褐煤动力配煤研究与分析

第36卷第4期煤炭科学技术VoL 36 No.42008年4月C0AL SCIENCE AND TECHNOLOGYApr. 2008家煤炭加工与环保褐煤动力配煤研究与分析涂华'，李文华”，姜英'(1.煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院，北京1003; 2.中国煤炭学会煤化学专业委员会，北京1003)摘要: 将褐煤掺配入烟煤中，研究了其主要煤质指标变化规律，分析了预测配煤煤质的影响因素。研究结果表明，在进行褐煤动力配煤时，由于水分因易受环境影响而不具有加和性，所以对预测配煤性质(水分、可磨性等)的影响尤其明显，但灰分、挥发分、全硫和高位发热量在干燥基基准下表现出了较好的线性加和性。通过热重分析，研究了动力配煤燃烧性能变化规律。试验结果.表明，中等挥发分的烟煤掺配入一定量的高挥发分褐煤，能明显降低着火温度和燃尽温度。关键词:褐煤;动力配煤;加和性;燃烧性能中图分类号: TQ53文献标志码: A文章编号: 0253 -2336 (2008) 04 -0101 -05Research and analysis on steam coal blending with ligniteTU Hua', LI Wen-hua2 , JIANG Ying'(1. Beijing Research Institute of Cool Cheistry, China Coal Research Intinute, Bejing 100013, China;2. Coal Chemisty Comnitte of China Coal Society, Beijing 100013, China)Abstract: The variation law of the main coal quality index was researched was bituminous coal blended with lignite. The influence factorsto the blending coal quality were analyzed. The research resuts showed that due to the moisture of lignite could be easily inluenced by theenvironment and not have the aditivity during the lignite blending with the steam coal, therefore lignite would have obvious influenced tothe blending coal quality ( such as the moisture, grindabitity and others) , but the ash, volatile matter, total sulfur, gross calorific valuecould show a prefeable additivity in dry basis. The variation law of the combustion performance was researched with the thermal gravity analysis method. The experiment results showed that the kindling temperature and the bunout temperature was obviously descended whenthe medium volatile matter bituminous coal blended with the high volatile matter lignite.Key words: lignite; steam coal blending; aditity; combustion performance褐煤是煤化度最低的矿产煤，它具有水分大、般烟煤中原则上不配人褐煤}],而由于近年来局含碳量低、含氧量高、着火温度低、发热量低、化部地区煤炭供应形势紧张，现国内已有数家烟煤电学反应性好等特点，不仅可作坑口电站的燃料，还厂采用或计划采用低廉的低灰、低硫、低热值褐.可用作直接液化或间接液化实现煤变油或煤化工产煤，与热值较高的烟煤掺配后燃烧。