掺混比对混煤燃烧特性的影响实验研究_技术研究

摘要

摘要：采用热重分析仪，对3种单煤以及不同掺混比(质量比)下两两掺混的混煤进行了热重分析实验。根据实验结果，对不同掺混比混煤的着火温度、可燃特性、稳燃特性、燃尽特性及综

摘要：采用热重分析仪，对3种单煤以及不同掺混比(质量比)下两两掺混的混煤进行了热重分析实验。根据实验结果，对不同掺混比混煤的着火温度、可燃特性、稳燃特性、燃尽特性及综合燃烧特性等进行了探讨。按一定比例掺混，可有效改善燃煤的燃烧特性。

关键词：混煤；掺混比；热重分析；着火温度；燃烧特性；可燃特性；稳燃特性；燃尽特性；综合燃烧特
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，由于我国煤炭运输能力不足以及国家要求火电站尽量燃用低品位煤，因此火电厂往往燃用混煤。有资料表明，混煤的配置对煤粉的着火、燃尽、结渣、污染物的形成等有着重要影响^[1-4]。因此，有必要对混煤的燃烧特性进行实研究。本文结合工程实例，对掺混比对混煤燃烧特性的影响进行实验研究。

1 实验煤种和实验条件

国电湖南宝庆煤电有限公司2×660 MW火力发电机组采用DG2070/25.4-Ⅱ9型超临界前后对冲火焰煤粉锅炉，根据设计煤种及热力计算的混煤参数范围，结合邵阳及周边地区煤源情况(煤质、产量等)及电厂实际进煤情况，从所采煤样中选取了3种单煤分别进行单煤样和混煤样的热重分析实验。通进一步分析计算，获得各煤样的可燃性指数、稳燃性指数、煤焦判别指数、综合燃烧特性指数等燃烧特性判别指标，并据此获得适合的掺混比。

①实验用煤

实验用煤为乌峰煤、石下江煤、新东煤3种单煤，将乌峰煤分别与石下江煤、新东煤按不同比例掺混^[5] 。

各煤样的成分分析结果(质量分数)见表l。由表1可知，乌峰煤挥发分最低，灰分最高。各种混煤编号及掺混比(质量比)见表2，其中混煤1～5为乌峰煤与石下江煤的混煤，混煤6～10为乌峰煤与新东煤的混煤。

②实验仪器及目的

实验采用STA449F3型热重分析仪，在设定的程序下，定量测试煤样的质量、温度的变化，通过专用软件得出煤样燃烧的TG、DSC曲线，并对TG曲线进行微分平滑处理可以得到DTG曲线^[6]。然后对曲线进行分析，得出计算所需的参数：着火温度、最快燃烧温度、燃尽温度、可燃质量等。

TG曲线反映燃烧过程中煤样失重量(率)随温度(时间)的变化，DTG曲线反映燃烧过程中煤样失重速率随温度(时间)的变化，DSC曲线反映燃烧过程中煤样与参比物之间的能量差随温度(时间)的变化。

③实验条件

工作温度：室温至l l50℃。实验升温速率：20℃/min。气氛条件：模拟空气环境(氮气流量40mL/min，压力0.05 MPa；氧气流量10 mL/min，压力0.03 MPa)。实验煤样质量：(10±1)mg。煤样粒径(过200目筛)<74μm。

2 TG、DTG曲线及燃烧特性参数

①TG、DTG曲线

实验得到各煤样的TG、DTG曲线，分别见图1～4。

②燃烧特性参数

采用较常用的TG—DTG法来确定煤样的着火温度。在DTG曲线上，过峰值点A(点A对应的温度为T_max)作垂线与TG曲线交于点B，过点曰作TG曲线的切线，该切线与过失重开始点的水平线的交点C所对应的温度定义为着火温度^[7] （见图5）。

取点A对应的失重速率的50%，与点A左侧DTG曲线交点D，过点D作水平线与点A右侧DTG曲线交与点E，得到ΔT、ΔT_h，见图5。主要燃烧特性参数见表3。

由表3可知，乌峰煤着火温度最高，石下江煤着火温度最低，新东煤着火温度居中。混煤的着火温度介于两种单煤的着火温度之间，而且随着某种单煤比例的增加，混煤的着火温度逐渐向该煤种的着火温度靠近。

