0、前言
生物質與煤摻混燃燒技術充分利用可再生能源、提高能源轉換效率，并有效抑制SO2、NOx等污染物生成。隨著混燒應用的日益廣泛以及對混煤燃燒特性研究的深入，HC1等低含量氣體染污物的排放研究也受到了重視。
一般生物質本身堿金屬和Cl含量偏同，在煤或生物質的燃燒過程中，像CI這樣的有害微量元素將以不同的形式排放到大氣中。盡管與常量有害污染物相比Cl元素污染物在大氣中濃度不高，它對環境的破壞相當嚴重，在生物質或煤的燃燒過程中，Cl常以HCI的形式釋放，歐洲能源組織調查顯示，目前所排放的HC1有75%來源于燃料燃燒。HCI氣體排入大氣與水蒸汽相遇時，極易生成白色的鹽酸霧。這些鹽酸霧的刺激性和腐蝕性都很強，會造成對人體的巨大危害。美國“清潔大氣法修正案”(CAAA)將煤中16種微量元素列入189種“有害大氣污染物”之中，其中CI以HCI的形態列出，且位居前列。我國在1997年頒布了大氣污染物綜合排放標準(GB16297-1997)，明確規定了對含氯廢氣的排放標準和控制措施。
本文應用了TGA-FTIR聯合技術對生物質與煤不同摻混比例的燃燒進行了研究，系統研究了不同摻混比例下燃燒特性、氯化物釋放特性、排放規律等基礎問題，對于生物質與煤摻混燃燒中控制氣體污染物HC1具有現實意義。
1、實驗部分
1.1燃料樣品
文中生物質原料選定為小麥秸稈，所用煤粉為無煙煤。分別對秸稈與無煙煤進行了工業分析和發熱量測試，如表1。
秸稈中硫含量低，其二氧化硫排放的危害性低；但秸稈氯含量較高，約在1%左右，因此本文主要考察氯化氫的釋放特性。
1.2實驗步驟和條件
煤與秸稈以0%、10%、15%、40%、60%、100%比例摻混，共6個樣品。通過TG中燃燒與FTIR聯用的測試，分別研究生物質與煤摻混燃燒特性隨摻混比例的變化和傅里葉轉換紅外光譜分析的摻混比例變化不同氣體污染物的排放規律。
本實驗所使用的熱重分析儀型號為NETZSCH TG 209 Fl，紅外光譜儀FTIR型號為VERTEX 7.0。在一定的加熱速率下，系統對燃燒及其產生的氣體排放物進行動態跟蹤，連續測量樣品質量隨著溫度的變化程度，同時定性和定量檢測燃燒所產生的氣體產物（如HC1、C02、N02等）。TGA燃燒室的氣體產物接一根有保溫措施溫度水平在100℃以上（以保證實驗過程中水蒸氣等氣體組分不會冷凝下來）的聚四氯乙烯管子傳送到FTIR的檢測室，從而確保FTIR分析的氣體量的穩定。
實驗采用的條件，TGA熱重分析儀中升溫速率為20 0C/min、空氣流量為30ml/min，其工作氣氛為N2和02按照4：1的比例，終溫為900℃。實驗樣品初始重量約為5.5mg，而紅外光譜儀FTIR分辨率8 cm-1，掃描方式為雙面雙向。
2、結果分析與討論
2.1燃燒特性的分析
圖2為秸稈燃燒過程的熱重分析圖例，實線為樣品質量隨溫度失重的TG曲線，虛線為隨溫度變化的失重速率DTG曲線。
TG曲線與失重速率DTG曲線相對應的點中，A為水分開始蒸發， B為水分最大失重率，C為揮發分開始釋放，D為揮發分最大失重率，E為焦炭最大失重率，F為初始燃燼點。通過切線法確定H點，H點對應的溫度通常認為是著火溫度。本實驗所用秸稈的著火溫度為252℃。同理確定6個樣品的燃燒特性數據，如表3所示。
圖3為6個混合燃料熱重分析儀中的失重速率DTG曲線，各曲線有3個比較明顯的峰值，第一個峰值較小，為水分的最大失重點，第二個峰值為揮發分的最大失重點，第三個峰值為焦炭燃燒的最大失重點。從表3中可以看出，燃料隨摻煤比例的增加，其著火點有所后移，但變化不大，說明生物質的存在可以提高燃料的著火活性。隨著摻煤比例的降低，燃燼溫度出現前移趨勢。燃燒形成的表面覆蓋灰層影響空氣的滲入，從而延長了燃料的燃燼階段。摻煤比例較低的秸稈燃料在高溫下出現的系列小燃燒峰，說明燃燒還在進行，利于降低固體不完全熱損失，燃燒效率高。秸稈比例大的燃料揮發分燃燒的峰較狹長，峰值相對要高，其揮發分的釋放速率高。而無煙煤燃燒時基本上沒有揮發分的釋放階段，其燃燒過程主要集中在溫度比較高的焦炭燃燒區間。混燒的焦炭燃燒峰隨摻混比例的增加變化較大，由狹長峰逐漸變為粗壯型，按照積分面積與放熱量成正比的理論，生物質中摻混的煤比例增加，焦炭放熱量增加。
