助燃劑對煤燃燒熱值及燃燒性能的影響

陳 平 王春江 張艷慧 崔佳育

(新疆師范大學污染監測與控制重點實驗室，烏魯木齊 830054)

我國是世界第一煤炭消費大國，也是世界上少數能源消耗以煤為主的國家。改革開放以來，我國經濟快速發展，但單位GDP 能耗高和由此導致的污染物排放強度大的問題日益制約著我國社會經濟的可持續發展，為此，節能減排已成為各級政府的約束性考核指標。作為重要的節能減排產品，燃煤助燃劑的開發和研究近十幾年來比較活躍，一些產品已經在工業生產中使用［1－4］;另外，隨著煤價的日益升高，從節能的商業角度考慮，燃煤助燃劑也日益得到商家和燃煤用戶的青睞。可以說，燃煤助燃劑在節能減排、商業領域具有廣泛的潛力。基于此，新疆某公司利用中科院技術開發生產了水型燃煤助燃劑，在天津、山西、陜西、新疆多家用戶現場工業試用結果表明，該助燃劑提高鍋爐出力，節煤效果明顯，用戶反映良好。為了從科學描述該燃煤助燃劑節煤原理，受生產單位委托開展了助燃劑對煤燃燒熱值及燃燒性能的影響研究。

1 實驗

1.1 樣品制備

助燃劑為粘稠狀棕色水系懸浮體系，煤樣為烏魯木齊市某供熱鍋爐爐前無煙煤。煤樣經球磨機研磨獲得140 目煤粉，準確稱取一定量助燃劑到140 目煤粉用球磨機研磨混合均勻，自然干燥1 天，制得含有一定比例助燃劑的實驗煤樣，裝入塑料袋備用，用于后續熱值測定及燃燒性能的檢測試驗。

熱值測定所用標準樣品為分析純苯甲酸。助燃劑本身熱值測定時，稱取烘干的分析純苯甲酸約0.9g，與助燃劑按不同比例充分混合后壓片，用萬分之一天平準確稱取壓片重量，約0.9g。

1.2 熱值測定

使用WZR－1A 自動量熱儀測量實驗煤樣干燥基高位發熱量，標準樣品及助燃劑熱值測量收到基彈筒發熱量。測定方法根據GB/T213－2008，取4 次平行測定結果平均值為實驗值。量熱儀測量精度用標準苯甲酸進行了11 次標定，其測量精度為0.45%。

1.3 燃燒性能的檢測

使用儀器為NETZSCH STA409 PC/PG 同步熱分析儀，溫度范圍是28－900℃，升溫速率為10℃/min，樣品質量為2－3mg，氧化鋁坩堝，氧氣做吹掃氣，氮氣做保護氣。記錄系統輸出的TG 曲線、DTG 曲線。

2 結果及討論

2.1 助燃劑本身熱值

測定結果見表1。結果表明，加入助燃劑后的苯甲酸，釋放熱值與苯甲酸自身釋放熱值之間的變化率在儀器測量的精確范圍內，可以認為助燃劑本身不含可燃物質，無熱值。

表1 添加不同比例助燃劑苯甲酸發熱量(以苯甲酸本身重量計)

2.2 助燃劑對煤燃燒熱值的影響

根據發熱量定義，添加助燃劑前后發熱量變化可用干燥基高位發熱量比較。測定結果見表2。結果表明，加入助燃劑后的燃煤，釋放熱值與燃煤自身釋放熱值之間的變化率基本在儀器測量的精確范圍內，添加助燃劑對煤燃燒熱值無影響。實際上，助燃劑本身無熱值，添加助燃劑應導致試樣熱值減小，但因助燃劑添加量小且為水劑，由添加助燃劑導致的試樣熱值減小很小，可以忽略。

據此，現場工業試用中，該助燃劑提高鍋爐出力和節煤效果明顯的原因，應不是添加助燃劑提高燃煤熱值的結果，而應從添加助燃劑提高燃煤燃燒速率角度分析。另外，助燃劑廠家曾委托多家機構對添加助燃劑前后空氣干燥基發熱量進行了對比測試，結果表明，部分樣品添加助燃劑后樣品發熱量增加，增加范圍為:1%－11%，結果與本實驗矛盾。經與廠家溝通，發現其委托樣品均存在制樣本身不均勻、及空氣干燥基樣品因水分不同導致測定結果不具備對比條件的問題。

表2 添加不同比例助燃劑煤樣發熱量

2.3 助燃劑對燃燒性能的影響

TG－DTG 實驗結果見圖1－圖4 及表3。

圖1 原煤的TG－DTG 結果

圖2 原煤加入1.0‰助燃劑的TG－DTG 結果

圖3 原煤加入1.5‰助燃劑的TG－DTG 結果

圖4 原煤加入2.5‰助燃劑的TG－DTG 結果

表3 添加不同比例助燃劑煤樣的TG－DTG 實驗結果

由圖及表可看出:隨助燃劑比例增加，起燃溫度、燃盡溫度開始均逐步降低，隨后升高;助燃劑比例在1.5‰以下時的起燃溫度、燃盡溫度均低于未加助燃劑時的起燃溫度、燃盡溫度。隨助燃劑比例增加，燃燒時間逐步降低;未加助燃劑時的燃燒時間與助燃劑比例在1.5‰左右時的燃燒時間相同。隨助燃劑比例增加，相對燃燒時間逐步降低，然后升高;助燃劑比例在2.5‰時的相對燃燒時間大于未加助燃劑時的相對燃燒時間。助燃劑比例較小時的殘留率小于未加助燃劑時的殘留率。

