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(duì)煤漿燃燒及污染物排放特性影響，主要采用對(duì)普通水煤漿與黑液煤漿燃燒性能及其產(chǎn)物對(duì)比分析的研究方法，通過熱天平燃燒試驗(yàn)以及熱解試驗(yàn)，以探求造紙黑液對(duì)水煤漿燃燒過程所產(chǎn)生的影響.通過利用煙氣分析儀對(duì)普通水煤漿、黑液煤漿燃燒產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，得到結(jié)果，并分析了造紙黑液對(duì)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(shí)驗(yàn)；煙氣分析

DOI： 10.15938/j.jbust.2015.02.004

中圖分類號(hào)：TQ534.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：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(fèi)大量人力、物力、財(cái)力.造紙工業(yè)每年廢水排放量是非常驚人的，約占至全國(guó)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(duì)造紙黑液進(jìn)行回收利用，就會(huì)造成黑液巾大量資源的流失，而且還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)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(duì)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(dāng)中含有的大量有害物質(zhì)，會(huì)對(duì)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(dāng)前最現(xiàn)實(shí)的代油燃料，仍具有較大的市場(chǎng)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(shí)消除黑液對(duì)環(huán)境的污染.

韓國(guó)學(xué)者對(duì)黑液煤漿進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，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(xué)者對(duì)黑液煤漿氣化方面進(jìn)行的大量試驗(yàn)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(huì)造成環(huán)境的二次污染，我國(guó)一些研究學(xué)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(dāng)處理后制成水煤漿添加劑.

本文通過熱天平實(shí)驗(yàn)、熱解實(shí)驗(yàn)及利用煙氣分析儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，探索黑液對(duì)煤漿燃燒及污染物排放特性的影響.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所用造紙黑液取自江蘇長(zhǎng)豐造紙有限公司，實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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?jǐn)?shù)為38.56%和14.42%.黑液固形物中含有56.32%的有機(jī)物，黑液中的有機(jī)物燃燒時(shí)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(yàn)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?jǐn)?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(yàn)

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(shí)驗(yàn)條件：室溫～1000℃時(shí)升溫速率是80℃/min，1000-1100℃時(shí)升溫速率是12℃/min：試驗(yàn)氣氛為空氣；微量樣品lOmg.

在試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格仿照爐內(nèi)升溫過程，對(duì)普通水煤漿、黑液煤漿分別進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，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(jī)物提前分解燃燒，TG曲線在210℃左右出現(xiàn)了一個(gè)拐點(diǎn)，并且DTG曲線在445℃附近出現(xiàn)最低峰值，此時(shí)黑液煤漿的DTG達(dá)到最大值，而普通水煤漿相對(duì)很晚，再有黑液煤漿DTG曲線的峰線非常陡峭.上述試驗(yàn)結(jié)果說明，造紙黑液可使水煤漿著火點(diǎn)提前、燃燒效率更高、燃燒更加劇烈，

由于燃料燃燒過程復(fù)雜多變，對(duì)燃料著火點(diǎn)的測(cè)定也是一個(gè)非常復(fù)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(cè)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(shí)驗(yàn)裝置對(duì)樣品進(jìn)行燃燒試驗(yàn)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(diǎn)處向下做鉛直垂線，該鉛直垂線與TG曲線的交點(diǎn)，記為B點(diǎn)，然后過B點(diǎn)做熱重TG曲線的切線，該切線與失重開始時(shí)所引出的平行線的交點(diǎn)，記為C點(diǎn)，C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)就是著火溫度值，記為Ti.按照?qǐng)D3所示著火點(diǎn)的測(cè)定方法，從熱天平燃燒試驗(yàn)獲得的TG/DTG曲線可計(jì)算出兩種燃料的著火溫度，普通水煤漿的著火點(diǎn)是495℃，而黑液煤漿的著火溫度儀有403℃.

由圖計(jì)算出普通水煤漿、黑液煤漿的燃燼時(shí)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(duì)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(shí)間短、燃燼性更好.

2 結(jié) 論

通過熱天平與熱解實(shí)驗(yàn)，本文研究了黑液對(duì)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(yàn)表明，加人造紙黑液使煤漿著火點(diǎn)降低，燃燼性能更好.黑液煤漿揮發(fā)分更易析出，而燃燼時(shí)間也變短.

2）通過煙氣分析儀對(duì)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(shí)驗(yàn)后的床料進(jìn)行對(duì)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(duì)黑液煤漿的燒結(jié)現(xiàn)象具有影響.

造紙黑液會(huì)造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，如果造紙黑液摻進(jìn)水煤漿制備中，既可實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，也可促進(jìn)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(yùn)用到生產(chǎn)水煤漿中還面臨許多實(shí)際問題，希望此方面的進(jìn)一步研究應(yīng)用，能促進(jìn)我國(guó)有效處理造紙黑液污染，并利用黑液中有用物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排.