《節(jié)能技術(shù)》Vol.21, Sum.No.122第21卷,總第122期2003年11月,第6期ENERCY CONSERVATION TECHNOLOGYNov .2003 ,No.6基于熱重一紅外聯(lián)用方法的煤質(zhì)熱解特性分析蘇桂秋,盧洪波,崔暢林(東北電力學(xué)院動力工程系,吉林吉林132012)摘要;利用熱重-紅外聯(lián)用分析儀，對煤的工業(yè)分析、熱解過程進行實驗研究，同時用傅立葉變換紅外光譜儀對揮發(fā)分產(chǎn)物進行了實時分析,使煤的工業(yè)分析結(jié)果、熱解特性參數(shù)、熱解產(chǎn)物分析在一次實驗測定過程中同時獲得。關(guān)鍵詞:熱重;傅立葉變換紅外光譜儀;工業(yè)分析;熱解中圈分類號:TQ533文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1002- 6339 (2003) 06- 0028-03Analysis of Coal Pyrolysis Performance Base on TG - FTIR MethodSU Gui - qiu, LU Hong- bo,CUI Chang - lin(Depertment to Themal Power Engnering,Northest China lnte of Electie Power Enineing,Jitin 132012,Chin)Ahstract:The proximate analysis and the pyrolysis proces of coal are studied by means o the TG - FTR iteronetanalyzer. AI the samme time, the vltanmeters is analyed with the FTIR in the real tine. It showed that all these experi-mental results can be obtained at the same time in the proces of the experiment.Key wordsthemogravimetry ;fourier transform infared setroneterproxinte analysis;prolysis通過相應(yīng)管道載出系統(tǒng)。1引言氳氣」$氧氣煤是我國現(xiàn)階段的主要能源之一,也是電站鍋爐與工業(yè)鍋爐的主要燃料,如何有效利用煤這一不可再生能源,并且充分考i計算機"分析儀輸送管氣體池”一九外光清一甘舞機慮到對環(huán)境的影響,是人們普遍關(guān)注的問題。長期以來，人們一| 分析儀直在努力探索煤的反應(yīng)機理及燃燒的內(nèi)在規(guī)律，以期提高煤燃↑進樣燒的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性"),同時在對煤燃燒產(chǎn)物的環(huán)保處理?)以及新的潔凈燃燒技術(shù)的應(yīng)用上也進行了大量的研究工作(),而打印機所有這些研究都是建立在對煤燃燒的基本特性充分了解的基礎(chǔ)圈1熱重-紅外聯(lián)用分析測試系統(tǒng)上的?？梢岳脽嶂胤治龇▽γ旱臒峤馓匦赃M行研究(4.51 ,但其2.2 實驗條件熱解產(chǎn)物需要用其它儀器再進行二次分析。目前比較新的分析方法一熱重- 紅外聯(lián)用方法正引起人們的重視,熱重分析法輸送管溫度200C;氣體池溫度220C;氮氣流量80m/min; :(TC)是在程序溫度控制下,測量物質(zhì)質(zhì)量與溫度之間關(guān)系的方加熱速率50C/min;氧氣流量20ml/min; 煤樣:粒度< 0.2mm,空法;傅立葉變換紅外光譜儀(FIR)是- - 種時間響應(yīng)快、靈敏度高氣干燥基18土2mg;煤種:(1)團林子煤,(2)雞西煤,(3)七臺河的分析儀器。TC- FTR聯(lián)用的分析方法具有準(zhǔn)確、靈敏重現(xiàn)性煤,(4)彎溝煤,(5)舒蘭煤，(6)東盛煤。好可實時監(jiān)測等特點,它是當(dāng)前煤質(zhì)研究領(lǐng)城進行動態(tài)特性分2.3 實驗步驟析的新工具。