4種無煙煤和1種石油焦燃燒特性的同步熱分析試驗研究

李長平

【摘 要】本研究在對4種無煙煤和1種石油焦試驗研究的基礎上，分析它們的燃燒特性以及其著火、燃盡特性。以熱分析曲線為依據，計算著火與可燃性指數以及燃盡特性指數，同時計算非等溫燃燒過程中的綜合燃燒特性指數。最終實驗結果表明，石油焦燃燒特性與無煙煤具有相似性，較低揮發分無煙煤比較容易著火、燃燒，而燃盡性能卻相對較差。

【關鍵詞】石油焦；燃燒；特性；無煙煤

前言

當前，裝機容量呈上升趨勢，原煤供應變得緊張，很多電站鍋爐實際用的燃煤與原本設計的相差甚遠，從而導致鍋爐排煙溫度和飛灰、爐渣含碳量都不斷升高，最終破壞了電廠燃燒經濟性[1]。除此之外，為了使煤炭資源得到深度利用，使用了大量煤矸石、劣質無煙煤等難燃燃料，這致使鍋爐燃燒經濟性被進一步降低，出現的燃燒不穩定、全爐膛滅火等已經嚴重阻礙了鍋爐的安全穩定運行。

1實驗

1.1煤種

本研究的對象是無煙煤A、B、C、D和1種石油焦，無煙煤A、B是極低揮發分無煙煤。根據表1，無煙煤中，揮發分最低的為A、B兩種無煙煤，約4.9℅，其次為C種無煙煤，對于D種無煙煤來說，它的發熱量雖然相對較低，但灰分最高。與無煙煤相比，石油焦自身的著特點即灰分低，燃盡性差，發熱量與固定碳含量相對較高。

1.2儀器與過程

本研究使用的儀器是STA449型同分析儀[2]，使用O2：N2是21：79的氣氛，100ml/min的流量對爐內燃燒進行實際模擬，同時要求25℃/min的升溫速度，30℃的起始溫度，1350℃的終止溫度，約10mg的樣品量以不得大于100μm的樣品細度。

在儀器的坩堝里置于規定量的樣品，然后加熱氧化、燃燒，但升溫的速率一定要恒定。與此同時要把不同溫度下樣品的具體情況進行詳細記錄，制成熱重曲線，然后使用Thermal Analysis 對數據分析，最后在比較無煙煤與石油焦的綜合燃燒特性等。

2結果

2.1TG與DTG曲線分析

從圖1、圖2中我們知道O2：N2是21：79。將燃燒劃分成三個階段：開始階段，在溫度上升的條件下，水分析出，因而內在水分不斷減少；其中階段，出現了著火，而且失重速率曲線呈現出非常明顯的下降趨勢，出現最大值；最后階段，可燃質已經幾乎被燃盡，此時失重速率曲線則趨于平緩。

無煙煤與石油焦既具有相似性，又存在一定差異性。根據失重曲線，這5種樣品失重呈現出明顯的順序性，第一個是石油焦，居于最后的是A、D兩種無煙煤，而揮發分析出的時間較早的樣品，它的初期著火燃燒效果也較好，因此，最易于著火燃燒的是石油焦。而失重速率曲線的差異同樣較為顯著，第一個達到最大失重速率的是石油焦，也就是說石油焦第一個達到快速燃燒區域，失重速率最大的是C種無煙煤，充分說明它在后期燃燒更加劇烈。所以，從失重曲線和失重速率曲線能夠對煤種的燃燒難易程度做出定性判斷，而定量判斷它的可燃特性、綜合燃燒特性、燃盡特性是無法做出的。

2.2著火與可燃性

通過熱重TG-DTG法對樣品的著火溫度進行判定。經過失重曲線上的峰值點畫一條垂線，然后經這條垂線和失重曲線的交點做失重曲線的切線，我們把這條切線和失重開始平行線相交的點規定為著火溫度Ti。從表2中可以看出，根據著火溫度由低到高排列分別是：石油焦、C、B、D 、A種無煙煤[3]，其中石油焦的著火性能最好。

通過可燃性指數對煤燃燒初期的反應能力進行研究。其中可燃性指數被標記為（dw/dτ）maxT2i。從表2可以看出，關于燃燒初期反應能力，相較于無煙煤，最強的是石油焦，然后是C種無煙煤，與它的著火溫度同樣具有一致性，D種無煙煤的著火溫度盡管不是最高的，但它的可燃指數小，充分證明火的溫度以及煤粉自身的構成都會影響煤粉燃燒初期的反應能力。

2.3燃盡特性

著火溫度、可燃性指數只是把燃燒初期的著火和燃燒特性顯現出來。然而在鍋爐燃煤的具體過程中，不僅要對這兩方面進行關注，可燃質的飛灰以及爐渣含碳量同樣也是判定這一過程是否具有經濟性的重要指標。即使爐型相同，不同可燃質的燃盡特性依然會存在很大差別。根據煤粉燃盡特性指數公式進行計算得出表3。從中我們可以看出，可燃性指數最大是C種無煙煤，它的燃盡性能最好，燃盡指數最小的是D種無煙煤以及石油焦，它們的燃盡性最差，石油焦的固定碳含量很高，空干基達到87.03%，因此它的燃盡時間延長，燃盡性能變差。對此，對煤化程度高且固定碳含量較大的煤時，需要調節配風，使爐膛溫度升高并且把燃盡沒從底層送入，從而使它的燃盡率提升。

2.4綜合燃燒特性

通過綜合燃燒特性指數SN對煤的著火與燃燒特性進行表征，并制定出表4。從表4中可以看出，B、C兩種無煙煤的綜合燃燒特性最好，然后以此為石油焦、D、A無煙煤。

3結論

本研究在對4種無煙煤和1種石油焦試驗研究的基礎上，分析它們的燃燒特性以及其著火、燃盡特性，所使用的儀器為STA449。同時又以熱分析曲線為依據，計算著火與可燃性指數以及燃盡特性指數，同時計算非等溫燃燒過程中的綜合燃燒特性指數。結果表明，石油焦燃燒特性與無煙煤具有相似性，較低揮發分無煙煤比較容易著火、燃燒，而燃盡性能卻相對較差，所以在使用過程應要注意。

參考文獻

[1]呂當振. 無煙煤與石油焦燃燒特性的對比試驗研究[J]. 湖南電力，2013，S2：38-40.

[2]廖正祝. 石油焦與煤混燒特性及動力學[J]. 潔凈煤技術，2013，06：71-75.

[3]顏淑娟. 無煙煤水煤漿燃燒特性和氣化特性研究[J]. 潔凈煤技術，2014，05：93-96.