摻混比對(duì)混煤燃燒特性的影響實(shí)驗(yàn)研究

摘 要

摘 要： 采用熱重分析儀，對(duì)3種單煤以及不同摻混比(質(zhì)量比)下兩兩摻混的混煤進(jìn)行了熱重分析實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)不同摻混比混煤的著火溫度、可燃特性、穩(wěn)燃特性、燃盡特性及綜
摘 要： 采用熱重分析儀，對(duì)3種單煤以及不同摻混比(質(zhì)量比)下兩兩摻混的混煤進(jìn)行了熱重分析實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)不同摻混比混煤的著火溫度、可燃特性、穩(wěn)燃特性、燃盡特性及綜合燃燒特性等進(jìn)行了探討。按一定比例摻混，可有效改善燃煤的燃燒特性。
關(guān)鍵詞： 混煤； 摻混比； 熱重分析； 著火溫度； 燃燒特性； 可燃特性； 穩(wěn)燃特性；燃盡特性； 綜合燃燒特
    Abstract：The experiments of three kinds of single coals and their binary blends with different mixing ratios(mass ratio)are performed by thermo-gravimetric analyzer． According the experimental resuhs，the ignition temperature，combustibility，stable combustion characteristics．Burn-out characteristics and comprehensive combustion characteristics of the blended coals with different mixing ratios are discussed．The combustion characteristics of coals are improved effectively by mixing them in suitable proportions．
Key words：blended coal； mixing ratio；thermo-gravimetric analysis； ignition temperature： combustion characteristics； combustibility； stable combustion characteristics： burn-out characteristics； comprehensive combustion characteristics
 
    目前，由于我國(guó)煤炭運(yùn)輸能力不足以及國(guó)家要求火電站盡量燃用低品位煤，因此火電廠往往燃用混煤。有資料表明，混煤的配置對(duì)煤粉的著火、燃盡、結(jié)渣、污染物的形成等有著重要影響[1-4]。因此，有必要對(duì)混煤的燃燒特性進(jìn)行實(shí)研究。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)摻混比對(duì)混煤燃燒特性的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
1 實(shí)驗(yàn)煤種和實(shí)驗(yàn)條件
    國(guó)電湖南寶慶煤電有限公司2×660 MW火力發(fā)電機(jī)組采用DG2070/25.4-Ⅱ9型超臨界前后對(duì)沖火焰煤粉鍋爐，根據(jù)設(shè)計(jì)煤種及熱力計(jì)算的混煤參數(shù)范圍，結(jié)合邵陽(yáng)及周邊地區(qū)煤源情況(煤質(zhì)、產(chǎn)量等)及電廠實(shí)際進(jìn)煤情況，從所采煤樣中選取了3種單煤分別進(jìn)行單煤樣和混煤樣的熱重分析實(shí)驗(yàn)。通進(jìn)一步分析計(jì)算，獲得各煤樣的可燃性指數(shù)、穩(wěn)燃性指數(shù)、煤焦判別指數(shù)、綜合燃燒特性指數(shù)等燃燒特性判別指標(biāo)，并據(jù)此獲得適合的摻混比。
 ①實(shí)驗(yàn)用煤
實(shí)驗(yàn)用煤為烏峰煤、石下江煤、新東煤3種單煤，將烏峰煤分別與石下江煤、新東煤按不同比例摻混[5] 。
各煤樣的成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))見(jiàn)表l。由表1可知，烏峰煤揮發(fā)分最低，灰分最高。各種混煤編號(hào)及摻混比(質(zhì)量比)見(jiàn)表2，其中混煤1～5為烏峰煤與石下江煤的混煤，混煤6～10為烏峰煤與新東煤的混煤。
 

