高岭石对煤炭燃烧特性影响的研究 高岭石对煤炭燃烧特性影响的研究

高岭石对煤炭燃烧特性影响的研究

  • 期刊名字:煤炭转化
  • 文件大小:673kb
  • 论文作者:李梅,张洪,孙明,谭增涛
  • 作者单位:中国矿业大学
  • 更新时间:2020-11-09
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论文简介

第27卷 第3期煤炭转化Vol.27 No. 32004年7月COAL CONVERSIONJul. 2004高岭石对煤炭燃烧特性影响的研究李梅”张洪2)孙明"谭增涛3)摘要利用NETZSCH 409C型差示扫描量热仪对常见黏土类矿物高岭石对煤炭燃烧特性的影响进行了分析.结果表明,随着高岭石添加量的增加,煤样的失重曲线TG燃烧段变得逐渐平缓,失重速率曲线DTG的峰值点降低,燃烧失重迷率降低;煤样的着火点逐渐升高,当高岭石的添加量在50% ~60%之间时,着火温度约升高9 C~13 C,燃烧稳定性也降低;随着高岭石的添加量的增加,煤样总的折算灰分增大,差热扫描曲线DSC的放热峰宽变窄,放热量减少.关键词煤,高岭石 ,燃烧特性,热分析.中图分类号TQ53420%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%比例0引言称重,充分混匀,各试样配比及编号见第69页表3.表1原煤的工业分析和元素分析随着煤炭的不断开采,优质煤越来越少,各种锅Table 1 Proximate analysis and ultimate analysis of coal炉使用的煤炭灰分越来越高,特别是沸腾炉、循环流Proximate analysis/% ,adUltimate analysis/% ,ad化床和煤矸石制砖等所用燃料灰分都在70%以上,MVAFCCHN0s因此,对高灰分煤燃烧特性的了解有助于这类锅炉1.4 7.3 5.2 86.1 92.8 3.89 1.42 1.82 0.07选型、设计和制定合理的运行规程,有利于促进煤矸石和煤泥的综合利用.1煤燃烧特性研究十分活跃,表2离岭石样品的化学成分(%)内容覆盖煤种、煤物理性状、混煤以及添加催化剂等Table 2 Chemical composition of kaolinite(% )对煤炭燃烧特性的影响,主要针对常规煤炭和常规.SiOz Al2O3 TiOr Fe2Os CaO MgOLoss onignition锅炉,针对高灰分、低挥发分煤炭燃烧特性的研究较少,而对灰分>50%的煤炭燃烧特性研究未见报48.23 38.58 0.39 0.22 0.20 0.02 12. 93道.(28]本文重点研究黏土矿物族中最具代表性的高岭石对煤炭燃烧特性的影响,高岭石在煤中混合比利用NETZSCH 409C差示扫描量热仪对各试例从0%~90%,在NETZSCH 409C差示扫描量样进行燃烧特性实验,工作气氛为N2和Oz,流量分别热仪上进行混合物煤炭燃烧特性分析,以探索黏土为80 mL/ min,20 mL/ min,升温速率为20 C/min,类矿物质影响煤炭燃烧特性的一般规律. [1]1温度变化范围为25 C~1 100 C;试样重量约为20.0mg.由热重曲线(TG)和差热扫描曲线(DSC)1实验部分对样品进行定性分析.选择低挥发分、低灰分的内蒙古太西精煤作为2结果与分析原煤,其工业分析和元素分析数据见表1;高岭石样.品取自徐州矿务局张小楼矿,其化学成分见表2.2.1热重曲线将煤样、高岭石原样经破碎后在110 C下烘干,再用密封式制样粉碎机统- -制成粒度约180目的标准部分试样的TG-DTG热重分析见第69页图试样.将高岭石和煤粉按(以高岭石质量计)0% , 10%,中国煤化工迅速失重,TG曲线1)硕士生;2)副教授;3)本科生,中国矿业大学化工学院,21008江苏徐PYHCNMHG收稿日期2004-03-16;修回日8期:2004-04-06第3期李梅等高岭石对煤埃燃烧特 性影响的研究59燃烧失重段显得陡峭.添加高岭石后,失重变得较为重段也更加平缓.这是因为添加的高岭石和煤粉在缓慢,且随着高岭石添加量的增加,TG曲线燃烧失燃烧过程中互相影响造成的.表3煤与高岭石配合比例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厂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图1部分试样的TG-DTG热重分析曲线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原煤和高岭石的DTG曲线上都只有一个大的附近不断波动,此时虽有放热,但尚未着火.着火应尖峰区域,原煤的DTG曲线上的最大值点出现在当表现为迅速失重.因此,将DTG曲线上迅速失重590 C左右,高岭石的DTG曲线上的最大值点出现的开始点作为着火点,以该点对应的温度作为热分在530 C左右.添加高岭石后,DTG曲线上的最大.析的着火温度T,热分析着火温度越高,说明着火值点所对应的温度有所下降.越困难. [4]各种试样的着火温度见第70页图2.由图2中各试样着火温度曲线可以看出,当高岭石的2.2蓍 火特性分析添加量在10%~60%时,着火温度缓慢升高.但当由图1可以看出,最初的TG曲线略微向上,高中国煤化工:火温度有迅速下DTG曲线有正增长的趋势,这是由于表观增重所引降的HCNMHG_起的.随后发生缓慢的氧化反应,DTG曲线在零值.