锡林浩特褐煤燃烧特性热重分析

第32卷,总第188期《节能技术》Vol 32 Sum. No. 1882014年11月,第6期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYNov.2014,No.6锡林浩特褐煤燃烧特性热重分析赵炬明(东北电力设计院国际分公司,吉林长春130021)摘要:利用热重分析仪获得了升温速率分别为10K/mn、30K/min、50K/min和70K/min下锡林浩特褐煤的燃烧失重特性曲线,计算了着火温度、燃尽温度、最大失重速度等燃烧特性参数。采用Coas- Redfern法计算出反应动力学参数:活化能E和频率因子A。结果表明,随着升温速率升高,其着火温度降低,燃尽时间增加。关键词:褐煤;燃烧;热重分析中图分类号:TK6文献标识码A文章编号:1002-6339(2014)06-0527-03Thermogravimetric Analysison Combustion Characteristicsof Xilinhaote LigniteZHAO Ju-mingNortheast Electric Power Desing Institute, Changchun 130021, China)Abstract: The combustion characteristics of Xilinhaote lignite were studied by thermogravimetric analysisat different heating rate(10 K/min, 30 K/min, 50 K/ min and 70 K/min). The initiation point, burnouttime, burnout temperature and maximum weight loss rate were calculated with the test date. The kineticparameters, activation energy E and frequency factor A, were studied by Coats-Redfern thermalanalytical method. Results show the burnout time increases and the ignition temperature decresaes with risingheating rateKey words: lignite; combustion; thermogravimetric analysis0引言析煤燃烧反应机理和反应特性,为煤燃烧利用提供有价值的信息4。我国褐煤储量丰富,利用方式以燃烧为主,研究锡林浩特褐煤是我国内蒙古地区的典型褐煤,褐煤燃烧特性具有重要意义。热重分析广泛用于煤本文釆用热分析方法,分析了该煤种的燃烧特征参燃烧特性研究-3,通过热重曲线分析可以获得着数,进行反应动力学参数计算。火温度、燃尽温度、最大失重温度、最大失重速率等特征参数通过计算反应动力学参数可以进一步分1热天平实验1.1实验样品选取和制备收稿日期2014-09-16修订稿日期2014-10-23将采集的锡林浩特(XLHT)褐煤研磨、筛分,粒基金项目国家科技支撑计划课题(2028BA2B03):河北省教度为140目(109μm)以下,密封保存。煤粉样品工作者筒介:矩明(190-),男本科,高级工程师,主要从事能业分析和元刻中国煤化工源工程设计研究。CNMHG表1锡林浩特(XLHT褐煤工业和元素分析煤种业分析%元素分析d%XLHT35.2646.766.7911.1921134.072.204.9521.450.301.2实验工况热重分析仪为瑞士 Mettler- Toledo公司生产2--30K/min3--50K/min的TGA/SDT85le型热重分析仪。实验中,将15mg左右的煤样置于热天平坩埚中,用50mL/min的氮气吹扫热天平,整个吹扫过程进行30min后充分排出反应系统中的杂质气体,然后以20K/min加热到378K,恒温5min,除去样品中的水分,然后通入氧气,以不同加热速率加热至1273K,最后在1273K继续通人30%、50mL/min氧气并恒温5min。升温800100012001400速率分别为:10K/min、30K/min、50K/min和70min图1不同升温速率下的TG曲线由于从室温升温到378K阶段只是为了脱除外在水分,而对于煤粉而言,温度达到1273K时燃烧已趋于反应完全,达到1273K之后再恒温一段时间,是为了使反应更充分。因此这两个阶段在数据分析的过程中可以不考虑。以下曲线均为对由378K以不同的升温速率加热至1273K的反应阶段的EE8三分析。即378K时的重量为燃烧样品的初始重量,11--10K/min273K为燃烧终点,此时的重量为燃烧样品的最终2--30K/min3--50K/min重量。4--70K/min2实验结果及分析10001200140由热重曲线及数据,可得到某一时刻反应的转化率6,即某一时刻试样减少的质量与达到实验终图2不同升温速率下的DTG曲线温时试样的总损失质量之比由图1、图2可知,升温速率在一定程度上改变了煤的分解历程,升温速率会影响到某一温度时煤(1)样的剩余质量,升温速率越高在某一温度时剩余质式中m—样品失水结束的质量;量越大;同时随着升温速率的提高,燃烧失重速率明m1某一时刻样品的质量;显增大,完成整个燃烧的时间会相应缩短。m。—反应结束时样品的质量。而从表2里的数据可以看到,在4个不同的升由试验数据获得样品在4个升温速率下的燃烧温速率下,煤样的着火温度(确定方法见文献[7])特性参数如表2所示。