 
②實(shí)驗(yàn)儀器及目的
實(shí)驗(yàn)采用STA449F3型熱重分析儀，在設(shè)定的程序下，定量測(cè)試煤樣的質(zhì)量、溫度的變化，通過(guò)專(zhuān)用軟件得出煤樣燃燒的TG、DSC曲線，并對(duì)TG曲線進(jìn)行微分平滑處理可以得到DTG曲線[6]。然后對(duì)曲線進(jìn)行分析，得出計(jì)算所需的參數(shù)：著火溫度、最快燃燒溫度、燃盡溫度、可燃質(zhì)量等。
TG曲線反映燃燒過(guò)程中煤樣失重量(率)隨溫度(時(shí)間)的變化，DTG曲線反映燃燒過(guò)程中煤樣失重速率隨溫度(時(shí)間)的變化，DSC曲線反映燃燒過(guò)程中煤樣與參比物之間的能量差隨溫度(時(shí)間)的變化。
③實(shí)驗(yàn)條件
工作溫度：室溫至l l50℃。實(shí)驗(yàn)升溫速率：20℃/min。氣氛條件：模擬空氣環(huán)境(氮?dú)饬髁?0mL/min，壓力0.05 MPa；氧氣流量10 mL/min，壓力0.03 MPa)。實(shí)驗(yàn)煤樣質(zhì)量：(10±1)mg。煤樣粒徑(過(guò)200目篩)<74μm。
2 TG、DTG曲線及燃燒特性參數(shù)
    ①TG、DTG曲線
實(shí)驗(yàn)得到各煤樣的TG、DTG曲線，分別見(jiàn)圖1～4。
 

②燃燒特性參數(shù)
采用較常用的TG—DTG法來(lái)確定煤樣的著火溫度。在DTG曲線上，過(guò)峰值點(diǎn)A(點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的溫度為T(mén)max)作垂線與TG曲線交于點(diǎn)B，過(guò)點(diǎn)曰作TG曲線的切線，該切線與過(guò)失重開(kāi)始點(diǎn)的水平線的交點(diǎn)C所對(duì)應(yīng)的溫度定義為著火溫度[7] （見(jiàn)圖5）。
 

 
    取點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的失重速率的50%，與點(diǎn)A左側(cè)DTG曲線交點(diǎn)D，過(guò)點(diǎn)D作水平線與點(diǎn)A右側(cè)DTG曲線交與點(diǎn)E，得到ΔT、ΔTh，見(jiàn)圖5。主要燃燒特性參數(shù)見(jiàn)表3。

由表3可知，烏峰煤著火溫度最高，石下江煤著火溫度最低，新東煤著火溫度居中?；烀旱闹饻囟冉橛趦煞N單煤的著火溫度之間，而且隨著某種單煤比例的增加，混煤的著火溫度逐漸向該煤種的著火溫度靠近。 
 3燃燒特性指標(biāo)分析
①可燃特性
采用可燃性指數(shù)Cb對(duì)煤樣的可燃特性進(jìn)行判斷[8]?？扇夹灾笖?shù)Cb的定義式為：

 式中Cb一——可燃性指數(shù)
可燃性指數(shù)Cb主要反映煤樣燃燒前期的反應(yīng)能力，該值越大，表明可燃性越好。各煤樣的可燃性指數(shù)Cb見(jiàn)表4。由表4可知，單煤樣中，石下江煤、新東煤的可燃性較好，烏峰煤的可燃性較差?；烀旱目扇夹曰窘橛趦煞N單煤的可燃性之間，且隨著某種單煤比例的增加，混煤的可燃性指數(shù)Cb逐漸向該煤種靠近。烏峰煤與石下江煤按2:8摻混時(shí)，混煤的可燃性明顯變好。
②穩(wěn)燃特性
采用穩(wěn)燃性指數(shù)G對(duì)煤樣的穩(wěn)燃特性進(jìn)行判斷[8]，穩(wěn)燃性指數(shù)G的定義式為：

