第24卷第3期Vol24 No. 32008年5月Power System Engineering13文章編號(hào):1005-006X(2008)03-0013-03型煤熱解過程的熱重分析研究沈陽(yáng)工程學(xué)院動(dòng)力系關(guān)多嬌摘要:采用Pris1TGA熱重分析儀研究了型煤的熱分解過程,探討了該過程對(duì)型煤燃燒特性的影響,并在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出了型煤揮發(fā)分釋放特性指數(shù)關(guān)鍵詞:熱重分析;型煤;熱解過程中圖分類號(hào):TQ533文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AThe Study on Briquette Pyrolysis by ThermograimetryGUAN Duo-jiaoAbstract: The pyrolysis process of briquette is performed by a Pyris-1 TGA thermograimetry. The influence ofcombustion characteristic due to this process is discussed, Calculating formula of the volatile indexes is put forward onthe basis of experiment studyKey words: thermograimetry; briquette; pyrolysis process煤是一種非均勻的復(fù)雜有機(jī)及無(wú)機(jī)物質(zhì)的組合體,而型的一個(gè)鉑絲吊籃,直接測(cè)量顆粒溫度。實(shí)驗(yàn)可以以氧氣、氮煤作為多煤種混合受壓形成的塊狀燃料,其熱分解過程非常氣、二氧化碳為載體,也可用氧氣和氮?dú)馀渲瞥刹煌鯕鉂鈴?fù)雜,會(huì)伴隨許多物理化學(xué)變化熱分解過程是型煤在燃燒、度的模擬空氣作載體氣化、液化、焦化轉(zhuǎn)換過程中的初級(jí)階段,對(duì)后續(xù)過程有著L3試驗(yàn)條件重大的影響。因此,加強(qiáng)型煤熱分解特性的研究對(duì)改善其燃升溫速率:50℃/min;工作溫度:從室溫到950℃燒特性,優(yōu)化燃燒過程至關(guān)重要。工作氣氛:高純氮(99999%9);流量是20 mL/min:煤粉1實(shí)驗(yàn)部分細(xì)度:20~40目篩分。工作初期為氮?dú)?后期為氧氣,隨著測(cè)試的進(jìn)行,爐子1.1試樣制備的溫度會(huì)逐漸上升,試樣的重量不斷減少,即可得到熱失重試驗(yàn)所用的各種單煤的煤質(zhì)分析如表1所示,其中雞西曲線TG,并由TGA整理出試樣的失重率(△G△D)隨時(shí)煤、團(tuán)林子煤和煤泥揮發(fā)分含量較高,焦炭粉、煤泥含灰量間的變化曲線(微分熱重曲線)DTG較大試驗(yàn)時(shí),先以50℃/min升溫至100℃,在此溫度下恒表1原料煤種的工業(yè)分析、元素分析和發(fā)熱量測(cè)定溫3min(此時(shí)水分將會(huì)失去),然后繼續(xù)以50℃/min升溫項(xiàng)目MM至950℃,恒溫7min,此時(shí)即得熱解特性曲線,見圖1。雞西煤9202.70290121.5846710.8905812.3037450782047團(tuán)林子煤631051325514595235085076703299553121.22焦炭粉169503556232.514091060007076053414610.57煤泥101208221821684605205308170235265482357將原料煤、添加劑、水按一定比例混合均勻,用壓餅機(jī)壓制成直徑10mm、厚5mm的型煤,自然風(fēng)干。