著火溫度大小反映了煤樣的著火性能或活化能的高低，著火溫度、燃盡溫度、相對燃盡時間反映了煤樣的燃燒率，其數值越小，煤樣的燃燒率越高［1－4］。結合實驗相對燃燒時間可見，助燃劑可使燃燒率最高提高6－7%。綜合實驗結果可見助燃劑助燃效果在1.5‰左右存在1 個最佳比例，大于或小于此值，助燃效果降低。這因為煤粉中加入助燃添加劑會產生2 種不同的效應:一是催化效應，促進煤的燃燒;另一個則是添加劑覆蓋一部分碳表面，阻塞部分孔口，從而增加擴散阻力，阻礙煤的燃燒。當助燃劑量較低時，前者起主導作用，使著相對燃燒時間減小，相應的殘留率較小;當助燃劑量較大時，后者起主導作用，使著相對燃燒時間升高，相應的殘留率較大。因此，在使用過程中要考慮助燃劑添加比例，廠家在現場工業試用中添加比例為1‰，該比例可能在助燃劑以催化效應為主的范圍，但不一定是最佳助燃比例。助燃劑最佳添加比例應首先針對特定煤樣通過實驗獲得最佳助燃比例，再結合經濟性綜合分析獲得。廠家在現場工業試用中對部分灰渣殘炭做了對比分析，發現同批次燃煤添加1‰助燃劑后灰渣殘炭與未添加助燃劑時相比明顯減少，也說明助燃劑提高了燃煤燃燒率。

3 結 論

如何通過提高煤炭的燃燒效率提高設備熱效率以達到節約能源和減少排放的目的引起了國內外高度關注，其中煤炭助燃劑成為研究的熱點。我國是世界第一煤炭消費大國，也是世界上少數能源消耗以煤為主的國家。改革開放以來，我國經濟快速發展，但單位GDP 能耗高和由此導致的污染物排放強度大的問題日益制約著我國社會經濟的可持續發展，為此，節能減排已成為各級政府的約束性考核指標。

燃煤助燃劑不僅具有良好的燃燒促進作用，同時還有優良的脫硫脫氮作用，并在電力、石化、水泥等企業里起到了節能減排的重要作用。近年來國內已有多種商用燃煤助燃劑面世，試驗證明的確有一定效果，且有利于環境保護，從而實現經濟與環境雙贏。基于目前的研究現狀以及工業需要，有必要在燃煤助燃劑的原料選擇、添加劑的配方和防止二次污染等方面開展深入的研究。因此高效、使用方便、對人體無害的燃煤助燃劑在節能減排以及商業領域具有廣泛的潛力。

基于此，新疆某公司利用中科院技術開發生產了水型燃煤助燃劑，在天津、山西、陜西、新疆多家用戶現場工業試用，其結果表明，該助燃劑提高鍋爐出力，節煤效果明顯，用戶反映良好。為了從科學描述該燃煤助燃劑節煤原理，受生產單位委托，筆者本文利用自動量熱儀、同步熱分析儀研究了助燃劑對煤燃燒熱值及燃燒性能的影響。本文通過助燃劑對煤燃燒熱值及燃燒性能的影響研究可以得到以下結論:

(1)助燃劑本身不具備發熱效果，添加助燃劑對煤燃燒熱值無影響。

(2)助燃劑可降低煤的著火溫度、燃盡溫度和相對燃盡時間，提高煤的燃燒率。助燃劑可使燃燒率最高提高6－7%，助燃劑助燃效果在1.5‰左右存在1 個最佳比例，大于或小于此值，助燃效果降低。

(3)為保證實驗數據的可比性，應通過球磨過篩保證添加助燃劑前后的樣品均勻，試驗中應采用干基樣品。

［1］巨建濤，梁林旺，張朝暉，等．高爐噴吹煤粉添加助燃劑的研究［J］．鋼鐵研究，2008(3):36－39．

［2］楊雙平，丁學鎖，鄭英輝．添加助燃劑對煤粉燃燒性能的影響［J］．鋼鐵研究，2010(1):8－11．

［3］汪勤峰，申波，張品貴．助燃劑對高爐噴吹煤粉燃燒性能影響的實驗研究［J］．物理測試，2011(5):9－11．

［4］羅曄，孫思平，徐蕾，等．高爐噴煤助燃劑的催化燃燒效果及其工業應用［J］．潔凈煤技術，2009(3):56－58，70．