高嶺石對煤炭燃燒特性影響的研究

第27卷 第3期煤炭轉化Vol.27 No. 32004年7月COAL CONVERSIONJul. 2004高嶺石對煤炭燃燒特性影響的研究李梅”張洪2)孫明"譚增濤3)摘要利用NETZSCH 409C型差示掃描量熱儀對常見(jiàn)黏土類(lèi)礦物高嶺石對煤炭燃燒特性的影響進(jìn)行了分析.結果表明,隨著(zhù)高嶺石添加量的增加，煤樣的失重曲線(xiàn)TG燃燒段變得逐漸平緩,失重速率曲線(xiàn)DTG的峰值點(diǎn)降低，燃燒失重迷率降低;煤樣的著(zhù)火點(diǎn)逐漸升高,當高嶺石的添加量在50% ~60%之間時(shí)，著(zhù)火溫度約升高9 C~13 C,燃燒穩定性也降低;隨著(zhù)高嶺石的添加量的增加，煤樣總的折算灰分增大,差熱掃描曲線(xiàn)DSC的放熱峰寬變窄,放熱量減少.關(guān)鍵詞煤,高嶺石 ,燃燒特性,熱分析.中圖分類(lèi)號TQ53420%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%比例0引言稱(chēng)重,充分混勻,各試樣配比及編號見(jiàn)第69頁(yè)表3.表1原煤的工業(yè)分析和元素分析隨著(zhù)煤炭的不斷開(kāi)采,優(yōu)質(zhì)煤越來(lái)越少,各種鍋Table 1 Proximate analysis and ultimate analysis of coal爐使用的煤炭灰分越來(lái)越高,特別是沸騰爐、循環(huán)流Proximate analysis/% ,adUltimate analysis/% ,ad化床和煤矸石制磚等所用燃料灰分都在70%以上，MVAFCCHN0s因此,對高灰分煤燃燒特性的了解有助于這類(lèi)鍋爐1.4 7.3 5.2 86.1 92.8 3.89 1.42 1.82 0.07選型、設計和制定合理的運行規程,有利于促進(jìn)煤矸石和煤泥的綜合利用.1煤燃燒特性研究十分活躍，表2離嶺石樣品的化學(xué)成分(%)內容覆蓋煤種、煤物理性狀、混煤以及添加催化劑等Table 2 Chemical composition of kaolinite(% )對煤炭燃燒特性的影響,主要針對常規煤炭和常規.SiOz Al2O3 TiOr Fe2Os CaO MgOLoss onignition鍋爐,針對高灰分、低揮發(fā)分煤炭燃燒特性的研究較少，而對灰分>50%的煤炭燃燒特性研究未見(jiàn)報48.23 38.58 0.39 0.22 0.20 0.02 12. 93道.(28]本文重點(diǎn)研究黏土礦物族中最具代表性的高嶺石對煤炭燃燒特性的影響，高嶺石在煤中混合比利用NETZSCH 409C差示掃描量熱儀對各試例從0%~90%，在NETZSCH 409C差示掃描量樣進(jìn)行燃燒特性實(shí)驗,工作氣氛為N2和Oz,流量分別熱儀上進(jìn)行混合物煤炭燃燒特性分析,以探索黏土為80 mL/ min,20 mL/ min,升溫速率為20 C/min,類(lèi)礦物質(zhì)影響煤炭燃燒特性的一般規律. [1]1溫度變化范圍為25 C~1 100 C;試樣重量約為20.0mg.由熱重曲線(xiàn)(TG)和差熱掃描曲線(xiàn)(DSC)1實(shí)驗部分對樣品進(jìn)行定性分析.選擇低揮發(fā)分、低灰分的內蒙古太西精煤作為2結果與分析原煤,其工業(yè)分析和元素分析數據見(jiàn)表1;高嶺石樣.品取自徐州礦務(wù)局張小樓礦,其化學(xué)成分見(jiàn)表2.2.1熱重曲線(xiàn)將煤樣、高嶺石原樣經(jīng)破碎后在110 C下烘干，再用密封式制樣粉碎機統- -制成粒度約180目的標準部分試樣的TG-DTG熱重分析見(jiàn)第69頁(yè)圖試樣.將高嶺石和煤粉按(以高嶺石質(zhì)量計)0% , 10%，中國煤化工迅速失重,TG曲線(xiàn)1)碩士生;2)副教授;3)本科生,中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,21008江蘇徐PYHCNMHG收稿日期2004-03-16;修回日8期:2004-04-06第3期李梅等高嶺石對煤埃燃燒特 性影響的研究59燃燒失重段顯得陡峭.添加高嶺石后,失重變得較為重段也更加平緩.這是因為添加的高嶺石和煤粉在緩慢,且隨著(zhù)高嶺石添加量的增加,TG曲線(xiàn)燃燒失燃燒過(guò)程中互相影響造成的.