目前国内褐煤品合成，也可作为气化用煤制造城市煤气和合成甲- -般只用于褐煤锅炉,为满足主流烟煤锅炉用户的醇等合成气用，具有较好的经济价值"。需要，有必要研究褐煤与烟煤混配后煤质及燃烧性中国是世界上主要储煤和产煤国家之一,到能的变化规律。2005年底，全国已探明的褐煤保有储量达1 300多1试验 用煤与配煤方案亿t,约占全国煤炭总储量的13%。2006 年全国生产褐煤10511 多万t,占全国原煤产量的选用了1种褐煤和2种烟煤3个煤样进行实验4.51%[2]。室混配试验，煤样化验结果见表1。褐煤虽然水分大、发热量低，但一些优质褐煤中国煤化工)分别采用不同具有灰分较低且含硫量也很低等优点。为了更好利配比三配，按以下6个用这些优质褐煤，随着褐煤利用技术水平的提高,方案CHC NMHS.0%:80.0%;②褐煤的应用范围正在逐步扩大。在动力配煤时，一A:B为30.0%:70.0%;③B:C为40.0%:1012008年第4期煤炭科学技术第36卷60.0%;④A: B:C为15. 0%:65. 0%:20.0%;⑤A35. 0%: 15.0%:50.0% (以上均为干燥基质量配煤:B:C为25. 0%:30.0%:45.0%;⑥A:B:C为比，下同)。表1实验窒配煤试验 单煤化验结果煤样工业分析(质量分数) /%干基全硫质发热量/MJ.kg1灰熔融性软哈氏可磨代号名称MM.sAgVar量分数/%Qg.化温度/C性指数褐煤24. 023. 813.9248.460.5429. 1620.9712105烟煤[8.62. 8616.78 37.420.5627.3924.051450烟煤II2.2.0321.19 29. 270.6626. 7125. 221 32068注: M，Mu分别为全水分和空气干燥基水分; As为干燥基灰分: V为干燥无从基挥发分: Qg.s, Mm分别为千基高位和收到基低位发热量。2.2试验结果与分析2配煤试验 与分析将配煤的主要煤质指标实测结果、预测计算值2.1配煤煤质指标预测值计算及二者之间的偏差值列于表2中。根据动力配煤主要煤质指标间加和性关系得到1)表2中干燥基灰分(Ag)、挥发分(V)、预测计算值，由于采用了干燥基配煤比，则干燥基全硫(S.)、 高位发热量(Q.)的偏差绝对值配煤的煤质指标X预测值计算公式为:分别为0.09% ~0.48%，0.23% ~0.97%， 0~x= ERX(1)0.04%，0.21 ~0. 84 MJ/kg,均分别处于其实验室再现性误差允许范围内( <0.5%，< 1. 0%,式中R.一 第i种煤配煤比;X一第i种煤煤质指标中灰分、 全硫、挥<0.1%，<1. 25 MJ/kg)，个别数据甚至处于其实验室重复性误差允许范围内。说明在干燥基基准发分、发热量等。空气干燥基和收到基煤质指标预测值计算则分下，以上煤质指标具有较好的可加性。别先按照式(2)、式(3)将干燥基配煤比换算成2)表2中除不含褐煤的第③试验方案外,其空气干燥基和收到基配煤比，再利用式(1) 进行他方案的全水分M、空气干燥基水分M.实测值普遍低于预测计算值，而且偏差较大，其偏差绝对值配煤加和计算。分别为3.9% ~5.9%，1.70% ~4. 69%，均大幅R. =-R/(100 - M..)(2)度超过了实验室的重复性误差允许范围，显然是由2 R,/(100-M.)于水分容易受到大气湿度的影响而不具有可加性,R./(100- Mas,)而且因为高水分褐煤配入量的增加而使该影响加Res,i =E R,./(100 - Mau,)剧，也会在一定程度上加大水分的分析误差。式(2)和式(3) 中，R., R.，R.,分别3)由于水分的影响，表2中空气干燥基和收为第i种煤收到基、空气干燥基、干燥基的配煤.到基煤质指标出现了较大程度的偏差。灰分(Au,比; M.,，, M..分别为第i种煤的收到基、空气干A)偏差绝对值的最大值分别为0.89%和.燥基的水分，下同。1.01%，挥发分(Vd， ..)偏差绝对值的最大值煤灰熔融性软化温度按照式(4)计算得到预分别为1. 60%和2.72%，发热量(Qp.u, Q..n)测值[3-4。偏差绝对值的最大值分别为1.79 MJ/kg和2. 482 Ts.As.R,.MJ/kg,均明显超出实验室再现性误差范围。Tsr =(4)如以实测的水分(M, M.)数据来修正预测SA.R..直中国煤化工当标修正后的偏差均式(4)中，Ts和Sr,分别为第i种煤及配煤在干燥基全硫(S,a)的煤灰熔融性软化温度，A.