保材石火后的火焰稳定性分析,可以用可燃性70煤炭转化2004年指数C1来表示,其定义为:燃质的比例相对降低,且高岭石在650 C左右已经C = (r/)w/T*x 10%失去结构水,故加入高岭石试样的燃尽率相对高些.式中: (duw/d)m--燃烧失 重的最大速率;T:一59430 f着火温度.591-Temperaturefmsoss-.s588-2o室,522{ 24.95851s曼24.824.7 营579自51624.676-9 5144.5昌373L51224.4Samples senal numberl 24.350824.2图3 各种试样的最大燃烧失重速率和相应的温度24.1Semples serial numberFig. 3 Samples' the maximal velocity of mass loss and .corresponding temperature图2各种试样的着火温度及相应的时间Fig.2 Samples' ignition temperature and100- Ratio of burnoutcorresponding time6可燃性指数C是一个放大了的反应性能指数,ξ 9上它主要反映煤在燃烧前期的反应能力,其值越小,煤的可燃性越差,因而煤粉火焰就越不稳定.从分析的结果来看,原煤的可燃性指数为8. 60,随着高岭石添加量的增加,可燃性指数也逐渐下降,当高岭石的0添加量达到90%时,可燃性指数降低为2.9,比原煤Samples seral number降低了5.7个单位.图4各种试样的燃尽曲线Fig.4 Samples burnout curve2.3最大燃烧速辜和燃尽特性分析实验由DTG曲线上的最大极值点来确定最大2.4吸放热特性分析燃烧速率(rw/d)=mr其所对应的温度为T同时部分试样的TG-DSC曲线见第71页图5.从图从TG和DTG曲线上可以看出,对于高岭石来说,5的DSC曲线可以看出,原煤样和掺人高岭石的煤在650 C以后,TG曲线趋于平直,DTG曲线波动样的燃烧放热曲线形状有所不同.原煤的DSC曲线于零值附近.因此,为便于进行比较,将650 C作为峰值较高,并且在最高放热峰的位置,曲线近乎水平特征温度,以此温度下的热重实验数据来表征燃尽且持续时间较长,这说明其放热集中,放热量大.加特性.用f表示燃尽率,其定义为:入高岭石后的试样的放热峰相对较窄,放热量较少,f= (100 - TGs)/(100- TA) x 100%这是由于在加入高岭石后煤粉的折算灰分增大的缘式中: TGsso- - 650 C时的残余物质量;TA--燃故.纯高岭石样在500 C~650 C之间由于结构水料总折算灰分,的脱出有-吸热峰,在1000 C左右由于偏高岭石由图3可以看出,添加高岭石后的试样的最大再结晶为Y-AILO,尖晶石而有一小的放热峰.当煤燃烧失重速率总的趋势是下降的.当高岭石的添加和高岭石混烧时,由于煤燃烧放热也集中在这一温量在10%~20%时,最大失重速率所对应的温度度区间,煤的燃烧放热和高岭石的脱水吸热相抵消,Tm较原煤有所降低,降低幅度为5C~15 C;高岭因此,在混烧样的DSC曲线上看不到高岭石在500石的添加量达到30%时,最大燃烧失重速率所对应C~650C之间由于结构水的脱出而形成的吸热的温度T和原煤相近;当高岭石的添加量大于锋,只有一煤炭燃烧的放热峰.30%以后,最大燃烧失重速率所对应的温度均比原煤低,这说明黍加到原煤中的高岭石使得燃饶有前中国煤化工移的趋势.由图4可以发现,原煤在650 C约有FYH85%的可燃质基本燃尽,在加人高岭石后,试样的可CNM. H .失重曲线相对于纯第3期李梅等高岭石对煤炭燃烧特性影响的研究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 /心图5部分试样的 TG-DSC曲线;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煤粉而言变得平缓,并且随着高岭石添加量的增加,温度升高,当高岭石的添加量在50%~60%之间燃烧热失重曲线也变得更加平缓.加入高岭石后,试时,着火温度约升高9 C~13 C.样的燃烧速率降低.3)加入高岭石后由于混合燃料的可燃组分变少,2)加入高岭石后的煤粉燃烧稳定性降低,着火总折算 灰分增大,试样的放热量降低,燃尽时间延长.参考文献[1] 熊友辉,孙学信动力用煤及燃烧特性的研究手段和方法.煤质技术,1998(5);27-31:2] 路继根,丘建荣,沙兴中等.用热重法研究我国四种煤显徽组分的燃烧特性燃料化学学报199624(4)-329-3343]高正阳,方立军,叶学民等.无烟煤与烟煤混煤燃烧特性的热重实验研究.华北电力大学学报,200.28(1):39-42[4] 刘豪,邱建荣,吴昊等.钙基复合添加剂与煤粉混烧的燃烧特性研究煤炭转化,2002 ,25(2)+67-70[5] 赵利敏,秦裕现,吴少华等煤燃烧特性参数与锅炉结构参数的相关性研究.电站系统工程.000,16(5) :268-270[6]邱建荣,郭 嘉.曾汉才. 混煤燃绕特性的实验研究及燃绕特性指数的确定热能动力工程1993.8(4).169-173[7]张军,袁建伟,徐益谦. 矿物质对煤粉热解的影响.燃烧科学与技术,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页)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中国煤化工KEY WORDS coal ,kaolinite ,combustion chari:YHCNMHG

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