由于熱重分析天平的坩堝直徑為5mm,在熱重分析前將型煤加工成直徑約4mm,厚3mm的小圓柱體。12試驗(yàn)儀器試驗(yàn)在美國(guó)珀金埃爾默( Perkin-Elmer)公司的 Pyris-1TGA熱重分析儀上完成。該儀器系統(tǒng)包括重量傳感器、鎳鉻熱電偶溫度傳感器、WD100溫度控制儀、聯(lián)想計(jì)算機(jī)和裝在一不銹鋼容器內(nèi)的兩個(gè)φ40mm×500mm硅碳管加熱元件。在硅碳管中間的重量感應(yīng)元件上懸掛一鉑金絲吊籃中國(guó)煤化工記錄試驗(yàn)期間樣品重量的變化。一熱電偶同時(shí)置于硅碳管中以測(cè)量爐內(nèi)氣流溫度。第二個(gè)加熱管內(nèi)包括與熱電偶相連CNMH收稿日期:20071205關(guān)多嬌(1978-)女,碩士,講師。沈陽(yáng),110036電站系統(tǒng)工程2008年第24卷煤的揮發(fā)分與熱解最終失重的關(guān)系見圖2由圖中可知,煤的揮發(fā)分與熱解最終失重幾乎成對(duì)角線關(guān)系,數(shù)值一一對(duì)應(yīng),說明可以直接用煤的炭化程度來預(yù)測(cè)熱解的結(jié)果。煤的最終失重與煤的揮發(fā)分有良好的相關(guān)性,這反映了煤的炭化程度對(duì)熱解的影響另外,從圖1(d)中可看出,焦炭粉的揮發(fā)分隨溫度升高而析出很緩慢,無(wú)揮發(fā)分集中釋放區(qū)域,揮發(fā)分是伴隨整個(gè)升溫過程而不斷釋放出來的,溫度升至950℃,揮發(fā)分還未釋放完畢,說明這種煤的著火和燃盡都比較困難,對(duì)于其它煤樣,在熱解的第三階段,其TG曲線在950℃時(shí)仍有下降趨勢(shì),說明試驗(yàn)所用煤樣的揮發(fā)分釋放過程可以一直持續(xù)到熱解結(jié)束,這對(duì)型煤著火和燃燒均有利為進(jìn)一步了解型煤在熱解和燃燒時(shí)揮發(fā)分的析出情況本文對(duì)比研究了型煤的熱分解曲線和燃燒曲線,如圖3所圖1熱解特性曲線2分析與討論21熱分解特性分析煤是一種復(fù)雜的高分子化合物,在惰性氣氛下,加熱至高溫,受熱而發(fā)生一系列的物理變化和化學(xué)反應(yīng),煤的熱解曲線可判斷煤中揮發(fā)分隨溫度升高析出的情況,圖1給出了各種煤試樣的TG、DTG熱解曲線。從這些曲線可以看出其熱解過程大致可分為3個(gè)階段,以雞西煤的熱解過程為例說明:50~200℃左右為第一階段,此階段內(nèi)主要是吸附氣體的脫除和脫羧基反應(yīng)階段,失重量大約占總失重的1%左右;此后有一段水平線,表明這一溫度區(qū)間幾乎沒有質(zhì)量損失,水平線可以持續(xù)到大約250℃:第二階段在250℃至大約800℃之間,發(fā)生強(qiáng)烈分解,TG曲線陡然下降,相應(yīng)的=DTG曲線則直線上升,達(dá)到最大值后,又直線下降,出現(xiàn)峰值的位置在4915℃,總失重約為23%,此階段主要是煤的解聚和分解反應(yīng),放出大量氣體和焦油,煤變成半焦;進(jìn)入熱解的第3階段,TG和DTG曲線都呈緩慢下降趨勢(shì),此圖3型煤的熱分解和燃燒過程曲線時(shí),主要是半焦縮聚成焦炭析出以甲烷和氫氣為主的氣體,在反應(yīng)的初始階段,熱分解曲線與燃燒失重曲線的初始時(shí)失重約為3.5%150℃以后出現(xiàn)水平線,表明失重已經(jīng)結(jié)間和溫度基本相同,燃燒的型煤質(zhì)量減少速度稍快于熱分束,TG和DTG曲線可以更加清晰地看出這種變化。解。這是由于燃燒實(shí)驗(yàn)中由于揮發(fā)分的燃燒,造成型煤周圍氣體溫度升高,通過環(huán)境氣體的熱輻射,使型煤表面溫度升高速度大于熱分解。