本文就是在一定的條件下對不同煤質(zhì)進行了熱重煤的工業(yè)分析項目包括:水分Mad、揮發(fā)分Vad.灰分Aad及一紅外聯(lián)機實驗研究，表明該方法可以在一次實驗過程中同時固定碳FCad四項。實驗程序溫度采用GB212《煤的工業(yè)分析方獲得煤的工業(yè)分析、熱觶特性參數(shù)、熱解產(chǎn)物分析等結(jié)果。法)快速測定法的溫度。煤樣在氮氣條件下,從室溫升至150C2系統(tǒng)組成及實驗步驟(褐煤升溫至200%C)后恒溫10rmin, 在IG曲線上(參見圖2)得失重百分事WI,(W0- W1)為Mad;繼續(xù)升溫至900C恒溫7min, 得2.1實驗分析測試系統(tǒng)實驗分析測試系統(tǒng)如圖1所示,美國PE公司生產(chǎn)的熱重分失重百分率W2,(W1 - W2)為Vad;將溫度降至820C ,加入氧氣，析儀通過氣體輸送管和氣體池與紅外光譜分析儀連成一體,并恒溫40min或灼燒至恒重，測得剩余物質(zhì)質(zhì)量百分率R為Aed,分別與各自的控制、顯示打印設(shè)備相連，樣品的揮發(fā)分由氮氣(W2- R)為FCad。實驗過程中析出氣體由氮氣載入氣體池,由紅外光譜儀進行實時跟蹤分析。收稿日期2003-09-16 修訂稿日期 2003-10-163實驗結(jié)果與討論作者簡介:蘇桂秋(1967~ ).女,吉林永吉人,東北電力學(xué)院動力系能3.1工業(yè)分析與紅外光譜跟蹤分析源工程實驗室工程師.主要從事能源與動力工程方面的用TG法對不同的煤樣進行工業(yè)分析,其分析結(jié)果與常規(guī)國科研和實驗教學(xué)工作。28標(biāo)法的結(jié)果列于表1中。由表1可以看出,兩者的測試值吻合較練,在3710cm-1. 2354em-1處有CO2 吸收峰，在2180om~ '、好,誤差在實驗室規(guī)定的允許范圍內(nèi)。同時通過對煤樣的重復(fù)212em處有 ∞吸收蜂，在3575cm“處有H20吸收峰,在性實驗，發(fā)現(xiàn)TC法測得的工業(yè)分析結(jié)果具有很好的重現(xiàn)性。1340em-' 1167m~'處有sO2吸收蜂,在1734em-' 1600m '處有表1 TC法與國標(biāo)實驗法工業(yè)分析結(jié)果對照表幾基吸收峰,在2985cm-' .115cem~1、1470cm~處有其它烷烴的煤MadVadAa吸收蜂。舒蘭褐煤煤化程度低熱解氣體產(chǎn)物多,因此在圖4上TC/常規(guī)TG/常規(guī)同時顯示了多組分的紅外吸收峰。0.85/0.8616.25/16.69 48.7648.41 33.97/34.040.0141.24/1.3124.69/24.3642. 10/42.4631 .67/31.870.0120.90/1.0217.61/17.1141.86/42.2639.62/39.610.0100.0083.32/3.328.37/8.5737.06/37.49 50.8750.620.00610.4/10.531.68/32.02 2786/27.788 29.26/29.700.0041.51/11.729.66/30.0751.98/51.946.06/6.250.002-0.000-.由圖2的TC曲線、DnCG曲線、程序升溫曲線,可得出煤的下0.0021列熱解特性參數(shù)(如表2所示):40003500 3000.2500 20001500 1000(1)揮發(fā)分初析點(onset點)溫度、時間;團4舒蘭煤450C熱解產(chǎn)生氣體的紅外光譜(2)揮發(fā)分最大釋放速度即DTG曲線峰值(dW/dt)x;3.2 不同實驗煤種的熱解特性(3)對應(yīng)于(dW/dt)m的溫度Tma時間;由圖5可見,不同煤種在相同的升溫速率(50C/min)下熱解(4)(dW/d)/(dW/dt)m = 1/3的溫度區(qū)間OTlsi時,揮發(fā)分析出時間、析出溫度、最大釋放速度均不相同。(5)揮發(fā)分釋放特性指數(shù)D。D= (aw/d)m/(Tm * OTis),其中(dW/dt)m越大,揮發(fā)分釋放越強烈;Tm越低.ATs越小，揮發(fā)分的釋放高峰出現(xiàn)得就越早、越集中,對著火也就越有利;反之則越不利于著火。D是0t一個綜合判定指數(shù), D值越高,煤的著火溫度越低,煤的著火性王80能就越好。