型煤热解过程的热重分析研究

第24卷第3期Vol24 No. 32008年5月Power System Engineering13文章编号:1005-006X(2008)03-0013-03型煤热解过程的热重分析研究沈阳工程学院动力系关多娇摘要:采用Pris1TGA热重分析仪研究了型煤的热分解过程,探讨了该过程对型煤燃烧特性的影响,并在实验研究的基础上提出了型煤挥发分释放特性指数关键词:热重分析;型煤;热解过程中图分类号:TQ533文献标识码: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煤是一种非均匀的复杂有机及无机物质的组合体,而型的一个铂丝吊篮,直接测量颗粒温度。实验可以以氧气、氮煤作为多煤种混合受压形成的块状燃料,其热分解过程非常气、二氧化碳为载体,也可用氧气和氮气配制成不同氧气浓复杂,会伴随许多物理化学变化热分解过程是型煤在燃烧、度的模拟空气作载体气化、液化、焦化转换过程中的初级阶段,对后续过程有着L3试验条件重大的影响。因此,加强型煤热分解特性的研究对改善其燃升温速率:50℃/min;工作温度:从室温到950℃烧特性,优化燃烧过程至关重要。工作气氛:高纯氮(99999%9);流量是20 mL/min:煤粉1实验部分细度:20~40目筛分。工作初期为氮气,后期为氧气,随着测试的进行,炉子1.1试样制备的温度会逐渐上升,试样的重量不断减少,即可得到热失重试验所用的各种单煤的煤质分析如表1所示,其中鸡西曲线TG,并由TGA整理出试样的失重率(△G△D)随时煤、团林子煤和煤泥挥发分含量较高,焦炭粉、煤泥含灰量间的变化曲线(微分热重曲线)DTG较大试验时,先以50℃/min升温至100℃,在此温度下恒表1原料煤种的工业分析、元素分析和发热量测定温3min(此时水分将会失去),然后继续以50℃/min升温项目MM至950℃,恒温7min,此时即得热解特性曲线,见图1。鸡西煤9202.70290121.5846710.8905812.3037450782047团林子煤631051325514595235085076703299553121.22焦炭粉169503556232.514091060007076053414610.57煤泥101208221821684605205308170235265482357将原料煤、添加剂、水按一定比例混合均匀,用压饼机压制成直径10mm、厚5mm的型煤,自然风干。由于热重分析天平的坩埚直径为5mm,在热重分析前将型煤加工成直径约4mm,厚3mm的小圆柱体。12试验仪器试验在美国珀金埃尔默( Perkin-Elmer)公司的 Pyris-1TGA热重分析仪上完成。该仪器系统包括重量传感器、镍铬热电偶温度传感器、WD100温度控制仪、联想计算机和装在一不锈钢容器内的两个φ40mm×500mm硅碳管加热元件。在硅碳管中间的重量感应元件上悬挂一铂金丝吊篮中国煤化工记录试验期间样品重量的变化。一热电偶同时置于硅碳管中以测量炉内气流温度。第二个加热管内包括与热电偶相连CNMH收稿日期:20071205关多娇(1978-)女,硕士,讲师。沈阳,110036电站系统工程2008年第24卷煤的挥发分与热解最终失重的关系见图2由图中可知,煤的挥发分与热解最终失重几乎成对角线关系,数值一一对应,说明可以直接用煤的炭化程度来预测热解的结果。