具有特定的规律,即随着升温速率的增加,着火温度表2不同升温速率下的燃烧特性参数降低。这说明当升温速率提高时,煤粉着火提前,着燃烧反应速度峰值火温度随之降低渐趋明显。升温速率对最大失重速升温速率最终失重着火温度燃尽温度(du/dr)率的影响很大,随着升温速率的增加,最大失重速率T:/K TL/KK增大,燃尽温度(燃烧失重量为总失重量的98%时所对应的温度)随之增大,这是因为升温速率越大,88.19590.57852从室温加热到反应终点温度所需时间越小,虽然温5088.02573.3100318.0度高,但时间不够,没有燃尽,而且在高温条件下,燃烧处于扩散中国煤化工混合过程就显得燃尽温YHCNMHG528·Cumming9、刘辉等人的研究也表明一级反3燃烧动力学分析应可以很好地描述煤粉热天平燃烧反应过程,燃烧本文采用 Coats- Redfern方法积分,反应选择反应在不同反应区间存在多段表观活化能的现象,一级反应机理函数,求解锡林浩特褐煤热解反应说明反应温度增加,燃烧过程遵循不同的反应机理,的动力学参数,见表3。这和本文的研究结果是一致的。表3煤样燃烧反应动力学参数升温速率′温度范围/失重份额频率因子相关系数拟合直线公式K·minlAkJ·mol-559-695y=-7886.7x-1.652815104.065.5710695-8442319.6x-9.380.8354529-73152.76869.40.995731-820y=-4959.1x-6.6495513-738y=-4688.9x-7.27310.9839738-932y=-2782.1x-10.0316.10.9993490-740y=-4115.7x-8.24020.9801740-1025y=-1867.3x-11.45147.371.415.520.9981[3]赵丽红,楚希杰,辛桂艳煤热解特性及热解动力结论学的研究[].煤质技术,2010,34(1):8-11(1)升温速率在一定程度上改变了煤的分解历[4]胡荣祖,高胜利,等.热分析动力学[M].2版北程,升温速率会影响到某一温度时煤样的剩余质量,京:科学出版社,2008升温速率越高,着火温度降低,煤粉着火提前;平均[5]熊友辉,孙学信动力用煤及燃烧特性的研究手重量损失速率也随之增大,燃烧反应更加集中;最大段和方法[J].煤质技术,1998(9):27-316]王俊宏,常丽萍,谢克昌.西部煤的热解特性及动失重速率所对应的温度没有很明显的规律性;燃尽力学研究[]煤炭转化,2000213):1-5温度随之增大。[7]祝文杰,周永刚,赵虹,等.用热天平研究煤的燃(2)对燃烧反应的动力学分析表明,锡林浩特烧特性[J煤炭科学技术,200,32(3):8-1褐煤热天平燃烧反应为一级反应,燃烧反应分为两8]卢洪波,徐海军.煤燃烧特性的热重实验研究个阶段,升温速率升高,煤样各段反应的表观活化能J.电站系统工程,200622(6:1-13降低。[9 J. W. Cumming. Reactivity assessment of Coals Via参考文献a Weighted Mean Activation Energy[J]. Fuel, 1984, 63(10)[1]刘建忠,冯展管,张保生,等.煤燃烧反应活化能1436-1440的两种研究方法的比较[J].动力工程,2006,26(1):121[10]刘辉,吴少华,赵广播,等.煤粉粒度对元宝山褐124煤燃烧特性的影响[J].哈尔滨工业大学学报,2008,40(3):[2]朱群益,李瑞扬,秦裕琨,等煤粉燃烧反应动力419-422学参数的试验研究[J].动力工程,2000,20(3):703-706(上接第522页)Combust Flame, 1978(31): 53-60[3]Weber R, Orsino S, Lallemant N, et al. Combustion[7]Stone R, Clarke A, Beckwith P. Correlation for laminarof narural gas with high-tempersture air and large quantities of burning velocity of methane/diluent/ air mixtures obtained influe gas[ J]. Symp( Int)Combust, 2000: 1315-1321free-fall experiments[ J ]. Combust Flame, 1988(114): 546-55[4]冯耀勋,郑晓峰,贾明生.预热温度对髙温空气/甲[8]Andrews GE, Bradley D. Determination of burning ve-烷扩散火焰中NO生成的影响[J].节能技术,2011,29(4): locity: a critical review[J]. Combust Sci Technol,1973(20)[5]Hill PG, Huang J Combust Sci Technol 1980, 60: 7-30[9X. J. GU, M. Z. HAQ, M. LA WES, et al. Laminar burn-[6]Garforth AM, Rallis C]. Laminar velocity of stochiomet- ing velocityair mixtures[J]ric methane-air pressure and tempersture dependence[J]. Combustion中国煤化工CNMHG