福建无烟煤颗粒粒度对燃烧特性影响的热天平研究
粒度对煤燃烧和热解动力学影响的量化研究
粒度对煤燃烧和热解动力学影响的量化研究
闫力;赵苗芝;王利刚;薛永强
【期刊名称】《煤炭转化》
【年(卷),期】2010(033)001
【摘要】以六方石墨原子簇模拟纳米煤颗粒,采用量子化学AM1方法,研究了粒度对煤燃烧和热解动力学参数的影响规律.结果表明,粒度对煤粒燃烧和热解动力学参数有显著影响,E_a随着煤粒粒径的减小而减小,R则随粒径减小而增大,并且E_a和lnR均与粒径的倒数呈线性关系,这些影响规律与文献报道的实验结果一致.
【总页数】4页(P40-43)
【作者】闫力;赵苗芝;王利刚;薛永强
【作者单位】北京化工大学材料科学与工程系,100029,北京;太原理工大学应用化学系,030024,太原;西北化工研究院,710600,西安;太原理工大学应用化学
系,030024,太原
【正文语种】中文
【中图分类】TQ534
【相关文献】
1.神华上湾煤慢速和快速热解焦燃烧性能及其反应动力学 [J], 王云飞;李阳;宋银敏;智科端;何润霞;滕英跃;刘全生
2.粒度对煤粒燃烧和热解影响的理论分析 [J], 薛永强;来蔚鹏;王志忠
3.热分析在煤燃烧和热解及气化动力学研究中的应用 [J], 闵凡飞;张明旭
4.CFB煤燃烧/热解双反应器中热解室对立管内气固流动特性的影响 [J], 王志锋;
梁鹏;董众兵;毕继诚
5.煤-焦炉气共热解半焦燃烧动力学特性研究——燃烧模型的建立及其表观活化能动态描述 [J], 廖洪强;李保庆;孙成功
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煤质及粒度对层燃过程燃烧特性影响的研究
摘要 ： 通过 对煤 在层 燃锅 炉 中燃烧 性 能的测 定 ， 究煤 变质程度 和 粒度 对煤 炭燃 烧过程 中 研 烟 尘排 放 浓度 、 火时 间、 烬 时间 、 烧 火焰 长度 、 渣含 碳 量的 影响规 律 。为 降低 层燃锅 炉 着 燃 燃 灰 中煤炭 燃烧 细微 颗粒 物 的排放 、 效提 高不 同煤 质 的清 洁 、 有 高效利 用提供 理论 依据 。
１ 实 验条 件及 煤 质 分 析
１ １ 试 验装 置 ．
自制小 型层燃 炉燃 烧测 试 系统 。
收 稿 日期 ：０ ８— ２— １ ２ ０ ０ ３
基 金 项 目 ： 育 部 重点 课 题 （ １３ ） 教 ００ ６
作者简介 ： 周国江（ ６ 一 ， 黑龙江海伦 教授 ， １ ３ ） 男， ９ 中国矿业大学（ 北京） 在读瞎土研究生。主要从事煤炭清洁、 高效利用方面的研究。
煤质及粒度对层燃过程燃烧特性影响的研究 ４１
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表 １ 各 原 煤 样 的 筛 分 结果
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的燃 烧 ， 同时 也 影 响 烟 尘 的排 放 ， 与 Ｌｒ １ ａ． 这 ａ ｙ．Ｂｘ ｒ ｔ 、 ｅ ｒ 刘小 伟 等 研究 结果 相 一致 。从 实 验结 果 可
肿等 疾病 ， 给人 类 的呼 吸系统 造成 很 大 的危害 ¨。 。 为 了减少 燃煤 过 程 中细 微颗 粒 物 的产 生 ， 者 笔 研究 了不 同煤 质 、 同粒 度 的煤 在 层 燃 过程 中 细微 不 颗粒 物 的排放 特性 ， 寻找 出煤 炭 层燃 过 程 中细 微 颗 粒 物 的排放 规律 及其 影 响 因素 ， 为煤炭 的洁净燃 烧 ， 降低燃 煤 的大 气污染 提供 理论 依据 。
粒径和升温速率对煤热分解影响的研究
第28卷 第1期2005年1月煤炭转化COA L CON V ERSIO NV ol.28 N o.1Ja n.2005 *中国华电集团滕州发电有限责任公司横向项目(S TXRG2004-007).1)教授;2)硕士生,东北电力学院动力工程系,132012吉林收稿日期:2004-08-24;修回日期:2004-10-21粒径和升温速率对煤热分解影响的研究*吕 太1) 张翠珍2) 吴 超2) 摘 要 使用美国Perkin Elm er 公司生产的Pyris 1T GA 热重分析仪,对不同粒径煤采用非等温热重法进行了实验研究,研究表明:煤热解过程可分为四个阶段,升温速率和粒径对煤热解曲线都有显著影响,并用挥发分释放特性指数反映煤热解特性,最后用热解动力学方程研究煤的热解过程,计算结果表明,热解动力学参数能很好地反映煤的热解状况.关键词 煤,热解,热重分析,升温速率,粒径,动力学中图分类号 TQ 530.20 引 言煤在惰性环境中受热脱去挥发分的过程称为煤的热解,煤的热解过程对煤的气化、液化和燃烧有着重要的影响,深入了解这一过程将有助于增进对煤的利用方式的理解,完善煤的燃烧、气化、液化和焦化.国内外学者曾用热重分析研究煤的热解历程,但由于煤本身具有复杂性、多样性和不均一性,煤热解的影响因素繁多,热解产物的生成交叉重叠[1],迄今为止,尚未形成统一理论,本文采用非等温热重分析技术,对不同粒径煤热解过程进行研究,对于把握煤的热解特征和规律具有一定意义.1 实验部分实验样品为滕州烟煤和黑龙江大头煤,工业分析及元素分析见表1.