为第i种煤的干燥基偏差MHCNM H G单煤的全硫分均较灰分。低，而且相差不大的缘故。102涂华等:褐煤动力配煤研究与分析2008年第4期表2实验室配煤试验配煤化验结果工业分析(质量分数) /%全硫质量分数/%发热量/MJ.kg干基氢灰熔融哈氏可配煤方案-质量分性软化磨性M.M_JAsAwA. V。V_ v_ S.d S.uS.u Qp.s Qg. lm.数/%温度/心指数实测值6.2 5.82 13.90 13.09 13.04 34.6432.6232.49 0.55 0.52 0.52 28.0126.38 25.32 4.19 1460 57预测佳12.17.92 14.21 13.08 12.49 34.22 31.51 30.080.56 0.52 0.427.74 25.54 23.34 4.20 1440偏差-5.9 -2.10-0.31 0.01 0.55 0.42 1.11 2.41 -0.01 0 0.03 0.27 0.84 1.98 -0.01 20 -6修正后预测值13.38 13.3332.23 32. 100.53 0.526.13 25.07修正后偏差-0.29-0.29 一0.39 0.39 - - -0. 01 -0.010.25 0.258.0 7.60 12.53 11.58 11.53 36.47 33.70 33.55 0.53 0.49 0.49 28.76 26.57 25.49 4.13 1450 55预测值13.8 10.26 12.92 11.59 11.14 35.77 32.10 30.830.55 0.49 0.4727.9225.0623.014.18 1430 62-5.8 -2.66-0.39-0.01 0.39 0.70 1.60 2.72 -0.02 0 0.02 0.84 1.52 2.48 -0.05 20-7②修正后预测值11.94 11.8933.05 32.910.51 0.525.80 24.71-0.36-0.36 - 0.65 0.64 - . 0.02 -0. 020.77 0.78 -4.6 2.14 19.30 18.89 18.41 26.07 25.51 24.87 0.61 0.60 0.58 26.77 26.20 24.62 4.14 1360 684.9 2.36 19.43 18.97 18.48 26.30 25.68 25.010.62 0.61 0.5926.98 26.34 24.73 4.14 1370 67纂-0.3 -0.22 -0.13-0.08 -0.07 -0.23-0.17-0.14 -0.01 -0.01-0.01 -0.21 -0.14 -0.11 0 -10 119.01 18.54 一25.74 25.09- 0.61 0.59 .26.34 24.76- -0.12-0.13 - -0.23-0.22 - -0.01 -0.01.-0.14 -0.14 一5.24.86 15.82 15.05 15.00 31.58 30.05 29.94 0.58 0.55 0.55 27.74 26.39 25.36 4.19 1440 6110.26.56 15.73 14.70 14.13 31.84 29.75 28.59 0.58 0.54 0.527.52 25.72 23.71 4.17 1410 64-5.0 -1.700.09 0.35 0.87 -0.26 0.30 1.35 0 0.01 0.03 0.22 0.68 1.65 0.02 30 - 314.97 14.9130.29 30. 18- 0.55 0.526.18 25.150.08 0.09 - -0.24-0.24.000.21 0.21.5 6.14 15.35 14.41 14.35 30.4628.5928.48 0.64 0.60 0.60 28.06 26.34 25.30 4.10 1330 6010.5 10.83 15.55 13.87 13.92 31.36 27.96 28.07 0.60 0.54 0.5427.53 24.55 23.64 4.13 1360 64-4.0 -4.69-0.200.54 0.43 -0.900.63 0.41 0.04 0.06 0.06 0.53 1.79 1.66 -0.03 -30 -414.60 14.5429.43 29.320.56 0.5625.84 24. 