型煤熱解過(guò)程的熱重分析研究

第24卷第3期Vol24 No. 32008年5月Power System Engineering13文章編號:1005-006X(2008)03-0013-03型煤熱解過(guò)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(guò)程,探討了該過(guò)程對型煤燃燒特性的影響,并在實(shí)驗研究的基礎上提出了型煤揮發(fā)分釋放特性指數關(guān)鍵詞:熱重分析;型煤;熱解過(guò)程中圖分類(lèi)號:TQ533文獻標識碼: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雜有機及無(wú)機物質(zhì)的組合體,而型的一個(gè)鉑絲吊籃,直接測量顆粒溫度。實(shí)驗可以以氧氣、氮煤作為多煤種混合受壓形成的塊狀燃料,其熱分解過(guò)程非常氣、二氧化碳為載體,也可用氧氣和氮氣配制成不同氧氣濃復雜,會(huì )伴隨許多物理化學(xué)變化熱分解過(guò)程是型煤在燃燒、度的模擬空氣作載體氣化、液化、焦化轉換過(guò)程中的初級階段,對后續過(guò)程有著(zhù)L3試驗條件重大的影響。因此,加強型煤熱分解特性的研究對改善其燃升溫速率:50℃/min;工作溫度:從室溫到950℃燒特性,優(yōu)化燃燒過(guò)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)驗部分細度:20~40目篩分。工作初期為氮氣,后期為氧氣,隨著(zhù)測試的進(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所用的各種單煤的煤質(zhì)分析如表1所示,其中雞西曲線(xiàn)TG,并由TGA整理出試樣的失重率(△G△D)隨時(shí)煤、團林子煤和煤泥揮發(fā)分含量較高,焦炭粉、煤泥含灰量間的變化曲線(xiàn)(微分熱重曲線(xiàn))DTG較大試驗時(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)熱量測定溫3min(此時(shí)水分將會(huì )失去),然后繼續以50℃/min升溫項目MM至950℃,恒溫7min,此時(shí)即得熱解特性曲線(xiàn),見(jiàn)圖1。雞西煤9202.70290121.5846710.8905812.3037450782047團林子煤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試驗儀器試驗在美國珀金埃爾默( 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)想計算機和裝在一不銹鋼容器內的兩個(gè)φ40mm×500mm硅碳管加熱元件。在硅碳管中間的重量感應元件上懸掛一鉑金絲吊籃中國煤化工記錄試驗期間樣品重量的變化。一熱電偶同時(shí)置于硅碳管中以測量爐內氣流溫度。第二個(gè)加熱管內包括與熱電偶相連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(jiàn)圖2由圖中可知,煤的揮發(fā)分與熱解最終失重幾乎成對角線(xiàn)關(guān)系,數值一一對應,說(shuō)明可以直接用煤的炭化程度來(lái)預測熱解的結果。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)分集中釋放區域,揮發(fā)分是伴隨整個(gè)升溫過(guò)程而不斷釋放出來(lái)的,溫度升至950℃,揮發(fā)分還未釋放完畢,說(shuō)明這種煤的著(zhù)火和燃盡都比較困難,對于其它煤樣,在熱解的第三階段,其TG曲線(xiàn)在950℃時(shí)仍有下降趨勢,說(shuō)明試驗所用煤樣的揮發(fā)分釋放過(guò)程可以一直持續到熱解結束,這對型煤著(zhù)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比研究了型煤的熱分解曲線(xiàn)和燃燒曲線(xiàn),如圖3所圖1熱解特性曲線(xiàn)2分析與討論21熱分解特性分析煤是一種復雜的高分子化合物,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,煤的熱解曲線(xiàn)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(xiàn)。從這些曲線(xiàn)可以看出其熱解過(guò)程大致可分為3個(gè)階段,以雞西煤的熱解過(guò)程為例說(shuō)明:50~200℃左右為第一階段,此階段內主要是吸附氣體的脫除和脫羧基反應階段,失重量大約占總失重的1%左右;此后有一段水平線(xiàn),表明這一溫度區間幾乎沒(méi)有質(zhì)量損失,水平線(xiàn)可以持續到大約250℃:第二階段在250℃至大約800℃之間,發(fā)生強烈分解,TG曲線(xiàn)陡然下降,相應的=DTG曲線(xiàn)則直線(xiàn)上升,達到最大值后,又直線(xiàn)下降,出現峰值的位置在4915℃,總失重約為23%,此階段主要是煤的解聚和分解反應,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(xiàn)都呈緩慢下降趨勢,此圖3型煤的熱分解和燃燒過(guò)程曲線(xiàn)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,在反應的初始階段,熱分解曲線(xiàn)與燃燒失重曲線(xiàn)的初始時(shí)失重約為3.5%150℃以后出現水平線(xiàn),表明失重已經(jīng)結間和溫度基本相同,燃燒的型煤質(zhì)量減少速度稍快于熱分束,TG和DTG曲線(xiàn)可以更加清晰地看出這種變化。解。這是由于燃燒實(shí)驗中由于揮發(fā)分的燃燒,造成型煤周?chē)鷼怏w溫度升高,通過(guò)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。