生物質(zhì)型煤燃燒特性的影響因素很多，其中很重要的一個(gè)因素就是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。生物質(zhì)型煤由大小不同的煤粒和生物質(zhì)粘結(jié)劑組成，如煤粒和秸稈纖維內(nèi)部及煤粒與煤粒、秸稈與煤粒及秸稈與秸稈之間必然存在大量孔隙，構(gòu)成孔隙網(wǎng)。型煤受熱時(shí)，內(nèi)部各組分必然發(fā)生裂解、解聚、熔融等物理化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)的發(fā)生，必然會(huì)影響型煤內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)；另外，型煤粒度大，燃燒反應(yīng)不僅發(fā)生在型煤外表面，而且也在內(nèi)表面進(jìn)行，揮發(fā)分的析出、氧化劑和反應(yīng)產(chǎn)物的擴(kuò)散都要經(jīng)過孔隙進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、遷移。因此，分析生物質(zhì)型煤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化對(duì)于研究生物質(zhì)型煤的燃燒特性十分重要。
1、實(shí)驗(yàn)1.1樣品制備
1.1.1 生物質(zhì)型煤樣品的選取
由于型煤中生物質(zhì)在燃燒或熱解過程中易分解，使得生物質(zhì)型煤煤焦或灰球一碰即碎。因此生物質(zhì)型煤燃燒過程中結(jié)構(gòu)分析樣品難于制備。試驗(yàn)選用結(jié)焦性較好的平頂山生物質(zhì)型煤為實(shí)驗(yàn)型煤樣品。
1.1.2煤焦制備
將馬弗爐預(yù)先升至900℃，打開爐門，然后將裝有生物質(zhì)型煤煤球的帶蓋坩堝迅速送入爐膛恒溫區(qū)，同時(shí)記錄時(shí)間，待加熱到規(guī)定時(shí)間（熱解時(shí)間分別取5min、10min、20min、40min、60min。），將熱解后的生物質(zhì)型煤煤焦（帶坩堝一起）取出冷卻待用。
1.1.3煤焦薄片的制作
將制備好的生物質(zhì)型煤煤焦，送中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）磨片室制作煤焦薄片。
1.2儀器
透射光顯微鏡(帶CCD攝像頭，F(xiàn)USSO，F(xiàn)CC431A)和計(jì)算機(jī)（安裝大恒DH-CG400視頻采集卡和Super Image圖像分析軟件）。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1生物質(zhì)型煤的宏觀結(jié)構(gòu)分析
分別取未熱解的生物質(zhì)型煤、熱解時(shí)間為Smin的生物質(zhì)煤焦（已注入松脂）、熱解時(shí)間為lOmin的生物質(zhì)煤焦樣品，橫向斷開，用數(shù)碼相機(jī)（DC-S6 PREMIER，630萬(wàn)像素）拍照。
熱解后所得的生物質(zhì)型煤煤焦的物理特征與焦炭的物理特征類似，質(zhì)地堅(jiān)硬、具有銀灰色金屬光澤，外觀看不出生物質(zhì)的存在，熱解時(shí)間為5min的生物質(zhì)型煤煤焦橫向斷開后，可以看到由型煤正中心向外延伸的裂痕；熱解時(shí)間為10mm的型煤煤焦表面出現(xiàn)了裂縫，裂縫由型煤正中心向外呈發(fā)射狀，縱面上下分層，橫面呈扇形破裂，可見隨著熱解時(shí)間的延長(zhǎng)，生物質(zhì)型煤煤焦破裂程度加深。這可能是因?yàn)樵跓峤膺^程中，所釋放的揮發(fā)分通過孔隙由型煤內(nèi)部向外擴(kuò)散過程中會(huì)在型煤內(nèi)部積聚，進(jìn)而在型煤內(nèi)部產(chǎn)生一定的壓力，當(dāng)型煤內(nèi)部積聚的壓力超過型煤本身材料的強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生破碎。型煤釋放的揮發(fā)分含量越大，內(nèi)部產(chǎn)生的壓力也越大，故破裂程度會(huì)加深。
