油頁巖與無煙煤摻燒特性研究

李 晶，姬海宏，畢明星

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.中國華電集團公司煤炭質檢計量中心，浙江杭州310030；3.華電能源佳木斯熱電廠，黑龍江佳木斯154005）

油頁巖與無煙煤摻燒特性研究

李 晶1，2，姬海宏1，畢明星3

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.中國華電集團公司煤炭質檢計量中心，浙江杭州310030；3.華電能源佳木斯熱電廠，黑龍江佳木斯154005）

為了進一步拓展油頁巖應用的領域，本文通過對無煙煤和油頁巖的成分分析，依據理論計算，對無煙煤與油頁巖按不同比例摻配時的穩燃特性、燃盡特性、沾污特性以及結渣特性進行了分析研究?？偨Y出其變化規律，隨著油頁巖比例增加，穩燃特性指數和燃盡特性指數都處于上升趨勢，而結渣特性隨著油頁巖摻入，當無煙煤與油頁巖比例上升至為6：4時，由無煙煤的嚴重結渣特性下降到中等結渣特性。文中簡單分析了引起變化的主要影響因素，為油頁巖與無煙煤摻燒提供理論依據。

油頁巖；無煙煤；摻燒特性；穩燃特性；燃盡特性；結渣特性

0 引言

能源是人類生存和發展的重要物質基礎，在國民生活、經濟發展和國家安全中具有重要的地位。目前，世界能源日益短缺、國際石油價格持續升高，要想提高中國的油氣資源保障能力十分困難，開發并合理利用新能源已迫在眉睫。油頁巖等非常規油氣資源的勘探開發逐步進入國家能源戰略視野[1]。

我國油頁巖資源豐富，居世界第4位。我國油頁巖主要分布在20個省和自治區、47個盆地，共有80個含礦區[2]。將我國的油頁巖資源折算成頁巖油的地質儲量超過470億t，主要分布于茂名、樺甸和撫順等地[3-4]，其主要用于煉制頁巖油以及燃燒發電及供熱。油頁巖的著火溫度低，前期燃燒以揮發分為主，且反應強烈，后期燃燒反應能力差，其灰的傳熱阻力成為碳轉化率提高的主要控制因素[3~6]。因此，由于油頁巖屬于高灰分、高揮發分以及低熱值的劣質燃料，難以單獨大規模地充分利用[7]。