煤的最终失重与煤的挥发分有良好的相关性,这反映了煤的炭化程度对热解的影响另外,从图1(d)中可看出,焦炭粉的挥发分随温度升高而析出很缓慢,无挥发分集中释放区域,挥发分是伴随整个升温过程而不断释放出来的,温度升至950℃,挥发分还未释放完毕,说明这种煤的着火和燃尽都比较困难,对于其它煤样,在热解的第三阶段,其TG曲线在950℃时仍有下降趋势,说明试验所用煤样的挥发分释放过程可以一直持续到热解结束,这对型煤着火和燃烧均有利为进一步了解型煤在热解和燃烧时挥发分的析出情况本文对比研究了型煤的热分解曲线和燃烧曲线,如图3所图1热解特性曲线2分析与讨论21热分解特性分析煤是一种复杂的高分子化合物,在惰性气氛下,加热至高温,受热而发生一系列的物理变化和化学反应,煤的热解曲线可判断煤中挥发分随温度升高析出的情况,图1给出了各种煤试样的TG、DTG热解曲线。从这些曲线可以看出其热解过程大致可分为3个阶段,以鸡西煤的热解过程为例说明:50~200℃左右为第一阶段,此阶段内主要是吸附气体的脱除和脱羧基反应阶段,失重量大约占总失重的1%左右;此后有一段水平线,表明这一温度区间几乎没有质量损失,水平线可以持续到大约250℃:第二阶段在250℃至大约800℃之间,发生强烈分解,TG曲线陡然下降,相应的=DTG曲线则直线上升,达到最大值后,又直线下降,出现峰值的位置在4915℃,总失重约为23%,此阶段主要是煤的解聚和分解反应,放出大量气体和焦油,煤变成半焦;进入热解的第3阶段,TG和DTG曲线都呈缓慢下降趋势,此图3型煤的热分解和燃烧过程曲线时,主要是半焦缩聚成焦炭析出以甲烷和氢气为主的气体,在反应的初始阶段,热分解曲线与燃烧失重曲线的初始时失重约为3.5%150℃以后出现水平线,表明失重已经结间和温度基本相同,燃烧的型煤质量减少速度稍快于热分束,TG和DTG曲线可以更加清晰地看出这种变化。解。这是由于燃烧实验中由于挥发分的燃烧,造成型煤周围气体温度升高,通过环境气体的热辐射,使型煤表面温度升高速度大于热分解。根据热分解和燃烧曲线容易看出,挥发料水分析出到燃烧结束时已基本完成,并且在煤焦燃尽前挥发分完全析出,热分解过程中挥发分完全析出时间大于燃烧过程挥发凵中国煤化工媒内的热量CNMH耗能量,型煤中心温度升分完全析出时间与挥发分燃烧结束时间的差值取决于型煤的物理特性。不同的研0煤样的挥发分含量究者所使用的试样的性质不同,所以对燃烧过程的结论存在图2最终失重与煤中挥发分含量的关系差异。本研究的实验结果表明,煤焦着火时(下转第24页)年第24卷5运行效果题,保证了锅炉长期稳定运行通过对以上灭火措施的实施,从根本上改善了该锅炉的参考文献燃烧状况解决了锅炉高负荷灭火问题,至今未再发生灭火王春昌铜炉假灭火事故与火焰检测器检测位置相关性分析事故并且锅炉效率也提高了12%NO排放降到630mg/m3中国电力2006,391)73~16(折算氧量O2=6%)以下2]孙丹萍,徐齐胜.420Ⅶh无烟煤锅炉灭火原因分析及预防措施门动力工程2006,26(3):383~3876结论[3]肖宝兰,夏雅明,张成山.燃煤锅炉灭火原因分析及相应对策加强煤种的监管和掺拌工作:火检位置的改进:;磨煤机{q张泽,吴少华姚政,等水平浓淡风煤粉燃烧器调节特性的数值的改进;锅炉燃烧器的改造;三次风截流环的调整减少三次模拟及工业性试验研究中国电机工程学报,200020.(2)51~55风速的偏差,测量设备及辅助设备的调整,炉内空气动力场(5]朱群益,徐砚,姜文龙等百叶窗水平浓淡煤粉燃烧器浓淡气流的调平,提高运行人员的运行水平,因此解决了锅炉高负荷分配的试验研究动力工程,2004,24(2)183~185灭火问题,同时也有效改善了锅炉水冷壁高温腐蚀、结焦问编辑:巨川上接第14页)挥发分并未完全析出,但煤焦燃烧开始后挥组分煤种必然相互影响,相互作用。