根據熱分解和燃燒曲線(xiàn)容易看出,揮發(fā)料水分析出到燃燒結束時(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(guò)程中揮發(fā)分完全析出時(shí)間大于燃燒過(guò)程揮發(fā)凵中國煤化工媒內的熱量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,所以對燃燒過(guò)程的結論存在圖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)驗結果表明,煤焦著(zhù)火時(shí)(下轉第24頁(yè))年第24卷5運行效果題,保證了鍋爐長(cháng)期穩定運行通過(guò)對以上滅火措施的實(shí)施,從根本上改善了該鍋爐的參考文獻燃燒狀況解決了鍋爐高負荷滅火問(wèn)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器檢測位置相關(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防措施門(mén)動(dòng)力工程2006,26(3):383~3876結論[3]肖寶蘭,夏雅明,張成山.燃煤鍋爐滅火原因分析及相應對策加強煤種的監管和摻拌工作:火檢位置的改進(jìn):;磨煤機{q張澤,吳少華姚政,等水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器調節特性的數值的改進(jìn);鍋爐燃燒器的改造;三次風(fēng)截流環(huán)的調整減少三次模擬及工業(yè)性試驗研究中國電機工程學(xué)報,200020.(2)51~55風(fēng)速的偏差,測量設備及輔助設備的調整,爐內空氣動(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平,提高運行人員的運行水平,因此解決了鍋爐高負荷分配的試驗研究動(dòng)力工程,2004,24(2)183~185滅火問(wèn)題,同時(shí)也有效改善了鍋爐水冷壁高溫腐蝕、結焦問(wèn)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(kāi)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有:揮發(fā)分初析溫但正是這種一直持續到熱解結束的揮發(fā)分釋放過(guò)程,有力地度T揮發(fā)分最大釋放速度峰值(dG)hax,對應于(dGdt)mx促進(jìn)了其它組分煤種的揮發(fā)分釋放,這對型煤著(zhù)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(guò)程均有利燃料燃燒的過(guò)程中,上述幾個(gè)參數中前3個(gè)參數均足影響揮(2)根據熱分解和燃燒曲線(xiàn)容易看出,在反應的初始階發(fā)分析出的主要特性參數,顯然,(dGdh)hm越大,揮發(fā)分段,熱分解曲線(xiàn)與燃燒失重曲線(xiàn)的初始時(shí)間和溫度基本相釋放得越強烈:T越小,揮發(fā)分越易析出,表明燃料的著(zhù)火同,當煤焦著(zhù)火時(shí)揮發(fā)分并未完全析出,但煤焦燃燒開(kāi)始后性能越佳;T越低,則表明揮發(fā)分釋放高峰出現得越早,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,對著(zhù)火越有利;反之,則不利于著(zhù)火(3)在試驗的基礎上本文綜合多個(gè)對揮發(fā)分析出有影對于單一煤種,一般來(lái)說(shuō),灰分含量相差不多時(shí),隨著(zhù)響的參數,提出揮發(fā)分釋放特性指數,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(zhù)火性能較佳,著(zhù)火溫度較低放最大速率dGdh較高,其對應的溫度Tm較低,釋放熱解反應越易進(jìn)行較為集中,峰寬較窄。組分煤種在型煤燃燒過(guò)程中基本保持各自的揮發(fā)分析參考文獻出特性。型煤揮發(fā)分最大釋放速率(dGal}mx及其對應的溫]胡文斌楊海瑞目俊復,等煤著(zhù)火特性的熱重分析研電度Tm受多種組合煤各自的品質(zhì)及其相對含量的影響較大,站系統工程,2005,(2)隨著(zhù)較優(yōu)煤的含量增大,(dGdr)hx相應增大,Tm降低[2】徐朝芬,孫學(xué)信郭欣熱重分析試驗中影響熱重曲線(xiàn)的主要因素本文綜合以上參數對揮發(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)驗研究門(mén)燃燒放特性指數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)驗條件對煤燃燒特性影響的分析門(mén)華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,(5)表2熱解特性參數5]何方,王華,何屏,等.生物質(zhì)復合型煤在熱分析儀中的燃燒行為物質(zhì)Ime-minmgmin5cDX10研究[門(mén)煤炭轉化,2002,(4)煤25702491.5003784299510558.16]張云利,劉坤,孫麗麗.生物質(zhì)型煤燃燒特性的研究[門(mén)煤炭技術(shù),團林子煤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(zhù)火性能廣告目次較佳,著(zhù)火溫度較低,熱解反應越易進(jìn)行。各煤樣的熱解特性參數見(jiàn)表2。由表2可以看出,在4種單煤中,雞西煤哈中國煤化工封面的揮發(fā)分析出特性最好,團林子煤次之,焦炭粉最差重CNMHG…………3結論哈爾濱新富華燃燒工程有限公司封三()熱重分析試驗結果表明型煤的熱分解過(guò)程中所有重慶工商大學(xué)科技開(kāi)發(fā)總公司……封底