非等温动力学研究煤的着火特性.pdf

第35卷第2期
煤炭转化
Vol 35 No. 2
2012年4月
COAL CONVERSION
Apr.2012
非等温动力学研究煤的着火特性
解风霞)张丹2)张欣欣2
摘要以乌煤和自洗蒙古媒为原料,采用TG-DTG法,应用非等温动力学方法研究了升温
速率和粒径对煤着火特性的影响,并得出两种媒燃娆过程的动力学参数,根椐渫燃烧产物释放特性
指数R的大小来确定煤的燃娆性能.在实验条件下得出以下结论:1)乌煤在升温速率较低时,挥发
分释放特性指数R值大,燃烧特性好,对煤着火有利;而升温速率对自洗蒙古煤的燃娆性能影响不
大;2)乌煤:粒径0.2mm~0.3mm失重量最大,粒径小于0.15mm和0.15mm~0.2mm失重量
基本一致,自洗蒙古牒:粒径0.2mm~0.3mm失重量最小,粒径小于0.15mm失重量和
0.15mm~0.2mm失重量基本一致;3)通过对两种煤燃浇过程的动力学分析,得出乌煤燃烧过程
的活化能高于自洗蒙古煤
关键词升温速率,粒径,着火特性,动力学
中图分类号TQ534
实验部分
煤的着火特性是煤的重要性质,了解和掌握煤1.1试剂和仪器
的着火特性对于正确掌握启动点火过程和正确运行
动态优化控制具有极其重要的作用,而且对于燃烧
乌煤和自洗蒙古煤由包头钢铁集团有限公司提
设备的启动燃烧器的容量设计有很大的指导意供,使用前在90℃恒温烘箱中烘干,用分样筛筛选
义.目前研究煤着火特性的主要方法有:1)通过
出粒径范围分别为<0.15mm,0.15mm~0.2mm,
测定助燃剂的消耗或燃烧产物CO和CO2等的生
2mm~0.3mm的样品.热分析仪器为瑞士梅特
成来反推煤的燃烧过程;2)小型流化床等实验台上
勒-托利多公司生产的TGA/SDTA851e型热重/差
测定;3)用热重技术检测煤燃烧过程的失重曲线来热同步热分析仪
硏究分析煤的燃烧特性.?热分析是国内外研究煤1.2实验方法
热分析仪器使用开口的70LA2O坩埚盛放
燃烧特性最常用的方法之一,是利用热天平研究煤
的质量随时间温度的变化,从而分析煤的燃烧过程
样品,样品质量约4mg,升温速率β分别为5C/min,
的一种方法.通过对热重曲线的处理,就可以得到
10C/min和15C/min线性升温,载气为高纯氧
些煤燃娆的特性值,如着火温度、燃尽温度、燃尽时气,流速20mL/min.热分析仪器的温度采用标准
间、最大失重温度和最大失重率等,通过这些数据纽属In和AI进行标定.实验数据用 origin8.0软件
合形成的判别指标,可以很好地对燃烧特性进行禪进行处理.
价.本研究以乌煤和自洗蒙古媒为原料,采用热2结果与讨论
分析技术(TG-DTG),根据挥发分释放特性指数R,
研究了升温速率和粒径对煤着火特性的影响.采用2.1升温速率对两种煤燃烧过程的影响
多重扫描速率法和等转化率法处理煤的燃烧过程的
以粒径为0.2mm~0.3mm的鸟煤和自洗蒙
热重曲线,根据非等温动力学模型得出两种煤燃烧古煤为例,探讨升温速率对两种煤燃烧过程的影响
过程的动力学参数:活化能、最可几机理函数以及速第62页图1为不同升温速率下鸟煤和自洗蒙古煤
率方程中的指前因子.这些基本数据对于把握煤的在氧气中燃烧的热重(TG和DTG)曲线,由图1可
橪烧特征和规律具有一定意义.
看出,在不同的升温速率下两种煤的燃烧过程基本
1)博士、副教投;2)硕士生,西安工程大学环境与化学工程学院,710048西安
收稿日期:2011-11-15;修回日期:2012-02-22
煤炭转化
2012年
致,整个燃烧过程一步完成.TG曲线和DTG曲线数煤,不同的升温速率对应的燃烧产物释放特性指数R
据(见表1)表明,燃烧的外推起始温度和峰值温度随变化不大,因此升温速率对它的燃烧性能影响不大
着升温速率的升高而向高温移动,在实验条件下燃烧
表2不同升温速率下兩种媒的热解特性參
的温度范围为370C~550C,失重率大于80%
Table 2 Combustion characteristic parameters of two
Temperature/℃
kinds of coal in different heating rate
Sample
Ts (du/dt)
△T/2R/108
4
810.51
458.0178.3923,6
2
-0.003bo
0,43
411.2
478.84137.515
-0.006
5375.230.24452.3179,587
41,80
0.468
0200040006000800010000
418.17
Temperature /C
600
2.2煤粉粒度对燃烧过程的影响
-0,000
实验筛选出粒径分别为0.2mm~0.3mm,
0.15mm~0.2mm,<0.15mm三种不同粒径的煤
-0.003
样,以升温速率为20C/min探讨了粒径对鸟煤和
-0.006
自洗蒙古煤燃烧的影响.三种不同粒径的乌煤和自
洗蒙古煤的TG和DTG曲线见图2.由图2可以看
0100020003000400050006000
出,乌煤粒径为0.2mm~0.3mm的失重率最大,
图1两种煤在不同升温速率下的TG和DTG曲线
燃烧最完全,当粒径小于0.2mm时失重率基本相
Fig 1 TG and DTG curves of two kimds of coal
同.而自洗蒙古煤粒径为0.2mm~0.3mm时失重
Wu coal; b-zixi Mongolia coal
率最小,燃烧不充分.这是由于两种煤的煤化程度和
5℃/min;2--10℃/min;3--15℃/min
化学组成不同,因而其燃烧特性有所差异.
Temperature/℃
表1不同升温速率两种艓燃烧过程的盪度范围
Table 1 Mass-loss temperature of two kinds of
0.000
oal in different heating
Endset
(C.min "1) temperature/C temperature/C temperature/C
-0.010
Wu coal
411.21
20040060080010001200140016001800
Temperature/ C
Mongolia
10
514.56
004006008001000
15
-0.000
在研究煤的燃烧过程中,煤燃烧产物释放特性
指数R能很好地反应煤的燃烧特性(见表2),R值
-0.
越大,煤的燃烧特性越好,R=(dzu/dt)nmax/(Tmx
△Ta2?T),其中(dru/dr)m为挥发分最大释放速
-0.010
度;Tm为最大释放速度对应的温度;△T12为
05001000150020002500
Time/s
(du/d)/(dru/dz)m对应的温度区间;T。为挥发分
初