如果將油頁巖與其他燃料混合利用，如生物質、石油焦、混煤等，都會提高油頁巖作為燃料的性能[7~10]，有利于充分發揮油頁巖資源的利用價值。

至今鮮有文獻對油頁巖與無煙煤摻燒進行研究，因此，本文將油頁巖與無煙煤不同比例摻燒樣品的燃燒特性進行理論分析，為油頁巖實際摻燒工作提供理論參考。

1 油頁巖及無煙煤成分分析

選用具有代表性的甘肅窯街油頁巖與貴州無煙煤進行計算分析。

甘肅窯街油頁巖成分分析[11]和貴州無煙煤成分分析見表1。

表1 油頁巖和無煙煤成分分析

通過工業、元素以及灰成分分析，可以看出油頁巖與煤的性質很相似，文章根據煤的經驗規律，推算油頁巖與煤摻配混樣的燃燒及飛灰特性。

2 不同比例特性分析

2.1 燃料及飛灰成分與其特性之間的關系

2.1.1 軟化溫度（ST）

根據研究[12]，SiO2≤60%，且Al2O3＞30%可用下式分別計算軟化溫度。

SiO2≤60%，且Al2O3≤30%，同時，Fe2O3≤15%，可用下式分別計算軟化溫度。

2.1.2 燃燒指數

朱躍等人對燃煤進行研究提出了其燃燒的穩燃指數Rw以及燃盡指數Rj與燃料工業分析之間的關系[13]，計算公式如下：

其中：Rw≤4.0

Rw＞4.0～4.65難穩定區

Rw＞4.65～5.0中等穩定區Rw＞5.0～5.7易穩定區Rw＞5.7褐煤區

其中：Rj≤2.5極難燃盡區

Rj＞2.5～3.0難燃盡區

Rj＞3.0～4.4中等可燃盡區Rj＞4.4～5.7易燃盡區Rj＞5.7褐煤區

2.1.3 沾污特性指數及結渣特性判斷

其中：Ru1＜0.2輕微沾污

Ru1=0.2~0.5中等沾污

Ru1=0.5~1.0沾污重

Ru1＞1沾污嚴重

用灰成分綜合指數Rz來判別結渣特性：

結渣等級判別界限如下：

2.2 特性分析

根據以上公式對摻配的燃料進行特性評估，旨在找出特性范圍及變化規律。相關數據見表2。

表2 燃料摻配特性相關數據

2.2.1 燃燒穩定性指數Rw

從數據上看，此無煙煤為難穩定燃燒煤，摻入油頁巖后，隨著摻入量的增加，指數成遞增趨勢，燃燒趨于穩定（如圖1所示），對無煙煤的穩燃有利。

雖然空氣干燥基水分有所減少，空干基灰分有所增加，對燃燒穩定性不利，但干燥無灰基揮發分大幅提高，有利于燃燒，仍然是燃燒趨于穩定。另外，根據研究，油頁巖的飛灰表面粗糙程度很高，孔隙率非常發達，且存在很多表面龜裂（如圖2所示），呈絮狀結構[15]，有利于氧的滲透和加速燃燒，有利于穩燃。

2.2.2 燃盡指數Rj

從數據和圖中可以看出，此無煙煤為中等可燃盡煤種，燃盡指數隨著油頁巖摻配比例增加呈遞增趨勢（如圖3所示），說明隨著油頁巖的摻入，更易燃盡。主要是由于干燥無灰基揮發分大幅提高引起的變化。

圖1 Rw隨油頁巖摻配比例的變化趨勢圖

圖2 油頁巖飛灰掃描圖

圖3 Rj隨油頁巖摻配比例的變化趨勢圖

2.2.3 燃料沾污特性指數Ru1

從數據上看，此無煙煤為輕微沾污性煤，隨著油頁巖的摻入量增加，沾污指數逐漸增加，當摻入比例為3：7以上時，燃料表現為中等沾污特性（如圖4所示）。主要是由于堿金屬成分特別是Na2O含量的增加引起的沾污性加重。

2.2.4 結渣特性指數Rz

此無煙煤為嚴重結渣特性，隨著油頁巖的摻入在6：4的比例時，降入中等結渣特性，有所好轉，隨后隨著摻入比例增加，變化不明顯（如圖5所示）。這主要是受飛灰軟化溫度的影響比較大，結渣指數隨軟化溫度增加而減?。ㄈ鐖D6所示）。

圖4 Ru1隨油頁巖摻配比例的變化趨勢圖

圖5 Rz隨油頁巖摻配比例的變化趨勢圖

圖6 ST隨油頁巖摻配比例的變化趨勢圖

3 結語

油頁巖在我國的儲量高，是一種較好的替代能源。油頁巖的摻入對無煙煤的燃燒特性以及沾污結渣特性都有一定影響。隨著油頁巖摻入比例的增加燃料的燃燒穩定性以及燃盡特性有所好轉，燃料的沾污性略有加重，燃料的結渣性在無煙煤與油頁巖為6∶4的摻配比例時降到最低，之后趨于平穩。

通過油頁巖與無煙煤的摻燒特性研究，可為油頁巖與無煙煤的摻配提供一定的理論依據和估算方法。

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Characteristics Research of Blending Oil Shale with Anthracite

LI Jing1，2，JI Hai-hong1，BI Ming-xing3
（1.China Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Coal Quality Inspection and Metrological Center of China Huadian Corporation，Hangzhou 310030，China；3.Jiamusi Thermal Power Plant of Huadian Energy Corporation，Jiamusi 154005，China）

In order to further development of the area of oil shale application，the paper through the analysis of the composition of oil shale and anthracite，and on the basis of the theoretical calculation，analysed the anthracite and the oil shale by different blending ratio of steady combustion characteristics and burnout characteristics，fouling and slagging characteristics.Summed up the regular pattern of change，as shale ratio increases，stationary combustion characteristics and burnout characteristics index is rising，and slagging characteristics with shale incorporation，when anthracite coal and shale rise is 6：4，dropped from serious slagging characteristics of anthracite to moderate slagging characteristics.And the paper analysed the main influencing factors of the cause changes，provide theory basis for oil shale and anthracite of blending.

oil shale；anthracite；blending characteristics；stationary；combustion characteristics burnout characteristics；slagging characteristics

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.003

TQ534

B

2095-3429（2015）06-0007-04

2015-11-07

修回日期：2015-12-07

李晶（1982-），女，黑龍江五常人，碩士，工程師，主要從事煤炭加工利用研究工作。