、J06TGDTG5VpTC2600區(qū)60、 W210152025 27400 401408351團5不同媒種50C/min升溫速率下的熱解TC、DTG曲線F 20表2列出了不同實驗煤種的熱解特性參數(shù)，其中褐煤揮發(fā)分析出快、溫度低、D值較高,煤的著火溫度較低;對于無煙煤，10 2030，40，5060 7075由于揮發(fā)分含量較低,很難析出，D值較低,煤的著火溫度高,一般D >2E - 06時煤的著火性能較好,不存在著火困難,本實驗圈2程序溫度曲線及舒 蘭煤的TC.DmG曲線得到舒蘭煤的D值為2E-5。由F]1R實時跟蹤實驗獲得的紅外三維譜圖如圖3所示,可表2不同煤種的熱解特性參數(shù)(升溫速率為 50C/min)以驗證實驗的四個階段:水分析出;揮發(fā)分析出,譜圖上有明顯煤種↓TmaTuaD的吸收峰出現(xiàn)，出峰最強點與DIG曲線峰值點相應(yīng),檢測時間無487.6818.77 0.7621 5s4.18276.95 5E-06明顯滯后;固定碳燃燒,加人氧氣后2385 ~ 2296m~ '處存在C02、455.93 18.13 1.4611 514.33 150.20 2E-05co的強烈吸收峰;燃盡階段,無吸收峰。446.0317.93 0.6310 515.63 246.45 5E -06由FTIR檢測可知，煤在揮發(fā)分物質(zhì)析出后，加入氧氣使固433.2817.68 0.2306786.78 432.7 7E-07定碳燃燒的過程中產(chǎn)生的氣體只有CO2,而對環(huán)境造成污染的其403.9317.09 1.4135 483.08 192.00 2E-05它氣體在熱解過程中基本釋放完畢。因此實驗著重分析煤在406.4317.14 0.7756 489.83 291.85 5E- 069009前的熱解過程中氣體的釋放信息。105s冒80-10三升溫速*60- 1.5C/min2. 50C/ain-20室3. 100C/mint -2510 十4.200/min00400600800 9008Tenoperature(C)圈6不同升溫速率雞西煤的TG、DIC曲線13500 300 200 2000 1590 10003.3升溫速率對IG曲線的影響圈3舒蘭煤實驗過程的紅外三維諶圖實驗研究了幾種不同升溫速率(5C/min、50C/min、100/舒蘭褐煤的揮發(fā)分含量較高,在450C時熱解產(chǎn)生的氣體紅min, 200/ min)對煤熱解TG曲線的影響(圖6)。由圖6可以看外光譜(圖4)上可以看出,在3015cm-'、1304cm- '處有CH吸收出,隨升溫速率的增大，DTC曲線峰值加大，反應(yīng)的起始溫度和29終止溫度均增高,TG曲線向高溫側(cè)移動,產(chǎn)生熱滯后現(xiàn)象。因煤的熱解過程是煤燃燒、氣化、液化的初級階段,煤的熱解為煤的熱解是吸熱反應(yīng),同時煤的導(dǎo)熱性能差,故反應(yīng)的進行和特性如揮發(fā)分析出時間、析出溫度、析出過程等都是與鍋爐設(shè)計揮發(fā)分的析出需要- -定的時間。當(dāng)升溫速率增加時，由于部分和運行密切相關(guān)的特性指標(biāo)，研究煤的熱解特性可以對煤在鍋樣品來不及揮發(fā)部分結(jié)構(gòu)來不及分解,需要在更高的溫度下?lián)]爐內(nèi)有效燃燒以及煤的熱加工等提供依據(jù)。發(fā)和分解,而產(chǎn)生熱滯后現(xiàn)象。實驗還發(fā)現(xiàn)熱滯后現(xiàn)象并不與參考文獻升溫速率成正比增長，當(dāng)升溫速率過快時,TC曲線的起始溫度[1)李晗，黃怡民,于洪彬等.爐膣濫度對肩球狀型媒著火時間影響和終止溫度增高反而不明顯。升溫速率過快DTG曲線出現(xiàn)明顯實驗研究[J].節(jié)能技術(shù)2003,21(1);32 33.的雙蜂，析出物質(zhì)開始發(fā)生變化。隨升溫速度的增加煤樣總失[2)安晶.李振華.工業(yè)鍋爐的煙氣脫硫技術(shù)(J].節(jié)能技術(shù)2003.21重量開始增加。(4):35- 37.[3)宋行強,楊冬,馬振興.鍋爐潔凈燃煤新方案- -分離燃燒[J].4結(jié)論節(jié)能技術(shù),2003,21(3):6-7.