表3煤與高嶺石配合比例Table 3 Ratio of coal and kaoliniteSamples serial numberComposition of samples100%coal50%coal+ 50%kaolinite90%coal+ 10%kaolinite40%coal + 60%keolinite80%coal + 20%kaolinite30%coal + 70%keolinite70%coal + 30%kaolinite20%coal+ 80%kalinite60%coal+ 40%kaolinite110%coal+90%kaolinite102廠(chǎng)DTO10080-98 t40”2 t)0 tTC| -18t36 L00 400 600 800 1000-12Temperature/CTempertue/C .110DIG_DTG1095是80-i 85「8060-50-G_70200 400 600 800 1 0000J -165200 40600 800 10000Tempenature/心Temperature/ C圖1部分試樣的TG-DTG熱重分析曲線(xiàn)Fig.1 TG-DTG analysis curves of the Irtion samples'sa一TG-DTG analysis curves of coal;b- TG-DTG analysis curves of kaolinite;c一TG-DTG analysis curve of 50% coal+ 50% kaolnite;d- TG-DTG analysis curves of 20%coal+ 80%kaolinite原煤和高嶺石的DTG曲線(xiàn)上都只有一個(gè)大的附近不斷波動(dòng),此時(shí)雖有放熱,但尚未著(zhù)火.著(zhù)火應尖峰區域,原煤的DTG曲線(xiàn)上的最大值點(diǎn)出現在當表現為迅速失重.因此,將DTG曲線(xiàn)上迅速失重590 C左右,高嶺石的DTG曲線(xiàn)上的最大值點(diǎn)出現的開(kāi)始點(diǎn)作為著(zhù)火點(diǎn),以該點(diǎn)對應的溫度作為熱分在530 C左右.添加高嶺石后,DTG曲線(xiàn)上的最大.析的著(zhù)火溫度T,熱分析著(zhù)火溫度越高,說(shuō)明著(zhù)火值點(diǎn)所對應的溫度有所下降.越困難. [4]各種試樣的著(zhù)火溫度見(jiàn)第70頁(yè)圖2.由圖2中各試樣著(zhù)火溫度曲線(xiàn)可以看出,當高嶺石的2.2蓍 火特性分析添加量在10%~60%時(shí),著(zhù)火溫度緩慢升高.但當由圖1可以看出,最初的TG曲線(xiàn)略微向上，高中國煤化工:火溫度有迅速下DTG曲線(xiàn)有正增長(cháng)的趨勢,這是由于表觀(guān)增重所引降的HCNMHG_起的.隨后發(fā)生緩慢的氧化反應,DTG曲線(xiàn)在零值.保材石火后的火焰穩定性分析,可以用可燃性70煤炭轉化2004年指數C1來(lái)表示,其定義為:燃質(zhì)的比例相對降低,且高嶺石在650 C左右已經(jīng)C = (r/)w/T*x 10%失去結構水,故加入高嶺石試樣的燃盡率相對高些.式中: (duw/d)m--燃燒失 重的最大速率;T:一59430 f著(zhù)火溫度.591-Temperaturefmsoss-.s588-2o室，522{ 24.95851s曼24.824.7 營(yíng)579自51624.676-9 5144.5昌373L51224.4Samples senal numberl 24.350824.2圖3 各種試樣的最大燃燒失重速率和相應的溫度24.1Semples serial numberFig. 3 Samples' the maximal velocity of mass loss and .corresponding temperature圖2各種試樣的著(zhù)火溫度及相應的時(shí)間Fig.2 Samples' ignition temperature and100- Ratio of burnoutcorresponding time6可燃性指數C是一個(gè)放大了的反應性能指數，ξ 9上它主要反映煤在燃燒前期的反應能力,其值越小,煤的可燃性越差,因而煤粉火焰就越不穩定.從分析的結果來(lái)看，原煤的可燃性指數為8. 