热分解的速率与型煤粒发分很快就析出完全度、组分煤种性质(如挥发分的析出速度)及含量等因素都22挥发分释放特性指数有关系。其中焦炭粉的挥发特性虽然最差,不能集中释放从图1中可以看出最明显的特征参数有:挥发分初析温但正是这种一直持续到热解结束的挥发分释放过程,有力地度T挥发分最大释放速度峰值(dG)hax,对应于(dGdt)mx促进了其它组分煤种的挥发分释放,这对型煤着火、燃烧和的温度Tmx,燃料的原始质量G和燃料的剩余质量G’,在燃尽过程均有利燃料燃烧的过程中,上述几个参数中前3个参数均足影响挥(2)根据热分解和燃烧曲线容易看出,在反应的初始阶发分析出的主要特性参数,显然,(dGdh)hm越大,挥发分段,热分解曲线与燃烧失重曲线的初始时间和温度基本相释放得越强烈:T越小,挥发分越易析出,表明燃料的着火同,当煤焦着火时挥发分并未完全析出,但煤焦燃烧开始后性能越佳;T越低,则表明挥发分释放高峰出现得越早,挥发分很快就析出完全,煤焦利用残余的挥发分燃烧提升本此时燃烧就容易在较低的温度下进行;释放峰越窄,表明释身的温度,使燃烧充分进行,利于燃尽。放越快、越集中,对着火越有利;反之,则不利于着火(3)在试验的基础上本文综合多个对挥发分析出有影对于单一煤种,一般来说,灰分含量相差不多时,随着响的参数,提出挥发分释放特性指数,其值越大,则型煤挥发分含量的增加,挥发分释放较早,初析温度T低,释的挥发析出特性越好,煤的着火性能较佳,着火温度较低放最大速率dGdh较高,其对应的温度Tm较低,释放热解反应越易进行较为集中,峰宽较窄。组分煤种在型煤燃烧过程中基本保持各自的挥发分析参考文献出特性。型煤挥发分最大释放速率(dGal}mx及其对应的温]胡文斌杨海瑞目俊复,等煤着火特性的热重分析研电度Tm受多种组合煤各自的品质及其相对含量的影响较大,站系统工程,2005,(2)随着较优煤的含量增大,(dGdr)hx相应增大,Tm降低[2】徐朝芬,孙学信郭欣热重分析试验中影响热重曲线的主要因素本文综合以上参数对挥发分析出的影响,提出挥发分释分析[热力发电,2005(6)3]方立军,刘彦丰,惠世恩.煤焦燃烧模型的热重实验研究门燃烧放特性指数D,其值可定义为:科学与技术,2003,(6)D=(c/ah)/(-x7)4]徐朝芬,张鹏字,夏明,等实验条件对煤燃烧特性影响的分析门华中科技大学学报(自然科学版),2005,(5)表2热解特性参数5]何方,王华,何屏,等.生物质复合型煤在热分析仪中的燃烧行为物质Ime-minmgmin5cDX10研究[门煤炭转化,2002,(4)煤25702491.5003784299510558.16]张云利,刘坤,孙丽丽.生物质型煤燃烧特性的研究[门煤炭技术,团林子煤262455561819441.332571480煤泥2139053860015261.325编辑:闻彰焦炭粉3040869977002200.1031004975型煤1样270185651102521165112741140D值越大,则煤样的挥发析出特性越好,煤的着火性能广告目次较佳,着火温度较低,热解反应越易进行。各煤样的热解特性参数见表2。由表2可以看出,在4种单煤中,鸡西煤哈中国煤化工封面的挥发分析出特性最好,团林子煤次之,焦炭粉最差重CNMHG…………3结论哈尔滨新富华燃烧工程有限公司封三()热重分析试验结果表明型煤的热分解过程中所有重庆工商大学科技开发总公司……封底