根據(jù)熱分解和燃燒曲線容易看出,揮發(fā)料水分析出到燃燒結(jié)束時(shí)已基本完成,并且在煤焦燃盡前揮發(fā)分完全析出,熱分解過程中揮發(fā)分完全析出時(shí)間大于燃燒過程揮發(fā)凵中國(guó)煤化工媒內(nèi)的熱量CNMH耗能量,型煤中心溫度升分完全析出時(shí)間與揮發(fā)分燃燒結(jié)束時(shí)間的差值取決于型煤的物理特性。不同的研0煤樣的揮發(fā)分含量究者所使用的試樣的性質(zhì)不同,所以對(duì)燃燒過程的結(jié)論存在圖2最終失重與煤中揮發(fā)分含量的關(guān)系差異。本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,煤焦著火時(shí)(下轉(zhuǎn)第24頁(yè))年第24卷5運(yùn)行效果題,保證了鍋爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行通過對(duì)以上滅火措施的實(shí)施,從根本上改善了該鍋爐的參考文獻(xiàn)燃燒狀況解決了鍋爐高負(fù)荷滅火問題,至今未再發(fā)生滅火王春昌銅爐假滅火事故與火焰檢測(cè)器檢測(cè)位置相關(guān)性分析事故并且鍋爐效率也提高了12%NO排放降到630mg/m3中國(guó)電力2006,391)73~16(折算氧量O2=6%)以下2]孫丹萍,徐齊勝.420Ⅶh無(wú)煙煤鍋爐滅火原因分析及預(yù)防措施門動(dòng)力工程2006,26(3):383~3876結(jié)論[3]肖寶蘭,夏雅明,張成山.燃煤鍋爐滅火原因分析及相應(yīng)對(duì)策加強(qiáng)煤種的監(jiān)管和摻拌工作:火檢位置的改進(jìn):;磨煤機(jī){q張澤,吳少華姚政,等水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器調(diào)節(jié)特性的數(shù)值的改進(jìn);鍋爐燃燒器的改造;三次風(fēng)截流環(huán)的調(diào)整減少三次模擬及工業(yè)性試驗(yàn)研究中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),200020.(2)51~55風(fēng)速的偏差,測(cè)量設(shè)備及輔助設(shè)備的調(diào)整,爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)(5]朱群益,徐硯,姜文龍等百葉窗水平濃淡煤粉燃燒器濃淡氣流的調(diào)平,提高運(yùn)行人員的運(yùn)行水平,因此解決了鍋爐高負(fù)荷分配的試驗(yàn)研究動(dòng)力工程,2004,24(2)183~185滅火問題,同時(shí)也有效改善了鍋爐水冷壁高溫腐蝕、結(jié)焦問編輯:巨川上接第14頁(yè))揮發(fā)分并未完全析出,但煤焦燃燒開始后揮組分煤種必然相互影響,相互作用。熱分解的速率與型煤粒發(fā)分很快就析出完全度、組分煤種性質(zhì)(如揮發(fā)分的析出速度)及含量等因素都22揮發(fā)分釋放特性指數(shù)有關(guān)系。其中焦炭粉的揮發(fā)特性雖然最差,不能集中釋放從圖1中可以看出最明顯的特征參數(shù)有:揮發(fā)分初析溫但正是這種一直持續(xù)到熱解結(jié)束的揮發(fā)分釋放過程,有力地度T揮發(fā)分最大釋放速度峰值(dG)hax,對(duì)應(yīng)于(dGdt)mx促進(jìn)了其它組分煤種的揮發(fā)分釋放,這對(duì)型煤著火、燃燒和的溫度Tmx,燃料的原始質(zhì)量G和燃料的剩余質(zhì)量G’,在燃盡過程均有利燃料燃燒的過程中,上述幾個(gè)參數(shù)中前3個(gè)參數(shù)均足影響揮(2)根據(jù)熱分解和燃燒曲