混煤掺混方式对其燃烧特性的影响研究

第25卷第2期电站系统工程V ol.25 No.2 2009年3月Power System Engineering 13 文章编号：1005-006X(2009)02-0013-03
混煤掺混方式对其燃烧特性的影响研究*
默会龙1刘亮1白晓玲2朱光明3王艳1高颖佳1
（1.长沙理工大学，2.中国石油独山子石化热电厂，3.湖南省电力公司试验研究院）
摘要：利用热重天平对燃烧性能相差较大的巩义金鼎煤和平煤天安煤及其混煤燃烧性能进行热重分析，对两种不同的掺混方式得到的混煤进行实验，分析了两种掺混方式下的混煤着火温度、燃尽温度，并对混煤的可燃性指数Cb、综合燃烧特性指数S、稳燃指数G 进行了对比。

结果表明：在相同升温速率、质量比的情况下，掺混磨制好的单煤粉获得混合煤粉的方式同掺混原煤后进行磨制获得混合煤粉的方式相比，其各项着火特性、燃烧特性都有改善。

关键词：掺混方式；燃烧特性；热重分析；混煤
中图分类号：TK124 文献标识码：A
Study on Effect of Blended Coal Way on Blended Coal Combustion Characteristics
MO Hui-long, LIU Liang, BAI Xiao-ling, et al.
Abstract: Thermogravimetric tests of Gongyijinding and Pingmeitianan and the blended coal have been carried out. The influence of the variation of experimental curves on the ignition and combustion characteristics of the blended coal on the different blended way is discussed. Different ways of blend methods, which the one is blended the pulverized coal that obtained by grinded the single parent coals, the other is blended the two parent coals then to grinded them in order to obtain the blended coal, was described in this paper. The parameters of flammability index C b, combustion stabilized G, comprehensive discrimination index S were used to evaluate the different blended coal. The result shows that, under the same heating up rate and the same mass, the ignition characteristics and the combustion characteristics of the first method are better than the second method.
Key words: blended coal way; combustion characteristics; thermogravimetric analysis; blended coal
随着我国国民经济的快速发展，煤的消耗量日益增加，加上运输困难、煤矿分布不均等因素，许多电站锅炉有燃用混煤的倾向。

由于混煤的燃烧特性因其组分煤种不同而不同，因此研究混煤的燃烧特性是非常必要的。

国内外学者做了大量混煤的研究工作[1～4]，都是从不同的煤种或不同掺混比例入手进行混煤燃烧特性或热解特性的研究，但是还没有人研究不同的混煤掺混方式对混煤燃烧特性的影响。

本文主要以两种燃烧性能相差较大的典型无烟煤—巩义金鼎煤、典型烟煤—平煤天安煤和他们不同掺混方式的混煤为试验对象，利用热天平对单煤及两种混煤进行研究，引用可燃性指数Cb、综合燃烧特性指数S、稳燃指数G，对两种混煤的燃烧特性进行探索和研究。

1 实验仪器及条件
本实验采用北京光学仪器厂生产的WCT-2型热天平。

煤样采用不同的掺混方式的两组混煤试样和两种单煤试样，热重实验采用φ5×1.5 mm氧化铝坩埚。

测试条件：
升温速率为20 /min
℃，试样质量10±1 mg，试验测温范围为30～1000 ℃，实验在空气介质中进行。

2 热重曲线及分析
收稿日期：2008-11-05
默会龙(1978-)，男，硕士研究生。

长沙，410076
*大唐湖南分公司2007年科技攻关合作项目
掺烧混合煤粉时有两种掺混方式，第一种掺混方式“混合单煤粉”：单独磨制原煤然后混合各单煤粉而得到混合煤粉；第二种掺混方式“混合原煤”：原煤混合后直接磨制得到混合煤粉。

本文从这两种不同的掺混方式出发，选用平煤天安煤、巩义金鼎煤两种煤按1:1的质量比进行掺混得到混合煤粉，利用热重分析仪对混合煤粉的燃烧特性进行了研究。

为了后面的叙述方便将平煤天安煤记做1#试样；平煤天安煤和巩义金鼎煤按混合单煤粉方式且质量比为1:1的比例混和，得到混合试样记作2#试样；平煤天安煤和巩义金鼎煤按混合原煤方式且质量比为1:1比例混和，得到混合试样记作3#试样；巩义金鼎煤记作4#试样。

单煤及混合煤粉的工业分析示于表1。

表1 试验煤样的工业分析
试样M ad/% A ad/% V ad/% FC ad/%
2
3
4
1.74
1.61
4.19
31.31
37.50
30.97
14.11
13.63
4.93
52.84
47.26
59.91
将各个试样通过WCT-2型热天平进行热重分析，得到TG-DTG分析曲线，见图1、图2。