60,隨著(zhù)高嶺石添加量的增加,可燃性指數也逐漸下降，當高嶺石的0添加量達到90%時(shí),可燃性指數降低為2.9,比原煤Samples seral number降低了5.7個(gè)單位.圖4各種試樣的燃盡曲線(xiàn)Fig.4 Samples burnout curve2.3最大燃燒速辜和燃盡特性分析實(shí)驗由DTG曲線(xiàn)上的最大極值點(diǎn)來(lái)確定最大2.4吸放熱特性分析燃燒速率(rw/d)=mr其所對應的溫度為T(mén)同時(shí)部分試樣的TG-DSC曲線(xiàn)見(jiàn)第71頁(yè)圖5.從圖從TG和DTG曲線(xiàn)上可以看出,對于高嶺石來(lái)說(shuō)，5的DSC曲線(xiàn)可以看出,原煤樣和摻人高嶺石的煤在650 C以后,TG曲線(xiàn)趨于平直,DTG曲線(xiàn)波動(dòng)樣的燃燒放熱曲線(xiàn)形狀有所不同.原煤的DSC曲線(xiàn)于零值附近.因此,為便于進(jìn)行比較,將650 C作為峰值較高,并且在最高放熱峰的位置，曲線(xiàn)近乎水平特征溫度,以此溫度下的熱重實(shí)驗數據來(lái)表征燃盡且持續時(shí)間較長(cháng),這說(shuō)明其放熱集中，放熱量大.加特性.用f表示燃盡率,其定義為:入高嶺石后的試樣的放熱峰相對較窄,放熱量較少，f= (100 - TGs)/(100- TA) x 100%這是由于在加入高嶺石后煤粉的折算灰分增大的緣式中: TGsso- - 650 C時(shí)的殘余物質(zhì)量;TA--燃故.純高嶺石樣在500 C~650 C之間由于結構水料總折算灰分，的脫出有-吸熱峰,在1000 C左右由于偏高嶺石由圖3可以看出,添加高嶺石后的試樣的最大再結晶為Y-AILO,尖晶石而有一小的放熱峰.當煤燃燒失重速率總的趨勢是下降的.當高嶺石的添加和高嶺石混燒時(shí)，由于煤燃燒放熱也集中在這一溫量在10%~20%時(shí),最大失重速率所對應的溫度度區間,煤的燃燒放熱和高嶺石的脫水吸熱相抵消，Tm較原煤有所降低,降低幅度為5C~15 C;高嶺因此,在混燒樣的DSC曲線(xiàn)上看不到高嶺石在500石的添加量達到30%時(shí),最大燃燒失重速率所對應C~650C之間由于結構水的脫出而形成的吸熱的溫度T和原煤相近;當高嶺石的添加量大于鋒,只有一煤炭燃燒的放熱峰.30%以后,最大燃燒失重速率所對應的溫度均比原煤低,這說(shuō)明黍加到原煤中的高嶺石使得燃饒有前中國煤化工移的趨勢.由圖4可以發(fā)現，原煤在650 C約有FYH85%的可燃質(zhì)基本燃盡,在加人高嶺石后,試樣的可CNM. H .失重曲線(xiàn)相對于純第3期李梅等高嶺石對煤炭燃燒特性影響的研究71DSC00 t0:i 60; 95--2言. 401s20TG-20名90τG25200 400 ‘600800 100000 400 600 800 1000Temperature/C110o10DSC.只90只85-? 70156050_πC-20_Ic--12200 400 600 800 10000J-2sL200 400 600 800 1000Temperture/CTemperature /心圖5部分試樣的 TG-DSC曲線(xiàn);Fig.5 TG-DSC analysis curves of portion samplesa - TG-DSC analysis curves of coal;b-- TG-DSC analysis curves of kaolinite;c一TG-DSC analysis curves of 50% coal + 50 % kaolinited- TG-DSC analysis curves of 20% coal+ 80 % kaolinite煤粉而言變得平緩,并且隨著(zhù)高嶺石添加量的增加，溫度升高，當高嶺石的添加量在50%~60%之間燃燒熱失重曲線(xiàn)也變得更加平緩.加入高嶺石后,試時(shí),著(zhù)火溫度約升高9 C~13 C.樣的燃燒速率降低.3)加入高嶺石后由于混合燃料的可燃組分變少，2)加入高嶺石后的煤粉燃燒穩定性降低,著(zhù)火總折算 灰分增大,試樣的放熱量降低,燃盡時(shí)間延長(cháng).參考文獻[1] 熊友輝,孫學(xué)信動(dòng)力用煤及燃燒特性的研究手段和方法.煤質(zhì)技術(shù),1998(5);27-31:2] 路繼根,丘建榮,沙興中等.