第32卷,總第188期《節(jié)能技術(shù)》Vol 32 Sum. No. 1882014年11月,第6期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYNov.2014,No.6錫林浩特褐煤燃燒特性熱重分析趙炬明(東北電力設(shè)計(jì)院國(guó)際分公司,吉林長(zhǎng)春130021)摘要:利用熱重分析儀獲得了升溫速率分別為10K/mn、30K/min、50K/min和70K/min下錫林浩特褐煤的燃燒失重特性曲線,計(jì)算了著火溫度、燃盡溫度、最大失重速度等燃燒特性參數(shù)。采用Coas- Redfern法計(jì)算出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù):活化能E和頻率因子A。結(jié)果表明,隨著升溫速率升高,其著火溫度降低,燃盡時(shí)間增加。關(guān)鍵詞:褐煤;燃燒;熱重分析中圖分類號(hào):TK6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào):1002-6339(2014)06-0527-03Thermogravimetric Analysison Combustion Characteristicsof Xilinhaote LigniteZHAO Ju-mingNortheast Electric Power Desing Institute, Changchun 130021, China)Abstract: The combustion characteristics of Xilinhaote lignite were studied by thermogravimetric analysisat different heating rate(10 K/min, 30 K/min, 50 K/ min and 70 K/min). The initiation point, burnouttime, burnout temperature and maximum weight loss rate were calculated with the test date. The kineticparameters, activation energy E and frequency factor A, were studied by Coats-Redfern thermalanalytical method. Results show the burnout time increases and the ignition temperature decresaes with risingheating rateKey words: lignite; combustion; thermogravimetric analysis0引言析煤燃燒反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)特性,為煤燃燒利用提供有價(jià)值的信息4。我國(guó)褐煤儲(chǔ)量豐富,利用方式以燃燒為主,研究錫林浩特褐煤是我國(guó)內(nèi)蒙古地區(qū)的典型褐煤,褐煤燃燒特性具有重要意義。熱重分析廣泛用于煤本文釆用熱分析方法,分析了該煤種的燃燒特征參燃燒特性研究-3,通過熱重曲線分析可以獲得著數(shù),進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算。火溫度、燃盡溫度、最大失重溫度、最大失重速率等特征參數(shù)通過計(jì)算反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)可以進(jìn)一步分1熱天平實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)樣品選取和制備收稿日期2014-09-16修訂稿日期2014-10-23將采集的錫林浩特(XLHT)褐煤研磨、篩分,?；痦?xiàng)目國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2028BA2B03):河北省教度為140目(109μm)以下,密封保存。煤粉樣品工作者筒介:矩明(190-),男本科,高級(jí)工程師,主要從事能業(yè)分析和元刻中國(guó)煤化工源工程設(shè)計(jì)研究。CNMHG表1錫林浩特(XLHT褐煤工業(yè)和元素分析煤種業(yè)分析%元素分析d%XLHT35.2646.766.7911.1921134.072.204.9521.450.301.2實(shí)驗(yàn)工況熱重分析儀為瑞士 Mettler- Toledo公司生產(chǎn)2--30K/min3--50K/min的TGA/SDT85le型熱重分析儀。實(shí)驗(yàn)中,將15mg左右的煤樣置于熱天平坩堝中,用50mL/min的氮?dú)獯祾邿崽炱?整個(gè)吹掃過程進(jìn)行30min后充分排出反應(yīng)系統(tǒng)中的雜質(zhì)氣體,然后以20K/min加熱到378K,恒溫5min,除去樣品中的水分,然后通入氧氣,以不同加熱速率加熱至1273K,最后在1273K繼續(xù)通人30%、50mL/min氧氣并恒溫5min。升溫800100012001400速率分別為:10K/min、30K/min、50K/min和70min圖1不同升溫速率下的TG曲線由于從室溫升溫到378K階段只是為了脫除外在水分,而對(duì)于煤粉而言,溫度達(dá)到1273K時(shí)燃燒已趨于反應(yīng)完全,達(dá)到1273K之后再恒溫一段時(shí)間,是為了使反應(yīng)更充分。因此這兩個(gè)階段在數(shù)據(jù)分析的過程中可以不考慮。以下曲線均為對(duì)由378K以不同的升溫速率加熱至1273K的反應(yīng)階段的EE8三分析。即378K時(shí)的重量為燃燒樣品的初始重量,11--10K/min273K為燃燒終點(diǎn),此時(shí)的重量為燃燒樣品的最終2--30K/min3--50K/min重量。4--70K/min2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析10001200140由熱重曲線及數(shù)據(jù),可得到某一時(shí)刻反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率6,即某一時(shí)刻試樣減少的質(zhì)量與達(dá)到實(shí)驗(yàn)終圖2不同升溫速率下的DTG曲線溫時(shí)試樣的總損失質(zhì)量之比由圖1、圖2可知,升溫速率在一定程度上改變了煤的分解歷程,升溫速率會(huì)影響到某一溫度時(shí)煤(1)樣的剩余質(zhì)量,升溫速率越高在某一溫度時(shí)剩余質(zhì)式中m—樣品失水結(jié)束的質(zhì)量;量越大;同時(shí)隨著升溫速率的提高,燃燒失重速率明m1某一時(shí)刻樣品的質(zhì)量;顯增大,完成整個(gè)燃燒的時(shí)間會(huì)相應(yīng)縮短。