黑液水煤浆燃烧TG—DTG分析

李保兴++吕+薇+++赵忠霞++魏+玺++肖+坤++王翠林

摘要：为了研究黑液对煤浆燃烧及污染物排放特性影响，主要采用对普通水煤浆与黑液煤浆燃烧性能及其产物对比分析的研究方法，通过热天平燃烧试验以及热解试验，以探求造纸黑液对水煤浆燃烧过程所产生的影响.通过利用烟气分析仪对普通水煤浆、黑液煤浆燃烧产物进行检测，得到结果，并分析了造纸黑液对黑液煤浆烟尘排放浓度的影响.

关键词：黑液煤浆；热天平燃烧实验；烟气分析

DOI： 10.15938/j.jbust.2015.02.004

中图分类号：TQ534.4

文献标志码：A

文章编号：1007-2683（2015）02-0019-04

0 引 言

造纸黑液是造成水污染的原因之一，处理造纸黑液需要花费大量人力、物力、财力.造纸工业每年废水排放量是非常惊人的，约占至全国工业总废水排放量的10%，是世界六大工业污染源之一，若不对造纸黑液进行回收利用，就会造成黑液巾大量资源的流失，而且还会对环境造成严重污染，危及人类健康.因此，为了我们生存环境更加美好，对造纸黑液的回收利用是非常有必要的，众所周知，造纸黑液当中含有的大量有害物质，会对周边水体以及周边生态环境造成极大的破坏，也极大地危害人类健康，近年来受到各界的广泛关注.

水煤浆作为当前最现实的代油燃料，仍具有较大的市场潜力，而黑液煤浆是利用造纸黑液掺混煤粉制备而成的，这样不仅利用水煤浆技术处理了造纸黑液还节约了水煤浆制备过程所需的大量水资源，并且黑液煤浆有更好的稳定性，制备黑液煤浆的目的是利用黑液中的可燃质、一些有用成分及水等，做到资源合理化利用同时消除黑液对环境的污染.

韩国学者对黑液煤浆进行燃烧试验，发现由于添加造纸黑液，黑液煤浆燃烧效率提高，但是如果只是在煤粉中添加木质素或者NaOH，其两者的燃烧效率均要高于只是添加造纸黑液的煤浆.瑞典学者对黑液煤浆气化方面进行的大量试验研究结果表明，黑液煤浆燃烧技术是可行的，而黑液煤浆气化过程中易产生大量的有害气体，会造成环境的二次污染，我国一些研究学者提出了治理造纸黑液的新思想，采用加压磺甲基化法将黑液中的有效成分经适当处理后制成水煤浆添加剂.

本文通过热天平实验、热解实验及利用烟气分析仪对产物进行检测，探索黑液对煤浆燃烧及污染物排放特性的影响.

1 实验部分

1.1 实验原料

本实验所用造纸黑液取自江苏长丰造纸有限公司，实验用普通水煤浆取自江苏神瑞新能源有限公司.

1.2黑液水煤浆的制备

本文制备黑液煤浆的造纸黑液选用江苏长丰造纸有限公司的草浆黑液，该黑液成分干基分析数据如表1、表2所示.

由表l、表2得，造纸黑液中C、Na元素质量分数为38.56%和14.42%.黑液固形物中含有56.32%的有机物，黑液中的有机物燃烧时释放热量，低位发热量为3386kcal/kg.

本文所采用的制浆原煤元素分析和工业分析数据，见表3.

本文普通水煤浆采用江苏神瑞新能源有限公司制备的工业水煤浆，该水煤浆浆体浓度为65.38%，表观黏度为848mPa·s，其他元素分析及工业分析数据如表4所示，

本文所用黑液煤浆为造纸黑液与制浆原煤掺混制备而成的，试验所用黑液煤浆浆体浓度为60. 45%，表观黏度为848mPa·s，碱金属Na质量分数为5.7%，其元素分析及工业分析数据如表5所示.

1.3热天平燃烧试验

采用Pyris6DTG型热天平，利用微量样品在程序控温速率下，得到样品质量百分比随温度变化的热重分析TG曲线和微分热重DTG曲线.实验条件：室温～1000℃时升温速率是80℃/min，1000-1100℃时升温速率是12℃/min：试验气氛为空气；微量样品lOmg.

在试验过程中，严格仿照炉内升温过程，对普通水煤浆、黑液煤浆分别进行燃烧试验，得到两组热重TG以及微分热重DTG曲线，如图1、图2所示.

比较两种燃料的TG/DTG曲线，在图2中，由于造纸黑液中含有的大量木质素、纤维素以及半纤维素在高温下降解产生的有机物提前分解燃烧，TG曲线在210℃左右出现了一个拐点，并且DTG曲线在445℃附近出现最低峰值，此时黑液煤浆的DTG达到最大值，而普通水煤浆相对很晚，再有黑液煤浆DTG曲线的峰线非常陡峭.上述试验结果说明，造纸黑液可使水煤浆着火点提前、燃烧效率更高、燃烧更加剧烈，

由于燃料燃烧过程复杂多变，对燃料着火点的测定也是一个非常复杂的问题，本文采用最常用的TG-DTG方法来确定两种燃料的着火温度，测定方法如图3所示

着火温度定义示意图如图3所示，该定义方式是利用热天平实验装置对样品进行燃烧试验所得到的TG/DTG曲线基础上作图得到的，在微分热重DTG曲线最大峰值A点处向下做铅直垂线，该铅直垂线与TG曲线的交点，记为B点，然后过B点做热重TG曲线的切线，该切线与失重开始时所引出的平行线的交点，记为C点，C点所对应的横坐标就是着火温度值，记为Ti.按照图3所示着火点的测定方法，从热天平燃烧试验获得的TG/DTG曲线可计算出两种燃料的着火温度，普通水煤浆的着火点是495℃，而黑液煤浆的着火温度仪有403℃.

由图计算出普通水煤浆、黑液煤浆的燃烬时问分别为666s，507s，燃烬特性指数Cb分别为1.457、1.591.Cb综合考虑了燃料的着火以及燃烧稳定性等因素对燃料燃烬特性的影响，Cb越大，说明燃烬特性越好.由此也可以看出，造纸黑液使得黑液煤浆燃烧时间短、燃烬性更好.

2 结 论

通过热天平与热解实验，本文研究了黑液对煤浆燃烧及污染物性能的影响，结论如下：

1）热天平燃烧试验表明，加人造纸黑液使煤浆着火点降低，燃烬性能更好.黑液煤浆挥发分更易析出，而燃烬时间也变短.

2）通过烟气分析仪对黑液煤浆燃烧后做污染物成分的分析，黑液使得烟气中污染物成分大幅度降低，减少污染.

3）将黑液煤浆与普通水煤浆实验后的床料进行对比，黑液煤浆燃烧后的床料有明显烧结现象，颜色呈暗黄色，由于造纸黑液中含有大量的碱，存高温下极易与石英砂中的SiO〈sub〉2〈∕sub〉，反应生成玻璃，而玻璃在高温下呈熔融状态，则燃烧后的石英砂呈现烧结现象，所以造纸黑液对黑液煤浆的烧结现象具有影响.

造纸黑液会造成环境的严重污染，如果造纸黑液掺进水煤浆制备中，既可实现节能减排，也可促进着火、燃烧和燃烬，还可减少污染，所以把造纸黑液与水煤浆制备相联合，可得到多重益处，但是将黑液煤浆技术运用到生产水煤浆中还面临许多实际问题，希望此方面的进一步研究应用，能促进我国有效处理造纸黑液污染，并利用黑液中有用物质，实现节能减排.