 
式中G——穩(wěn)燃性指數(shù)
   穩(wěn)燃性指數(shù)G主要反映煤樣后續(xù)燃燒情況，該值越大，表明燃燒穩(wěn)定性越好。各煤樣的穩(wěn)燃性指數(shù)G見(jiàn)表4。由表4可知，單煤樣中，石下江煤及新東煤的穩(wěn)燃性較好，烏峰煤的穩(wěn)燃性較差?；烀旱姆€(wěn)燃性基本介于兩種單煤的穩(wěn)燃性之間，隨著某種單煤比例的增加，混煤的穩(wěn)燃性向該煤種穩(wěn)燃性靠近。因此，按一定的比例摻混穩(wěn)燃性能好的煤種可有效改善混煤的穩(wěn)燃性能。
③燃盡特性
煤在著火后燃燒速率越高，越容易形成較高的燃燒溫度，燃燒越穩(wěn)定，在一定的停留時(shí)間內(nèi)燃盡程度也越高。
    △T所對(duì)應(yīng)的DTG曲線所包圍的面積為煤焦可燃質(zhì)聚積燃燒份額，△T越大，煤焦可燃質(zhì)聚積燃燒份額越多?！鱐h/ΔT表示煤焦后期燃燒的聚集程度，它可問(wèn)接反映煤焦后期燃燒的快慢?！鱐h/ΔT越短，表明煤焦燃盡所需時(shí)間越短，煤種后期燃燒所需的時(shí)間越少；反之，后期燃燒所需時(shí)間越長(zhǎng)，燃盡情況越差?？捎妹航古袆e指數(shù)Hj來(lái)判別煤粉燃燒的燃盡特性[9]。煤焦判別指數(shù)Hj的定義式為：

式中Hj——煤焦判別指數(shù)
煤焦判別指數(shù)Hj反映了煤的燃盡性能的優(yōu)劣，其值越大，表明燃盡性能越好。各煤樣的煤焦判別指數(shù)Hj見(jiàn)表4。由表4可知，烏峰煤的燃盡性能最好，新東煤居中，石下江煤最差。由不同摻混比混煤的煤焦判別指數(shù)可知，摻混燃盡性能好的煤種可有效改善混煤的燃盡特性。
④綜合燃燒特性
為了全面評(píng)價(jià)煤樣的燃燒情況，采用綜合燃燒特性指數(shù)SN。對(duì)煤樣的綜合燃燒情況進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。綜合燃燒特性指數(shù)SN的定義式為：

式中SN——綜合燃燒特性指數(shù)
    SN越大，說(shuō)明煤的燃燒特性越佳。各煤樣的綜合燃燒特性指數(shù)SN見(jiàn)表4。由表4可知，新東煤綜合燃燒特性最好，石下江煤次之，烏峰煤最差。烏峰煤與石下江煤2:8摻混時(shí)，混煤的綜合燃燒特性明顯變好。總體而言，摻混綜合燃燒特性好的煤種可有效改善混煤的燃燒特性。
 

4結(jié)論
①隨著摻混比的改變，混煤的可燃性指數(shù)、穩(wěn)燃性指數(shù)、燃盡指數(shù)、綜合燃燒特性指數(shù)等燃燒特性評(píng)價(jià)指標(biāo)均會(huì)發(fā)生一定的變化，變化基本處于兩種單煤的燃燒特性評(píng)價(jià)指標(biāo)之間。
             ②通常情況下，隨著某種單煤比例的增加，混煤的燃燒特性指標(biāo)逐漸向該煤種靠近。
    ③按一定比例摻混燃燒特性好的單煤可有效改善混煤的燃燒特性。當(dāng)烏峰煤與石下江煤按質(zhì)量比2:8摻混時(shí)，混煤的燃燒特征指標(biāo)突出。
 
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本文作者：楊 威l， 鄢曉忠l， 張 輝1， 王 焱1， 劉定軍2，
陳紹龍2， 張藝漫l
作者單位：1．長(zhǎng)沙理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院；
2．國(guó)電湖南寶慶煤電有限公司
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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