2.1 燃烧特征温度和特征参数的确定
着火温度大小反映了煤种的着火性能或煤种活化能的高低，其数值越小，表明该煤种着火越容易。

利用热分析曲线TG和DTG可以得到煤粉的燃烧温度，从而确定其着火温度[5]。

在DTG曲线上，过峰值点作垂线与TG曲线相交于
14 电 站 系 统 工 程 2009年第25卷
一点，过该点作TG 曲线的切线与TG 开始曲线的平行线交于一点，则此点所对应的温度就是通常所说的着火温度。

燃尽温度定义为煤样可燃部分燃烧掉98%燃料量时所所对应的温度T h ，该温度所对应的时间为燃尽时间[6]。

一般情况下，燃尽所需时间越短，其燃尽性能就越好。

对图1、2进行分析和处理，可得到两种单煤及其不同掺混方式混合煤粉的着火温度 T i 、最大失重速率(d W /d t )max 及其对应温度T max 、燃尽温度T h 等参数见表2。

图1 单煤TG-DTG
图2 混煤TG-DTG
表2 燃烧特征温度和特征参数
试样
T i /℃ T h /℃ (d W /d t )max /mg ·min -1
T max /℃ 2 3 4
500 514 585
804 841 980
0.62 0.40 0.45
651 671 621
图3 各试样温度参数图
从表2或者图3中可以看出，两单煤种中，平煤天安煤的着火温度低，巩义金鼎煤的着火温度高，说明平煤天安煤由初始稳定状态达到活化状态所需要的能量较小，所以着火温度低；而巩义金鼎煤由初始稳定状态达到活化状态需要吸
收较多的能量，因此着火温度较高，比平煤天安煤高出了近150 ℃。

对于两种不同掺混方式的混合煤粉，图2 中2#试样的TG 曲线的斜率明显大于3#试样的斜率而且其失重明显早于3#试样，结合图3可以看出3#试样的着火温度高于2#试样，说明2#试样着火比3#试样容易。

从图3中还可以看出无论哪种方法得到的混合试样其着火温度都低于难燃煤的着火温度，并且混合单煤粉方式的着火温度要低于混合原煤方式的着火温度，这说明在相同的条件下混合单煤粉的掺混方式更有利于混煤的着火燃烧。

同样从表2和图3中可见，平煤天安煤和巩义金鼎煤相比，燃尽温度低。

两种煤混合后所得
混煤的燃尽温度有了很大的改善，并且2#试样的燃尽温度要低于3#试样的，这说明按混合单煤粉的掺混方式所得混煤的燃尽性能优于混合原煤的掺混方式。

煤在着火后失重速率越高，其所对应温度T max 越低，越容易形成较高的燃烧温度，燃烧越稳定, 燃尽程度也越好。

由表2和图3可见两种单煤中平煤天安煤的T max 低于巩义金鼎煤的T max ；对于两种混煤的最大失重明显是2#试样好于3#。

最大失重速率反映出煤样在着火后燃烧的强度，最大失
重速率越大，煤样在着火后燃烧越剧烈，燃烧温度也越高，燃烧越稳定。

从图中和表中可以明显看出2#试样性能好于3#试样。

2.2 燃烧评价指标
燃烧特性的评价指标有许多，本文采用文献[7]中的可燃性指数Cb 、综合燃烧特性指数、稳燃指数G 来对比两种掺混方式对混煤燃烧特性的影响。

可燃性指数Cb 主要反映煤样燃烧前期的反应能力,该值越大,煤的可燃性越好。

其定义式为：
式中，T i ——着火温度，℃；(d W /d t )max ——最大失重速率，
mg/min 。

综合燃烧特性指数S 全面反映了试样的着火和燃尽性能，S 的值越大说明试样的综合燃烧性能越好，其定义式为：
式中，S ——燃烧特性指数；(d W /d t )max ——最大燃烧速度，mg/min ；(d W /d t )mean ——平均燃烧速度，mg/min ；T i ——
着火温度，℃；T h ——燃尽温度，℃。

煤的燃烧稳定性既反映着火难易程度，又体现煤种着火后的燃烧情况，是锅炉运行，特别是变负荷运行工况下能否稳定着火的重要指标。

其定义式为：
式中，T i ——着火温度，℃；(d W /d t )max ——最大失重速率，
mg/min ；T max ——最大失重速率所对应的温度，℃。

利用上面3个燃烧评价指标计算试验煤种，结果如表3。

表3 煤的燃烧特性评价指标
试样 Cb ×10-6 S ×10-9 G ×10-6 2 3 4
2.4 1.5 1.3
1.2 0.59 0.43
1.9 1.16 1.24
T G /%
T /o
C
D T G /m g ·m i n
-1
T G /%
T /o
C
D T G /m g ·m i n
-1
T (℃)
试样
()2
max //b i C dw dt T =c m a x m
a 2(d w /d t )(/)c
e n
i h
d w d t S T T ×=×()max
max dw/dt /i G T T =i
第2期
默会龙等：混煤掺混方式对其燃烧特性的影响研究 15
图4 燃烧特性评价指数
图5 综合燃烧特性指数
从表3、图4、图5中可以看出，在巩义金鼎中加入了平煤天安煤后，混煤的可燃性指数Cb 增大，表明该试样的燃烧性能变好；同时稳燃指数G 和燃烧综合特性指标S 都有所增大，这表明在难燃的巩义金鼎煤中掺入平煤天安煤，可以改善其着火温度；同样还可以看出按照混合单煤粉的掺混方式得到的混合煤粉其各项参数也优于混合原煤的掺混方式。