m。—反應(yīng)結(jié)束時(shí)樣品的質(zhì)量。而從表2里的數(shù)據(jù)可以看到,在4個(gè)不同的升由試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得樣品在4個(gè)升溫速率下的燃燒溫速率下,煤樣的著火溫度(確定方法見文獻(xiàn)[7])特性參數(shù)如表2所示。具有特定的規(guī)律,即隨著升溫速率的增加,著火溫度表2不同升溫速率下的燃燒特性參數(shù)降低。這說明當(dāng)升溫速率提高時(shí),煤粉著火提前,著燃燒反應(yīng)速度峰值火溫度隨之降低漸趨明顯。升溫速率對(duì)最大失重速升溫速率最終失重著火溫度燃盡溫度(du/dr)率的影響很大,隨著升溫速率的增加,最大失重速率T:/K TL/KK增大,燃盡溫度(燃燒失重量為總失重量的98%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度)隨之增大,這是因?yàn)樯郎厮俾试酱?88.19590.57852從室溫加熱到反應(yīng)終點(diǎn)溫度所需時(shí)間越小,雖然溫5088.02573.3100318.0度高,但時(shí)間不夠,沒有燃盡,而且在高溫條件下,燃燒處于擴(kuò)散中國(guó)煤化工混合過程就顯得燃盡溫YHCNMHG528·Cumming9、劉輝等人的研究也表明一級(jí)反3燃燒動(dòng)力學(xué)分析應(yīng)可以很好地描述煤粉熱天平燃燒反應(yīng)過程,燃燒本文采用 Coats- Redfern方法積分,反應(yīng)選擇反應(yīng)在不同反應(yīng)區(qū)間存在多段表觀活化能的現(xiàn)象,一級(jí)反應(yīng)機(jī)理函數(shù),求解錫林浩特褐煤熱解反應(yīng)說明反應(yīng)溫度增加,燃燒過程遵循不同的反應(yīng)機(jī)理,的動(dòng)力學(xué)參數(shù),見表3。這和本文的研究結(jié)果是一致的。表3煤樣燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)升溫速率′溫度范圍/失重份額頻率因子相關(guān)系數(shù)擬合直線公式K·minlAkJ·mol-559-695y=-7886.7x-1.652815104.065.5710695-8442319.6x-9.380.8354529-73152.76869.40.995731-820y=-4959.1x-6.6495513-738y=-4688.9x-7.27310.9839738-932y=-2782.1x-10.0316.10.9993490-740y=-4115.7x-8.24020.9801740-1025y=-1867.3x-11.45147.371.415.520.9981[3]趙麗紅,楚希杰,辛桂艷煤熱解特性及熱解動(dòng)力結(jié)論學(xué)的研究[].煤質(zhì)技術(shù),2010,34(1):8-11(1)升溫速率在一定程度上改變了煤的分解歷[4]胡榮祖,高勝利,等.熱分析動(dòng)力學(xué)[M].2版北程,升溫速率會(huì)影響到某一溫度時(shí)煤樣的剩余質(zhì)量,京:科學(xué)出版社,2008升溫速率越高,著火溫度降低,煤粉著火提前;平均[5]熊友輝,孫學(xué)信動(dòng)力用煤及燃燒特性的研究手重量損失速率也隨之增大,燃燒反應(yīng)更加集中;最大段和方法[J].煤質(zhì)技術(shù),1998(9):27-316]王俊宏,常麗萍,謝克昌.西部煤的熱解特性及動(dòng)失重速率所對(duì)應(yīng)的溫度沒有很明顯的規(guī)律性;燃盡力學(xué)研究[]煤炭轉(zhuǎn)化,2000213):1-5溫度隨之增大。[7]祝文杰,周永剛,趙虹,等.用熱天平研究煤的燃(2)對(duì)燃燒反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)分析表明,錫林浩特?zé)匦訹J煤炭科學(xué)技術(shù),200,32(3):8-1褐煤熱天平燃燒反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng),燃燒反應(yīng)分為兩8]盧洪波,徐海軍.煤燃燒特性的熱重實(shí)驗(yàn)研究個(gè)階段,升溫速率升高,煤樣各段反應(yīng)的表觀活化能J.電站系統(tǒng)工程,200622(6:1-13降低。[9 J. W. Cumming. Reactivity assessment of Coals Via參考文獻(xiàn)a Weighted Mean Activation Energy[J]. Fuel, 1984, 63(10)[1]劉建忠,馮展管,張保生,等.煤燃燒反應(yīng)活化能1436-1440的兩種研究方法的比較[J].動(dòng)力工程,2006,26(1):121[10]劉輝,吳少華,趙廣播,等.煤粉粒度對(duì)元寶山褐124煤燃燒特性的影響[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,40(3):[2]朱群益,李瑞揚(yáng),秦裕琨,等煤粉燃燒反應(yīng)動(dòng)力419-422學(xué)參數(shù)的試驗(yàn)研究[J].動(dòng)力工程,2000,20(3):703-706(上接第522頁)Combust Flame, 1978(31): 53-60[3]Weber R, Orsino S, Lallemant N, et al. Combustion[7]Stone R, Clarke A, Beckwith P. Correlation for laminarof narural gas with high-tempersture air and large quantities of burning velocity of methane/diluent/ air mixtures obtained influe gas[ J]. Symp( Int)Combust, 2000: 1315-1321free-fall experiments[ J ]. Combust Flame, 1988(114): 546-55[4]馮耀勛,鄭曉峰,賈明生.預(yù)熱溫度對(duì)髙溫空氣/甲[8]Andrews GE, Bradley D. Determination of burning ve-烷擴(kuò)散火焰中NO生成的影響[J].節(jié)能技術(shù),2011,29(4): locity: a critical review[J]. 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