稻秸與無(wú)煙煤混燃特性試驗(yàn)研究

張宏博

摘 要：采用熱重實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法，研究了稻秸、無(wú)煙煤和由兩者混合而成的混合燃料的燃燒特性。熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，稻秸的燃燒主要集中在燃燒前期，無(wú)煙煤的燃燒主要集中在燃燒后期，稻秸的著火溫度比無(wú)煙煤的低，著火指數(shù)比無(wú)煙煤的高；稻秸和無(wú)煙煤混燒時(shí)，燃燒過(guò)程分成兩個(gè)階段，隨著稻秸摻混比例的增加，燃燒提前；混合燃料的著火溫度和燃盡溫度與稻秸摻混比例呈現(xiàn)出線性關(guān)系，而著火指數(shù)與稻秸摻混比例呈現(xiàn)出二次方關(guān)系，稻秸的加入使難燃無(wú)煙煤能更好地著火和燃盡。

關(guān)鍵詞：稻秸；無(wú)煙煤；熱重實(shí)驗(yàn)

隨著社會(huì)的發(fā)展和人口數(shù)量的增加，人類(lèi)對(duì)能源的需求也在不斷地增長(zhǎng)。而由化石燃料的開(kāi)采和使用所帶來(lái)的社會(huì)和環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重。生物質(zhì)能源作為可再生能源，能夠部分緩解人類(lèi)對(duì)煤、石油、天然氣等不可再生資源的依賴。作為僅次于煤、石油和天然氣之后的第四大能源[1]，生物質(zhì)能存在能量密度低和季節(jié)性強(qiáng)的缺陷，純生物質(zhì)能的大規(guī)模工業(yè)項(xiàng)目很難有較高的收益，而通過(guò)生物質(zhì)和煤的混燒，可以解決很多單獨(dú)燃燒生物質(zhì)所遇到的問(wèn)題[2-4]。生物質(zhì)與煤混合燃燒技術(shù)，能充分利用現(xiàn)有技術(shù)與設(shè)備，是一種低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、大規(guī)模使用生物質(zhì)燃燒技術(shù)手段[5]。生物質(zhì)與煤混合燃燒已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，該技術(shù)已在火電廠中得到廣泛的應(yīng)用[6-7]，不同類(lèi)型生物質(zhì)和不同煤中的混燃特性對(duì)鍋爐的運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響，為了非富生物質(zhì)與煤混合燃燒研究?jī)?nèi)容，本文采用熱重實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法，研究了稻秸、無(wú)煙煤和兩者組成的混合燃料的燃燒特性，分析了稻秸摻混比例對(duì)混合燃料燃燒特性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)煤樣選取湖南產(chǎn)劣質(zhì)無(wú)煙煤和稻秸，原料煤粒徑為0.2 mm～0.4 mm，稻秸經(jīng)破碎后的粒徑為0.4 mm～1 mm，燃料工業(yè)分析和熱值分析如表1所示。用分析天平稱取煤樣和稻秸樣品，按生物質(zhì)分別占混合物總重量的5%，10%，15%和20%配比混合均勻，然后取15 mg～20 mg的混合燃料或純樣品進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)，分析不同摻混比例的混合燃料的著火和燃燒特性。

樣品的熱重分析實(shí)驗(yàn)采用德國(guó)NETSCH公司的STA-409 C/3F熱重分析儀，該儀器采用微機(jī)程序自動(dòng)控制，在100ml/min的空氣流量氣氛下，以10℃/min的升溫速率加熱，進(jìn)行試樣的TG和DSC/DTA分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 熱重分析實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)得到無(wú)煙煤、稻秸和不同摻混比例下的混合燃料的燃燒分布曲線（DTG/TG）如圖1所示。

從圖1中可以看出，由于無(wú)煙煤收到基水分和揮發(fā)分均很低，而固定碳含量很高，無(wú)煙煤的DTG曲線上只有一個(gè)明顯的失重峰，燃燒過(guò)程中揮發(fā)分的析出幾乎一直伴隨著煤焦的燃燒，從曲線上可以分析出該無(wú)煙煤是一種極難燃燒的煤。稻秸的DTG曲線上有兩個(gè)明顯的失重峰，分別為揮發(fā)分釋放燃燒峰及固定碳燃燒峰，燃燒主要集中在前期溫度較低的階段，這是由于稻秸的揮發(fā)分含量很高，在較低溫度即開(kāi)始燃燒并很快燃盡。不同稻秸摻混比例時(shí)，隨著摻混比例的增加，燃燒逐漸集中于前期階段，平衡了整個(gè)燃燒過(guò)程。

由DTG曲線得到各實(shí)驗(yàn)樣品的主要燃燒特性參數(shù)如表2所示。

表2中，Ti為著火溫度；Th為燃盡溫度，W1max為最大燃燒速率峰的最大燃燒速度；T1max為最大峰的最大燃燒速度所對(duì)應(yīng)的溫度。

由表2可以看出，無(wú)煙煤的著火溫度和燃盡溫度比稻秸分別高303.94℃和304.08℃，稻秸的最大燃燒速率峰的最大燃燒速度高達(dá)8.49 mg/min，這說(shuō)明稻秸的著火和燃盡溫度低、燃燒速度快。隨著稻秸摻混比例的增加，混合燃料的著火和燃盡溫度略有下降，燃燒速度越快。

2.2 著火特性

燃料的著火難易程度和著火性能的好壞可用著火特性指數(shù)來(lái)衡量[9]。著火特性指數(shù)可按式（1）計(jì)算

（1）

式中：Zi為著火特性指數(shù)，%2/（℃*min）；Vad為分析基揮發(fā)分，%；（dm/dt）max為最大燃燒失重速率，%/min；Ti為著火溫度，℃。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，帶入式（1）得到混合燃料不同混合比例的著火指數(shù)。混合燃料不同混合比例下的著火溫度、燃盡溫度和著火指數(shù)曲線如圖3所示。

從圖2中可以看出，無(wú)煙煤的著火溫度高達(dá)到了560℃，燃盡溫度為822.74℃，著火指數(shù)也很低，僅有0.042。稻秸著火溫度僅為256℃，燃盡溫度為518.66℃，著火指數(shù)很高，可達(dá)2.27。混合燃料的著火溫度、燃盡溫度與稻秸摻混比例呈現(xiàn)出很明顯的線性關(guān)系，而著火指數(shù)與稻秸摻混比例呈現(xiàn)出二次方關(guān)系。

3 結(jié) 論

稻秸的燃燒主要集中在燃燒前期，無(wú)煙煤的燃燒主要集中在燃燒后期，稻秸的著火溫度比無(wú)煙煤的低，著火指數(shù)比無(wú)煙煤的高；稻秸和無(wú)煙煤混燒時(shí)，燃燒過(guò)程分成兩個(gè)階段，隨著稻秸摻混比例的增加，燃燒提前；混合燃料的著火溫度和燃盡溫度與稻秸摻混比例呈現(xiàn)出線性關(guān)系，而著火指數(shù)與稻秸摻混比例呈現(xiàn)出二次方關(guān)系。稻秸以一定的比例摻入難燃無(wú)煙煤可以改善無(wú)煙煤的燃燒特性，稻秸的摻入量越大，混合燃料更易著火和燃盡。

參考文獻(xiàn)：

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