80.一一-0.19-0.19 - -0.84-0.84 一0.04 0.040.50 0.508.1 7.93 14.96 13.77 13.75 31.53 29.03 28.98 0.63 0.58 0.58 27.33 25.16 24.14 4.14 1330 5712.011.04 14.48 12.88 12.74 32.50 28.91 28.60 0.60 0.53 0.527.6724.62 23.33 4.11 1330 62-3.9 -3.11 0.48 0.89 1.01 -0.97 0.12 0.38 0.03 0.05 0.05 -0.34 0.55 0.81 0.03 0 - 5。修正后预测值13.33 13.3129.92 29.870.55 0.524.56 23.55- 0.44 0.44 - -0.89-0.89.0.03 0.030.61 0.59注: S,a, S,u, S,.分别为干燥基、空气干燥基、收到基全碗; Qg.d, Q.d， Qm,分别为高位干基、高位空气干燥基、低位收到基发热量。4)灰熔融性软化温度偏差的绝对值为0~重复性误差允许范围，个别甚至超出了其实验室再30C,处于其实验室再现性误差允许范围内。然现性误差允许范围内。虽然3个单煤的可磨性指数而，灰成分差异的程度会直接影响配煤的灰熔融性相差并不大，但由于高水分褐煤的配人，在一定程温度加和性计算结果的准确性,几种煤配合后的熔度上会影响可磨性指数的试验测定，且由于褐煤配融性温度并不完全等于线性加和的结果,但大致介比的中国煤化工于单煤最大值和最小值之间。5)表2中只有不含褐煤的试验方案③的可磨THCNMHG性指数偏差为1,其他方案的偏差均超出实验室的1)选取表1中3个单煤和表2中5个有褐煤1032008年第4期煤炭科学技术第36卷配煤方案的混煤共8个煤样进行了热重分析试验。_120 r70.6热重分析试验升温速率为50C/min,试验气氛为:100+0.4数80, DTG空气(气速90 mL/min)，试验平衡气为氮气(气F 60JT0.2速10 mL/min)。号400.02)得到的8个煤样失重曲线(TG) 和失重微820分曲线(DTG)，如图1和图2所示。比较图1和200400600 8001000图2中的曲线形态，除2个烟煤单煤试验曲线外，(a)煤样A10.4褐煤单煤和其他5个掺有褐煤的曲线形态基本相似。加热的初始阶段为水分析出阶段(低于文80rGDTG0.2册五60100C)，随着温度的继续升高，煤样的挥发分开0.140始以较快速度析出并开始燃烧，接下来随着温度的器20:; 0.0进一步升高，煤中的固定碳开始燃烧，除褐煤单煤0~400600800100外，其他煤样均在将近700C时基本燃烧完全。(b)煤样B从图1和图2中可以得到一系列的特征温度点数据，汇总列于表3。图1煤样A和B热重分析 曲线凌11010.员120rξ120[DTG 40.3想0.2￥5尔80f τG'70 Tc'0.2 580t TG50-.1面60t-0.186040.1 e0.0日册杭开20o 200400_6008001000舞0200400600 8001000o- 2004006008001000温度/C(间)方案①(6)方案②(c)方案③10.4。g_资10010.4.赖80-DTG 0.3型工、-DTG-0.3型1/DTG 0.3型60F T+0.205聚80[ TG-0.2于80[ TG'0.2元0.1盘更e040.1+0.120[~长200.0世0200100600 8001000类02004006008001000楼0200400_6008001000(d)方案④(e)方案⑤.(f)方案⑧图2不同方案的热重分析曲线表3热重分析试验 结果数据挥发分外推起始易燃峰.难燃峰最大失重率外推终止煤样名称Val/% .温度/煤样A(褐煤)46. 56467445343440煤样B(燜煤1)31. 141255(655煤样C(烟煤I)23. 0747574667方案①A: B(20.0%:80.0%)34.648005532504628方案②A: B(30. 0%:70.0%)36.4750001985619方案④A: B: C(15. 0%:65. 0%:20. 0%)31.584317566668方案⑤A: B: C(25. 0%:30.0%:45.0% )30.469660488方案⑥A: B: C(35. 