3燃烧特性指标分析

①可燃特性

采用可燃性指数C_b对煤样的可燃特性进行判断^[8]。可燃性指数C_b的定义式为：

式中C_b一——可燃性指数

可燃性指数C_b主要反映煤样燃烧前期的反应能力，该值越大，表明可燃性越好。各煤样的可燃性指数C_b见表4。由表4可知，单煤样中，石下江煤、新东煤的可燃性较好，乌峰煤的可燃性较差。混煤的可燃性基本介于两种单煤的可燃性之间，且随着某种单煤比例的增加，混煤的可燃性指数C_b逐渐向该煤种靠近。乌峰煤与石下江煤按2:8掺混时，混煤的可燃性明显变好。

②稳燃特性

采用稳燃性指数G对煤样的稳燃特性进行判断^[8]，稳燃性指数G的定义式为：

式中G——稳燃性指数

稳燃性指数G主要反映煤样后续燃烧情况，该值越大，表明燃烧稳定性越好。各煤样的稳燃性指数G见表4。由表4可知，单煤样中，石下江煤及新东煤的稳燃性较好，乌峰煤的稳燃性较差。混煤的稳燃性基本介于两种单煤的稳燃性之间，随着某种单煤比例的增加，混煤的稳燃性向该煤种稳燃性靠近。因此，按一定的比例掺混稳燃性能好的煤种可有效改善混煤的稳燃性能。

③燃尽特性

煤在着火后燃烧速率越高，越容易形成较高的燃烧温度，燃烧越稳定，在一定的停留时间内燃尽程度也越高。

△T所对应的DTG曲线所包围的面积为煤焦可燃质聚积燃烧份额，△T越大，煤焦可燃质聚积燃烧份额越多。△T_h/ΔT表示煤焦后期燃烧的聚集程度，它可问接反映煤焦后期燃烧的快慢。△T_h/ΔT越短，表明煤焦燃尽所需时间越短，煤种后期燃烧所需的时间越少；反之，后期燃烧所需时间越长，燃尽情况越差。可用煤焦判别指数H_j来判别煤粉燃烧的燃尽特性^[9]。煤焦判别指数H_j的定义式为：

式中H_j——煤焦判别指数

煤焦判别指数H_j反映了煤的燃尽性能的优劣，其值越大，表明燃尽性能越好。各煤样的煤焦判别指数H_j见表4。由表4可知，乌峰煤的燃尽性能最好，新东煤居中，石下江煤最差。由不同掺混比混煤的煤焦判别指数可知，掺混燃尽性能好的煤种可有效改善混煤的燃尽特性。

④综合燃烧特性

为了全面评价煤样的燃烧情况，采用综合燃烧特性指数S_N。对煤样的综合燃烧情况进行评价^[8]。综合燃烧特性指数S_N的定义式为：

式中S_N——综合燃烧特性指数

S_N越大，说明煤的燃烧特性越佳。各煤样的综合燃烧特性指数S_N见表4。由表4可知，新东煤综合燃烧特性最好，石下江煤次之，乌峰煤最差。乌峰煤与石下江煤2:8掺混时，混煤的综合燃烧特性明显变好。总体而言，掺混综合燃烧特性好的煤种可有效改善混煤的燃烧特性。

4结论

①随着掺混比的改变，混煤的可燃性指数、稳燃性指数、燃尽指数、综合燃烧特性指数等燃烧特性评价指标均会发生一定的变化，变化基本处于两种单煤的燃烧特性评价指标之间。

②通常情况下，随着某种单煤比例的增加，混煤的燃烧特性指标逐渐向该煤种靠近。

③按一定比例掺混燃烧特性好的单煤可有效改善混煤的燃烧特性。当乌峰煤与石下江煤按质量比2:8掺混时，混煤的燃烧特征指标突出。

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本文作者：杨威^l，鄢晓忠^l，张辉¹，王焱¹，刘定军²，

陈绍龙²，张艺漫^l

作者单位：1．长沙理工大学能源与动力工程学院；

2．国电湖南宝庆煤电有限公司

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