表3所示，燃燒特性指數S隨煤摻混比例增加越來越小，S值越大，燃料的燃燒特性越好，則生物質起到了改良燃燒特性，提高燃燒效率的作用，富通新能源生產銷售的秸稈壓塊機、秸稈顆粒機專業壓制秸稈煤。
2.2FTR分析
2.2.1氣體的釋放分析
圖4與TGA曲線相對應，動態的檢測記錄各時刻燃燒生成的氣體成分及濃度。圖中示意的煙氣各組分的波長分布不同，各組分隨燃燒過程釋放的速率和時間（溫度）區間不同。由圖中也可識別到，也存在著對應相同波長，不同時間時分布著其他氣體組分釋放峰值的現象。例如在波長2798 cm-1，除HC1稍后另有一組分出現，判斷為CH4，燃燒過程產生了少量甲烷。
圖5示意了煙氣中各組分氣體波長分布及吸收強度情況。對照紅外標準圖譜選定圖中各種氣體成分的特征峰波長，其中HCl(2798cm-1)、N02(1520 cm-1)、S02(1342 cm-1)、C02(2360 cm-1)、H20(1509 cm-1)、C0(2119 cm-1)等，在這個溫度下，還會有少量的甲烷產生(2978cm-1)。
2.2.2 HCI的釋放
圖6為6種燃料燃燒所測得的各個時刻（對應不同溫度）的HC1氣體釋放圖。
從圖中看到6種樣品燃燒過程，HC1氣體都是在200 0C左右開始釋放，在310℃左右吸光度達到最大值，也就是此時HCI的釋放最為強烈，煙氣中氯化氫濃度最高。溫度繼續升高，450℃左右時大部分氯化氫釋放出來，釋放速率減緩至極值。這些相近的特征點表現了摻混比例不同的燃料，其HC1的釋放具有相似性。
但在更高的溫度段，幾種燃料釋放氯化氫的速率又呈現略微升高的趨勢，且升高速率相差較大。秸稈、摻煤10%、摻煤15%-種燃料在燃燒前期（450℃之前），峰值高，釋放的氯化氫多；450℃后釋放氯化氫速率較慢，屬于比較集中釋放HC1的性質；對于摻煤60%的燃料，因為秸稈所占比例較少，氯含量低，燃燒前期釋放氯化氫速率低，后期釋放氯化氫速率卻較高，屬于在燃燒的不同溫度段氯化氫的相對“均勻”釋放的性質；而摻煤40%的燃料表現出燃燒前期釋放氯化氫較少，后期釋放氯化氫仍然較少的情況；由此推斷，以抑制氯化氫釋放造成大氣污染的目的，摻煤40%的秸稈燃料燃燒最為有益；其次為低摻煤比例10%的混合燃料，燃燒中集中排放氯化氫（300℃左右），利于集中控制減排。
推測所有樣品燃燒后期氯化氫含量增加的原因，由于生物質含有Na、K等堿金屬較多，在高溫段時以NaCl或KC1的形式釋放，從而與煙氣中的水蒸氣反應生成HCl;或者是水蒸汽在高溫下部分分解為H+和02-，OH-取代了結合在有機結構中的Cl-，被取代了的CI-與H+結合生成HC1而釋放，從而出現釋放速率略微升高的現象。
3、結論
(1)秸稈揮發分含量高、初始釋放溫度低，其著火溫度低。與不同比例的煤摻混后(100%煤除外)，著火溫度變化不大，秸稈所占比例越高，燃燒和著火特性越優越，最高燃燒速率、焦炭最高燃燒速率對應的溫度呈現前移的趨勢，燃燼度高的優勢也更明顯。
(2)秸稈與煤摻混燃燒時，煙氣中HC1的釋放特征點相似，200℃左右開始釋放，在310℃達到最大吸光度，在450℃時釋放速率降至極低，但500℃之后氯化氫的釋放又呈現慢速增加的趨勢，推斷原因為NaCl或KCI高溫下部分轉化為HC1而來。
(3)秸稈與煤摻混比例的不同，對HC1的釋放量存在一定的影響：摻煤比例較低時，HCI的釋放集中在200～450℃之間，摻煤10%的混合燃料與秸稈燃料排放HCI的規律最為接近，高溫下釋放HCI速率的增長不再明顯；摻煤比例為較高的60%時，燃燒的全程均以較高的速率釋放HCl;而摻煤比例40%時，燃燒前期釋放HC1的量少，高溫段HCI的釋放仍然很低，此摻混比例的燃燒對減少HC1進入煙氣排放最為有利。
富通新能源生產銷售的
秸稈顆粒機、
秸稈壓塊機專業生物質顆粒燃料。