線容易看出,在反應(yīng)的初始階發(fā)分析出的主要特性參數(shù),顯然,(dGdh)hm越大,揮發(fā)分段,熱分解曲線與燃燒失重曲線的初始時(shí)間和溫度基本相釋放得越強(qiáng)烈:T越小,揮發(fā)分越易析出,表明燃料的著火同,當(dāng)煤焦著火時(shí)揮發(fā)分并未完全析出,但煤焦燃燒開始后性能越佳;T越低,則表明揮發(fā)分釋放高峰出現(xiàn)得越早,揮發(fā)分很快就析出完全,煤焦利用殘余的揮發(fā)分燃燒提升本此時(shí)燃燒就容易在較低的溫度下進(jìn)行;釋放峰越窄,表明釋身的溫度,使燃燒充分進(jìn)行,利于燃盡。放越快、越集中,對(duì)著火越有利;反之,則不利于著火(3)在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上本文綜合多個(gè)對(duì)揮發(fā)分析出有影對(duì)于單一煤種,一般來說,灰分含量相差不多時(shí),隨著響的參數(shù),提出揮發(fā)分釋放特性指數(shù),其值越大,則型煤揮發(fā)分含量的增加,揮發(fā)分釋放較早,初析溫度T低,釋的揮發(fā)析出特性越好,煤的著火性能較佳,著火溫度較低放最大速率dGdh較高,其對(duì)應(yīng)的溫度Tm較低,釋放熱解反應(yīng)越易進(jìn)行較為集中,峰寬較窄。組分煤種在型煤燃燒過程中基本保持各自的揮發(fā)分析參考文獻(xiàn)出特性。型煤揮發(fā)分最大釋放速率(dGal}mx及其對(duì)應(yīng)的溫]胡文斌楊海瑞目俊復(fù),等煤著火特性的熱重分析研電度Tm受多種組合煤各自的品質(zhì)及其相對(duì)含量的影響較大,站系統(tǒng)工程,2005,(2)隨著較優(yōu)煤的含量增大,(dGdr)hx相應(yīng)增大,Tm降低[2】徐朝芬,孫學(xué)信郭欣熱重分析試驗(yàn)中影響熱重曲線的主要因素本文綜合以上參數(shù)對(duì)揮發(fā)分析出的影響,提出揮發(fā)分釋分析[熱力發(fā)電,2005(6)3]方立軍,劉彥豐,惠世恩.煤焦燃燒模型的熱重實(shí)驗(yàn)研究門燃燒放特性指數(shù)D,其值可定義為:科學(xué)與技術(shù),2003,(6)D=(c/ah)/(-x7)4]徐朝芬,張鵬字,夏明,等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)煤燃燒特性影響的分析門華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,(5)表2熱解特性參數(shù)5]何方,王華,何屏,等.生物質(zhì)復(fù)合型煤在熱分析儀中的燃燒行為物質(zhì)Ime-minmgmin5cDX10研究[門煤炭轉(zhuǎn)化,2002,(4)煤25702491.5003784299510558.16]張?jiān)评?劉坤,孫麗麗.生物質(zhì)型煤燃燒特性的研究[門煤炭技術(shù),團(tuán)林子煤262455561819441.332571480煤泥2139053860015261.325編輯:聞?wù)媒固糠?040869977002200.1031004975型煤1樣270185651102521165112741140D值越大,則煤樣的揮發(fā)析出特性越好,煤的著火性能廣告目次較佳,著火溫度較低,熱解反應(yīng)越易進(jìn)行。各煤樣的熱解特性參數(shù)見表2。由表2可以看出,在4種單煤中,雞西煤哈中國(guó)煤化工封面的揮發(fā)分析出特性最好,團(tuán)林子煤次之,焦炭粉最差重CNMHG…………3結(jié)論哈爾濱新富華燃燒工程有限公司封三()熱重分析試驗(yàn)結(jié)果表明型煤的熱分解過程中所有重慶工商大學(xué)科技開發(fā)總公司……封底