采用IG法對煤進行的工業(yè)分析結(jié)果與國標(biāo)法測定值相符,[4]朱學(xué)棟朱子彬等.煤化程度和升溫速率對熱分解影響的研究并且具有很好的重現(xiàn)性。實驗可以與熱解過程同步完成，分析[J].煤炭轉(zhuǎn)化，19922(2):40-470[5]聶其紅,樸紹增等.禍煤混煤燃燒特性的熱重分析法研究[J].燃方法比國標(biāo)測定過程簡單、省時高效,并能獲得多項熱解參數(shù)。燒科學(xué)與技術(shù),2001.7<1):72-76.熱重-紅外聯(lián)用方法,可以對IG法熱解實驗過程中產(chǎn)生的[6)孫學(xué)信.燃煤鍋爐燃蟯實驗技術(shù)與方法[M].北京:中國電力出氣體進行FTR實時跟蹤分析,沒有滯后和返混現(xiàn)象，因此TC-版社,2001.FTIR聯(lián)用方法可以作為一種更準(zhǔn)確方便、快速的研究煤質(zhì)動態(tài)(7)朱之培.高晉生.煤化學(xué)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1984.特性分析方法為研究者使用。(上樓第25頁)表3。3哈三電廠粉煤灰品質(zhì)評定從表3可以看出;從每立方米產(chǎn)品投資額看,排序為:加氣混從粉煤灰的物理.化學(xué)性能分析和粉煤灰的各項性能指標(biāo)凝土<砌筑水泥<粉煤灰燒結(jié)磚<粉煤灰免燒磚<硅酸鹽密實中不難看出哈三電粉煤灰燒失量極低,活性siO2和AI20含砌塊<粉煤灰地面磚<粉煤灰硅酸鹽水泥。每立方米產(chǎn)品用灰量排序為:粉煤灰地面磚>粉煤灰免燒量高達83.25% ,粒徑大部分集中在15 ~ 75uan之間，lym左右的磚>粉煤灰砌筑水泥>硅酸鹽密實砌塊>粉煤灰加氣混凝土>超細(xì)微粒很少。由此可見,哈三電廠的粉煤灰屬于優(yōu)質(zhì)低鈣灰。粉煤灰燒結(jié)磚>粉煤灰硅酸鹽水泥。4哈三電廠 粉煤灰綜合利用方案的優(yōu)化每立方米產(chǎn)品利稅排序為:粉煤灰加氣混凝上>粉煤灰地粉煤灰利用的項目很多，如何選擇技術(shù)領(lǐng)先的、符合北方特面磚>粉堞灰燒緒磚>粉煤灰硅酸鹽水泥>粉煤灰硅酸鹽密實點和電廠要求的項目是至關(guān)重要的，在選擇項目前，首先對項目砌塊>粉煤灰砌筑水泥。進行綜合評價。綜合比較的方法是,將7種項目的5種指標(biāo)排序相加除以5本文對常用的7種粉媒灰綜合利用項目,從以下s個方面進后得到綜合排序,如表4所示。行評價:投資額、用灰量節(jié)灰場費節(jié)土地費、利稅;而后逐- -排表4的綜合排序為:粉煤灰砌筑水泥.粉煤灰地面磚+粉煤序,其中,投資額按從小到大，其余4項均為從大到小,結(jié)果詳見灰加氣混凝土+粉煤灰免燒磚+粉煤灰燒結(jié)磚◆粉煤灰硅酸鹽衰3幾種利用途徑逐項評價結(jié)果密實砌塊+粉煤灰硅酸鹽水泥。投資額用灰量節(jié)灰場費節(jié)土地費利稅名稱單位制排序單位用kg灰/m2元/m2品投資灰投資制晶制品粉煤灰加氣混凝土9014.705粉煤灰硅酸鹽水泥1208504.S.1粉煤灰燒結(jié)磚10952粉煤灰地面磚45.7218765.6124.6粉煤灰砌塊97.515.30粉煤灰免燒磚68.557372.112.43粉煤灰砌筑水泥62.8400018.0裹4各利用途徑的總體評價(2)煤灰的應(yīng)用應(yīng)以分選灰為主，上兩套產(chǎn)150的分選裝項目名稱分綜合排序置，配套-臺日產(chǎn)20的超細(xì)磨.生產(chǎn)I級灰，可以給電廠帶來3.可觀的效益。6(3)上-條年產(chǎn)30萬立方米的陶粒生產(chǎn)線,配套- -條年產(chǎn)30萬立方米的砌塊生產(chǎn)線,一年將可消耗掉近40萬噸粉煤灰;粉煤灰硅酸鹽密實砌塊520萬噸千灰可以作為水泥廠的混合材。([1]何鳳山.必須重視粉煤灰的綜合利用[J].粉煤灰綜合利用200(1):47-48.5結(jié)論(2)梁天仁.粉煤灰中各類顆粒的分選方法 概述(J].硅酸鹽學(xué)報.1984.(4):13- 15.(1)哈三電廠粉煤灰燒失量極低,活性SIO2和AI2O3含量高[3)袁潤章.粉煤灰的組分、結(jié)構(gòu)及其特性(J]硅酸鹽建筑制品，達83.25% ,粒徑大部分集中在15 ~ 75ym之間，lum左右的超細(xì)1982,(6):24- 28.微粒很少,屬優(yōu)質(zhì)低鈣灰。30●