2.2生物質(zhì)型煤的微觀結(jié)構(gòu)分析
生物質(zhì)型煤在視野范圍為2. 48 mm時(shí)的微觀結(jié)構(gòu)。隨著熱解時(shí)間的增加，生物質(zhì)型煤的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，未熱解前生物質(zhì)型煤的微觀結(jié)構(gòu)中可以清楚地觀察到黑色的煤粒、淺黃色（黑白圖片中為灰白色）的秸稈纖維和粘稠液的固化物，這種粘稠液的固化物主要來源于三部分物質(zhì)，一是生物質(zhì)秸稈中直接溶解于水的果膠、單寧等的固化物；二是生物質(zhì)浸泡、堿煮后水解生成的糖類等物質(zhì)的固化物；第三部分是過量石灰轉(zhuǎn)化來的不溶性碳酸鹽，且它們之間存在明顯的分界面；5min時(shí)型煤的微觀結(jié)構(gòu)中大部分秸稈已熱解碳化為黑色，只有很少量的秸稈纖維存在（由于秸稈纖維較小，宏觀觀察已看不到），同時(shí)煤粒經(jīng)過熔融、膨脹失去棱角，煤粒之間的分界面也不明顯；10min時(shí)型煤的微觀結(jié)構(gòu)中已不存在秸稈纖維，同時(shí)出現(xiàn)了棕色區(qū)域，這部分棕色區(qū)域主要出現(xiàn)在秸稈纖維周圍的粘稠液固化物中；20min時(shí)型煤的微觀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了許多小孔；40min時(shí)型煤的微觀結(jié)構(gòu)中有大孔形成；60min時(shí)型煤微觀結(jié)構(gòu)中的孔隙更發(fā)達(dá)，大孔附近圍繞了許多小孔。
這些孔隙的產(chǎn)生，有利于型煤燃燒過程中的傳質(zhì)，進(jìn)而有利于生物質(zhì)型煤快速燃燒和燃盡。如生物質(zhì)型煤熱重分析發(fā)現(xiàn)的揮發(fā)分釋放和燃燒及煤焦燃燒的特征溫度低于原煤，且放熱溫度區(qū)間向低溫區(qū)移動(dòng)，可能與生物質(zhì)型煤燃燒過程中的孔隙結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系。
視野范圍為0.93 mm時(shí)生物質(zhì)型煤的微觀結(jié)構(gòu)。由圖可以清楚看出，隨著熱解時(shí)間的增加，生物質(zhì)型煤3種組成的熱解程度也不相同，但仍是三個(gè)明顯的區(qū)域，秸稈的形狀變化不大，經(jīng)過熱解后轉(zhuǎn)化為黑色的碳化物，煤粒由于熔融、膨脹流動(dòng)失去棱角，煤粒間的空隙已不太明顯，粘稠液固化物的顏色由白色變?yōu)樽厣@可能與其中的糖類碳化有關(guān)，正是因?yàn)樯镔|(zhì)型煤3種組成成分差異所導(dǎo)致的不同熱解程度，使得秸稈纖維、粘稠液固化物及煤粒交界處極易產(chǎn)生孔隙。
通過對(duì)生物質(zhì)型煤微觀結(jié)構(gòu)的分析可得，其組成成分中秸稈纖維和粘稠液的固化物都有益于型煤孔隙網(wǎng)的形成。對(duì)于燃燒而言，成型過程中形成的孔隙和燃燒過程中形成的孔隙組成縱橫交錯(cuò)的立體孔隙網(wǎng)，非常有利于氧化劑及反應(yīng)產(chǎn)物的輸送，從而使生物質(zhì)型煤更易于燃燒和燃盡。
3、結(jié)論
(1)單顆粒生物質(zhì)型煤煤焦的裂縫由型煤正中心向外呈發(fā)射狀，縱面上下分層，橫面呈扇形破裂，且隨著熱解時(shí)間的延長(zhǎng)，其破裂程度加深。
(2)通過微觀結(jié)構(gòu)分析得出，隨著熱解時(shí)間增加，生物質(zhì)型煤煤焦中的孔隙越發(fā)達(dá)。在相同的熱解條件下，秸稈纖維、粘稠液固化物及煤粒將發(fā)生不同程度的反應(yīng)，交界處更易產(chǎn)生孔隙。這些孔隙組成縱橫交錯(cuò)的立體孔隙網(wǎng)，有利于型煤燃燒過程中的傳質(zhì)，進(jìn)而有利于生物質(zhì)型煤快速燃燒和燃盡。
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