用熱重法研究我國四種煤顯徽組分的燃燒特性燃料化學(xué)學(xué)報199624(4)-329-3343]高正陽(yáng),方立軍,葉學(xué)民等.無(wú)煙煤與煙煤混煤燃燒特性的熱重實(shí)驗研究.華北電力大學(xué)學(xué)報，200.28(1):39-42[4] 劉豪,邱建榮，吳昊等.鈣基復合添加劑與煤粉混燒的燃燒特性研究煤炭轉化，2002 ,25(2)+67-70[5] 趙利敏,秦?，F,吳少華等煤燃燒特性參數與鍋爐結構參數的相關(guān)性研究.電站系統工程.000,16(5) :268-270[6]邱建榮,郭 嘉.曾漢才. 混煤燃繞特性的實(shí)驗研究及燃繞特性指數的確定熱能動(dòng)力工程1993.8(4).169-173[7]張軍,袁建偉,徐益謙. 礦物質(zhì)對煤粉熱解的影響.燃燒科學(xué)與技術(shù),1998,4(1):63-688] Spears D A. 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The experimental results show that the distance of the rear bars affectsthe resistance coefficient remarkably, the longer distance causes lower resistance and moreuniform air flow of the two flows. But the much more distance will results in worse separationbetween the two flows ,and a resistance adjustor is necessary. With the experimental results ,theLNMPC burner structure is optimized forward. .KEY WORDS pulverized burner , bias combustion ,stabilization ,low NO, emission(上接第71頁(yè))STUDY ON THE EFFECTS OF KAOLINITE ON THECHARACTERISTICS OF COAL COMBUSTIONLi Mei Zhang Hong Sun Ming and Tan Zengtao(College of Chemical Engineering and Technology, China University ofMining and Technology, 221008 Xuzhou)ABSTRACTThe effects of kaolinite on the characteristics of coal combustion wereinvestigated with thermogravimetry analysis. The results show that with the increasing ratio ofkaolinite in the samples，the samples' curve of mass loss become gentle. The velocity of massloss curves' peak value fall ，which shows the speed of loss weight goes into slowly. The kaolinitemay clag the ignition of coal, when the amount of kaolinite ratio is in 50%-60%，the kindlingtemperature is about 9 C-13 'C higher than single coal, and the stability of combustiondecreases. With the additive ratio increasing , the intermixture's convert ash ratio augment， theexotherm's width of peak get narrow, the amount中國煤化工KEY WORDS coal ,kaolinite ,combustion chari:YHCNMHG