氣；微量樣品lOmg.

在試驗過程中，嚴格仿照爐內(nèi)升溫過程，對普通水煤漿、黑液煤漿分別進行燃燒試驗，得到兩組熱重TG以及微分熱重DTG曲線，如圖1、圖2所示.

比較兩種燃料的TG/DTG曲線，在圖2中，由于造紙黑液中含有的大量木質(zhì)素、纖維素以及半纖維素在高溫下降解產(chǎn)生的有機物提前分解燃燒，TG曲線在210℃左右出現(xiàn)了一個拐點，并且DTG曲線在445℃附近出現(xiàn)最低峰值，此時黑液煤漿的DTG達到最大值，而普通水煤漿相對很晚，再有黑液煤漿DTG曲線的峰線非常陡峭.上述試驗結(jié)果說明，造紙黑液可使水煤漿著火點提前、燃燒效率更高、燃燒更加劇烈，

由于燃料燃燒過程復雜多變，對燃料著火點的測定也是一個非常復雜的問題，本文采用最常用的TG-DTG方法來確定兩種燃料的著火溫度，測定方法如圖3所示

著火溫度定義示意圖如圖3所示，該定義方式是利用熱天平實驗裝置對樣品進行燃燒試驗所得到的TG/DTG曲線基礎(chǔ)上作圖得到的，在微分熱重DTG曲線最大峰值A(chǔ)點處向下做鉛直垂線，該鉛直垂線與TG曲線的交點，記為B點，然后過B點做熱重TG曲線的切線，該切線與失重開始時所引出的平行線的交點，記為C點，C點所對應(yīng)的橫坐標就是著火溫度值，記為Ti.按照圖3所示著火點的測定方法，從熱天平燃燒試驗獲得的TG/DTG曲線可計算出兩種燃料的著火溫度，普通水煤漿的著火點是495℃，而黑液煤漿的著火溫度儀有403℃.

由圖計算出普通水煤漿、黑液煤漿的燃燼時問分別為666s，507s，燃燼特性指數(shù)Cb分別為1.457、1.591.Cb綜合考慮了燃料的著火以及燃燒穩(wěn)定性等因素對燃料燃燼特性的影響，Cb越大，說明燃燼特性越好.由此也可以看出，造紙黑液使得黑液煤漿燃燒時間短、燃燼性更好.

2 結(jié) 論

通過熱天平與熱解實驗，本文研究了黑液對煤漿燃燒及污染物性能的影響，結(jié)論如下：

1）熱天平燃燒試驗表明，加人造紙黑液使煤漿著火點降低，燃燼性能更好.黑液煤漿揮發(fā)分更易析出，而燃燼時間也變短.

2）通過煙氣分析儀對黑液煤漿燃燒后做污染物成分的分析，黑液使得煙氣中污染物成分大幅度降低，減少污染.

3）將黑液煤漿與普通水煤漿實驗后的床料進行對比，黑液煤漿燃燒后的床料有明顯燒結(jié)現(xiàn)象，顏色呈暗黃色，由于造紙黑液中含有大量的堿，存高溫下極易與石英砂中的SiO〈sub〉2〈∕sub〉，反應(yīng)生成玻璃，而玻璃在高溫下呈熔融狀態(tài)，則燃燒后的石英砂呈現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象，所以造紙黑液對黑液煤漿的燒結(jié)現(xiàn)象具有影響.

造紙黑液會造成環(huán)境的嚴重污染，如果造紙黑液摻進水煤漿制備中，既可實現(xiàn)節(jié)能減排，也可促進著火、燃燒和燃燼，還可減少污染，所以把造紙黑液與水煤漿制備相聯(lián)合，可得到多重益處，但是將黑液煤漿技術(shù)運用到生產(chǎn)水煤漿中還面臨許多實際問題，希望此方面的進一步研究應(yīng)用，能促進我國有效處理造紙黑液污染，并利用黑液中有用物質(zhì)，實現(xiàn)節(jié)能減排.