李長平
【摘 要】本研究在對4種無煙煤和1種石油焦試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,分析它們的燃燒特性以及其著火、燃盡特性。以熱分析曲線為依據(jù),計(jì)算著火與可燃性指數(shù)以及燃盡特性指數(shù),同時(shí)計(jì)算非等溫燃燒過程中的綜合燃燒特性指數(shù)。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,石油焦燃燒特性與無煙煤具有相似性,較低揮發(fā)分無煙煤比較容易著火、燃燒,而燃盡性能卻相對較差。
【關(guān)鍵詞】石油焦;燃燒;特性;無煙煤
前言
當(dāng)前,裝機(jī)容量呈上升趨勢,原煤供應(yīng)變得緊張,很多電站鍋爐實(shí)際用的燃煤與原本設(shè)計(jì)的相差甚遠(yuǎn),從而導(dǎo)致鍋爐排煙溫度和飛灰、爐渣含碳量都不斷升高,最終破壞了電廠燃燒經(jīng)濟(jì)性[1]。除此之外,為了使煤炭資源得到深度利用,使用了大量煤矸石、劣質(zhì)無煙煤等難燃燃料,這致使鍋爐燃燒經(jīng)濟(jì)性被進(jìn)一步降低,出現(xiàn)的燃燒不穩(wěn)定、全爐膛滅火等已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1實(shí)驗(yàn)
1.1煤種
本研究的對象是無煙煤A、B、C、D和1種石油焦,無煙煤A、B是極低揮發(fā)分無煙煤。根據(jù)表1,無煙煤中,揮發(fā)分最低的為A、B兩種無煙煤,約4.9℅,其次為C種無煙煤,對于D種無煙煤來說,它的發(fā)熱量雖然相對較低,但灰分最高。與無煙煤相比,石油焦自身的著特點(diǎn)即灰分低,燃盡性差,發(fā)熱量與固定碳含量相對較高。
1.2儀器與過程
本研究使用的儀器是STA449型同分析儀[2],使用O2:N2是21:79的氣氛,100ml/min的流量對爐內(nèi)燃燒進(jìn)行實(shí)際模擬,同時(shí)要求25℃/min的升溫速度,30℃的起始溫度,1350℃的終止溫度,約10mg的樣品量以不得大于100μm的樣品細(xì)度。
在儀器的坩堝里置于規(guī)定量的樣品,然后加熱氧化、燃燒,但升溫的速率一定要恒定。與此同時(shí)要把不同溫度下樣品的具體情況進(jìn)行詳細(xì)記錄,制成熱重曲線,然后使用Thermal Analysis 對數(shù)據(jù)分析,最后在比較無煙煤與石油焦的綜合燃燒特性等。
2結(jié)果
2.1TG與DTG曲線分析
從圖1、圖2中我們知道O2:N2是21:79。將燃燒劃分成三個(gè)階段:開始階段,在溫度上升的條件下,水分析出,因而內(nèi)在水分不斷減少;其中階段,出現(xiàn)了著火,而且失重速率曲線呈現(xiàn)出非常明顯的下降趨勢,出現(xiàn)最大值;最后階段,可燃質(zhì)已經(jīng)幾乎被燃盡,此時(shí)失重速率曲線則趨于平緩。
無煙煤與石油焦既具有相似性,又存在一定差異性。根據(jù)失重曲線,這5種樣品失重呈現(xiàn)出明顯的順序性,第一個(gè)是石油焦,居于最后的是A、D兩種無煙煤,而揮發(fā)分析出的時(shí)間較早的樣品,它的初期著火燃燒效果也較好,因此,最易于著火燃燒的是石油焦。而失重速率曲線的差異同樣較為顯著,第一個(gè)達(dá)到最大失重速率的是石油焦,也就是說石油焦第一個(gè)達(dá)到快速燃燒區(qū)域,失重速率最大的是C種無煙煤,充分說明它在后期燃燒更加劇烈。所以,從失重曲線和失重速率曲線能夠?qū)γ悍N的燃燒難易程度做出定性判斷,而定量判斷它的可燃特性、綜合燃燒特性、燃盡特性是無法做出的。
2.2著火與可燃性
通過熱重TG-DTG法對樣品的著火溫度進(jìn)行判定。經(jīng)過失重曲線上的峰值點(diǎn)畫一條垂線,然后經(jīng)這條垂線和失重曲線的交點(diǎn)做失重曲線的切線,我們把這條切線和失重開始平行線相交的點(diǎn)規(guī)定為著火溫度Ti。從表2中可以看出,根據(jù)著火溫度由低到高排列分別是:石油焦、C、B、D 、A種無煙煤[3],其中石油焦的著火性能最好。
通過可燃性指數(shù)對煤燃燒初期的反應(yīng)能力進(jìn)行研究。其中可燃性指數(shù)被標(biāo)記為(dw/dτ)maxT2i。從表2可以看出,關(guān)于燃燒初期反應(yīng)能力,相較于無煙煤,最強(qiáng)的是石油焦,然后是C種無煙煤,與它的著火溫度同樣具有一致性,D種無煙煤的著火溫度盡管不是最高的,但它的可燃指數(shù)小,充分證明火的溫度以及煤粉自身的構(gòu)成都會影響煤粉燃燒初期的反應(yīng)能力。
2.3燃盡特性
著火溫度、可燃性指數(shù)只是把燃燒初期的著火和燃燒特性顯現(xiàn)出來。然而在鍋爐燃煤的具體過程中,不僅要對這兩方面進(jìn)行關(guān)注,可燃質(zhì)的飛灰以及爐渣含碳量同樣也是判定這一過程是否具有經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。即使?fàn)t型相同,不同可燃質(zhì)的燃盡特性依然會存在很大差別。根據(jù)煤粉燃盡特性指數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算得出表3。從中我們可以看出,可燃性指數(shù)最大是C種無煙煤,它的燃盡性能最好,燃盡指數(shù)最小的是D種無煙煤以及石油焦,它們的燃盡性最差,石油焦的固定碳含量很高,空干基達(dá)到87.03%,因此它的燃盡時(shí)間延長,燃盡性能變差。對此,對煤化程度高且固定碳含量較大的煤時(shí),需要調(diào)節(jié)配風(fēng),使?fàn)t膛溫度升高并且把燃盡沒從底層送入,從而使它的燃盡率提升。
2.4綜合燃燒特性
通過綜合燃燒特性指數(shù)SN對煤的著火與燃燒特性進(jìn)行表征,并制定出表4。從表4中可以看出,B、C兩種無煙煤的綜合燃燒特性最好,然后以此為石油焦、D、A無煙煤。
3結(jié)論
本研究在對4種無煙煤和1種石油焦試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,分析它們的燃燒特性以及其著火、燃盡特性,所使用的儀器為STA449。同時(shí)又以熱分析曲線為依據(jù),計(jì)算著火與可燃性指數(shù)以及燃盡特性指數(shù),同時(shí)計(jì)算非等溫燃燒過程中的綜合燃燒特性指數(shù)。結(jié)果表明,石油焦燃燒特性與無煙煤具有相似性,較低揮發(fā)分無煙煤比較容易著火、燃燒,而燃盡性能卻相對較差,所以在使用過程應(yīng)要注意。
參考文獻(xiàn)
[1]呂當(dāng)振. 無煙煤與石油焦燃燒特性的對比試驗(yàn)研究[J]. 湖南電力,2013,S2:38-40.
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