0%:45.0%:50.0% )31.532368482641表3中外推起始温度、外推终止温度通常分别中国煤化工取的是外推起始温称为着火温度、燃尽温度，分别为挥发分开始析出度YHCNMH氏重率温度。并开始燃烧时的温度和煤中的固定碳开始燃烧时的从表3可以看出:104涂华等: 褐煤动力配煤研究与分析2008年第4期1)挥发分与着火温度、燃尽温度有着密切的分、挥发分、全硫和高位发热量在干燥基的基准下关系，褐煤的挥发分明显比另外2个烟煤高，褐煤表现出较好的线性加和性，可以采用该方法对配煤的5个特征温度点均明显较其他煤样低,而且其失性质进行预测。.重曲线和失重微分曲线与另外2个烟煤单煤相比差2)中等挥发分的烟煤掺配人一定量的高挥发异较大，出现了易燃峰和难燃峰，在70C左右时,分褐煤，能明显降低着火温度和燃尽温度，但由于煤样中的水分开始析出, 246C时达到了着火温度,褐煤配比的增加，配煤的发热量必然会降低，这将447C时就已基本燃烧完全。会影响到锅炉的出力，可能危及锅炉的正常运行。2)对比2种煤组合的配煤方案(方案①和方所以将褐煤配人烟煤时，应注意配比的控制，在保案②)试验数据,方案②的褐煤配比比方案①多证锅炉正常运转的前提下，追求其最佳配比。10个百分点，挥发分升高了将近12个百分点，后3)由于实验室的热重分析试验条件与锅炉的者的5个特征温度点均较前者低5 ~30C，较煤样燃烧工况有很大差异，在褐煤配煤实际应用前，应B的温度低30~60C。在相同配煤组合情况下，通过半工业性或工业性燃烧试验来进一-步 验证其燃随着褐煤配比的提高，其着火温度、最大失重率温烧性能。度、燃尽温度均下降。参考文献:3)对比3煤组合的配煤方案(方案④、方案.[1] 戴和武，谢可玉.褐煤利用技术[M].北京:煤炭工业出⑤和方案⑥)试验数据, 3个方案中褐煤配比依次版社, 1999提高了10个百分点，但由于三者配煤的挥发分[2]国家安全生产监督管理总局调度统计司.媒炭工业统计提(Vax)均在31%左右，相差不大,其试验得到的5要(1949-2006) [R]. 北京:国家煤矿安全监察局, .2007.个特征温度点也相差不大，但与配入2个烟煤单煤[3]MT/T 1009 - 2006,0动力配煤导则[S].相比，均有不同程度的下降。所以，中等挥发分的[4] 陈文敏，张自劭，陈怀珍。动力配煤[M].北京:煤炭工烟煤配入一定量的高挥发分褐煤，能降低着火温度业出版社，1999和燃尽温度，即降低了着火点并易于燃烧完全。作者简介:涂华(1976-),男,江西鄱阳入，工程师，博4结论士研究生，现主要从事煤质技术和煤化工研究工作。Tel: 010 -84263443, E - mail; tu_ hua@ sohu. com1)水分因易受环境影响而不具有加和性，在进行褐煤动力配煤时，水分的影响在预测配煤性质收稿日期: 2007-11-16; 贵任编辑:刘军娥(水分、可磨性等)时的误差尤其明显;而由于灰(上接第6页)[2] Ordemir L, Neil D M. Aplicatio of hery duty roadheaders for置,并合理配重。undergound development of the Yucca Mountain exploratorystudy faciliy [ A]. Proceedings of Intermational High Level Nu-5)根据重型掘进机的特点，开发坚固稳定的cler Waste Management Conference, Las Vegas, 1994.伸缩式截割机构和重载回转机构。[3]张明敏. 重型掘进机性能主要限制因素及其改进方向[J].6)采用掘进机导向定位及断面监视系统,改煤炭科学技术, 2005 (1).善重型掘进机操作性能。[4]黄华城. 悬臂式掘进机两种截割方式的对比分析[J].煤7)以重型掘进机为技术平台，采用还可以装炭科学技术，1996 (9). .备自动灭尘装置和锚杆支护系统,提高工作人员的作者简介:郁建生(1977-), 男,山西太谷人，工程师，长安全性、综掘工作面效率等。期从事煤矿部分断面悬臂式掘进机的研究与开发工作,现任煤炭科学研中国煤化工副所长。Tel: 0351 -76850YHCNMHG_[1]郝建生. 掘进机纵轴式截割头截割效率的优化设计[J].煤炭科学技术, 200 (2). .收稿日期: 2007-12-10;贵任编辑:王宗禹105