对着火温度、燃尽温度以及燃烧评价指标等进行分析所得出结论是混合单煤粉的掺混方式要优于混合原煤的掺混方式。

混合原煤方式的磨制过程中由于两种煤之间也可能发生相互作用使其破碎原理发生变化，从而使得在两种不同的掺混方式下同一煤种的细度分布也可能发生了变化，这样就可能会出现混合原煤的掺混方式所得混合煤粉中细粉所占
比例少于混合单煤粉的掺混方式。

随着煤粉细度的减小，着火温度降低，煤粉的着火点提前，着火特性有所改善，燃烧综合指数增大，燃烧、燃尽性能好，煤粉更加容易燃尽[8]。

其结果就使得这两种不同的掺混方式对混煤燃烧特性产生了不同的影响。

关于两种掺混方式下的细度分布变化将在以后详细分析讨论。

3 结 论
(1) 在相同条件下混合单煤粉的掺混方式比混合原煤的掺混方式更有利于混煤的着火燃烧和燃尽。

(2) 在相同升温速率、质量比的条件下，掺混磨制好的单煤粉所得混合煤粉的方式同掺混原煤后进行磨制获得混
合煤粉的方式相比，其混煤的综合燃烧特性指数、可燃性指数、稳燃性指数前者都优于后者。

□
参 考 文 献
[1] 卢洪波, 徐海军, 贾春霞, 等. 煤燃烧特性的热重实验研究[J]. 电
站系统工程, 2006, 22 (6): 11～12, 15.
[2] 刘亮, 周臻, 李录平, 等. 混煤燃烧反应动力学参数的实验研究[J].
电站系统工程, 2006, 22(2): 7～8, 13.
[3] S Su, J H Pohl, D Holcombe, et al . Techniques to determine ignition,
flame stability and burnout of blended coals in p.f. power station boilers [J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2001, 27(1): 75～98.
[4] 胡文斌, 杨海瑞, 吕俊复, 等. 煤着火特性的热重分析研究[J]. 电
站系统工程, 2005, 21(2): 8～9, 12.
[5] 聂其红, 孙绍增, 李争起, 等. 褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研
究[J]. 燃烧科学与技术, 2001, 7 (1): 72～76.
[6] 李永华. 混煤高效低污染燃烧特性研究[D]. 华北电力大学, 2000. [7] 孙学信. 燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M]. 北京:中国电力出版社,
2001.
[8] 鄢晓忠, 陈冬林, 刘亮, 等. 煤粉细度对燃烧特性影响的实验研究
[J]. 动力工程, 2007,27(5): 682～686.
编辑：巨 川
（上接第12页）排放。

图3 配风方式对NO x 排放的影响
3 结 论
针对带中速磨的高水分褐煤锅炉，进行了较为全面的NO x 排放特性试验。

试验结果表明：一次风率越高，NO x 排放越高；炉膛出口氧量越高，NO x 排放越高；采用正宝塔配
风可以降低NO x 的排放。

□
参 考 文 献
[1] 尹立群. 我国褐煤资源及其利用前景[J]. 煤炭科学技术[J]. 2004,
32(8): 12～14.
[2] 曹红加, 唐必光, 许洪波. 煤粉浓淡燃烧方式对电站锅炉NO x 排放
影响的试验研究[J]. 中国电机工程学报, 2004, 24(8), 229～231. [3] 聂其红, 孙绍增, 吴少华. 新型水平浓淡风低NO x 煤粉燃烧器在贫
煤锅炉的应用[J]. 中国电机工程学报, 2002, 22(7): 155～159.
[4] 毛健雄, 毛健全, 赵树民. 煤的清洁燃烧[M]. 北京: 科学出版社,
1998. 209～228.
[5] 张晟. 元宝山电厂引进600 MW 机组褐煤锅炉燃烧技术研究[D].
华北电力大学, 2001.
[6] 方立军. 混煤燃烧及污染物排放特性的试验研究和数值模拟[D].
华北电力大学, 2000.
[7] 李永华. 混煤高效低污染燃烧特性研究[D]. 华北电力大学, 2001.
编辑：闻 彰
综合燃烧特性指数 S x 10-9
试样
燃烧特性评价指标 x 10-6
试样。