表1 煤样的工业分析与元素分析数据表(%,ad )T able 1 T he da ta of pr ox imate and ultimateanaly sis of sample (%,ad )Sample Pr ox imate analysis U ltimate analys is VCACHNSOT eng zhou 30.6140.3029.0953.453.760.89 2.28.95Heilon g34.1846.7219.1055.893.990.691.419.57实验仪器采用美国Perkin Elm er 公司生产的Pyris 1T GA 热量分析仪,样品重量约为10mg ,以氮气为载气,流量为80m L/min,升温速率采用30℃/m in ,50℃/min 和80℃/min ,热解终温为900℃.2 结果与讨论2.1 煤的热解过程分析煤是一种非均相的高分子化合物,煤受热时发生分解,生成可燃性气体(CO ,H 2,CH 4,C 2H 4,CO 2,C 2H 6等)、焦油和固定碳,其热解过程可分为四个阶段,以滕州烟煤50℃/min 升温速率的热解过程来说明(见图1):第一阶段是从初温到200℃左右,T G 曲线下滑,DT G 曲线出现小峰,此阶段主要是水分和吸附气体的释放;第二阶段在200℃/min ～400℃/min 之间,热解的初始阶段,此过程只发生微量失重,煤中弱键首先发生解聚生成小分子链,煤图1 滕州烟煤热解失重过程曲线Fig.1T he w eig htless cour se of T eng zho u bituminous coal官能团发生分解,析出以CO 2为主的气体物质;第三阶段在400℃至大约620℃之间,此过程TG 曲线急速下滑,DT G 曲线约500℃出现峰值,可燃气体大量析出,此后由于烃类气体释放完毕,DTG 曲线缓慢下降,此阶段中煤发生解聚和分解释放出大量的可燃气体后,变成半焦;第四阶段是620℃以后,DT G 曲线出现平缓区,此过程主要是半焦缩聚成焦炭,释放出H 2和CO 为主的气体.2.2 升温速率对热解过程的影响滕州烟煤不同升温速率下的T G 和DT G 曲线见图2,可以看出升温速率对热重曲线有较大影响,随升温速率增加,挥发分初释温度提高,达到一定的热解失重量的温度也随之提高,热解失重速率峰值提高,且峰值温度向高温区移动,黑龙江大头煤也有同样规律(见表2),挥发分释放特性指数R 综合反映了挥发释放的强烈程度[2],R =(d W /d t )max /(T max õ$T 1/2õT S ),其中(d W /d t )max 为挥发分最大释放速度;T max 为最大释放速度对应的温度;$T 1/2为(d W /d t )/(d W /d t )max 对应的温度区间;T S 为挥发分初释温度.从表2可知,同一升温速率下,滕州烟煤热解特性要好于黑龙江大头煤;同一种煤,升温速率越高,R 值越大,热解特性愈好,对煤着火越有利.表2 不同升温速率时的挥发分释放特性指数等参数T able 2 T he releasing char acteristics indexin differ ent hea ting r ateSample Heating rate/(℃・min -1)T S /℃(d W /d t )max /(mg ・m in -1)Tmax$T 1/2R ・108Tengzh ou 303930.711476.8442.00.86coal 50410 1.164490.7450.0 1.2980418 1.872507.3459.9 1.92Heilongjiang303830.379470.1428.70.49coal503970.742482.6445.00.87804081.253488.3447.31.41图2 滕州烟煤不同升温速率下的T G 和D T G 随温度变化曲线F ig.2 T eng zho u co al TG and DT G cur ve in differ ent heating rate ag ainst temper ature■——30℃/min ;▲——50℃/min;□——80℃/min2.3 煤粉粒度对热解过程的影响图3显示的是滕州烟煤不同粒径的TG 和DT G 曲线,图4是黑龙江大头煤不同粒径的T G 和DT G 曲线,可以看出,两种煤颗粒粒径1mm ～1.5mm 粒径的失重率亦小于小颗粒煤,这是由于大颗粒煤需要较长的加热时间,即煤样颗粒内部热量传递影响其热解过程[3],同时,大颗粒煤的热解产物溢出阻力较大,煤一次反应的产物发生二次反应增加,析炭沉积会增加,从而造成热解产物析出量的少于小颗粒煤.[4]但当煤粉粒径小于0.25mm 时,随颗粒粒径的减小,热解最终失重量略有增加,这是因为煤是一种非均相物质,不同的煤岩组分具有不同的可磨性,磨煤过程中,以离散形式存在于煤有机体外的矿物质颗粒向小颗粒煤中富集[5],同时,随粒径减小,有机物中镜质组含量有所降低,而惰性组含量增高,而镜质组热解特性好于惰性组,最终使得粒径小于0.25mm 的小颗粒煤随粒径减小,挥发分产率有所降低.3 热解反应动力学分析对于煤热分解,可用固体热分解反应速度方程来表示:d A d T =A B exp(-E RT)f (A )(1)18 煤 炭 转 化 2005年图3 滕州烟煤不同粒径的T G 和DT G 曲线(升温速率:30℃/min)Fig.3 T eng zhou coal T G and DT G curv e in different diameter ag ainst temperat ur e(Heating ra te:30℃/min)■——1mm ～1.5mm;□——0.03mm ～0.06m m;▲——0.1mm ～0.15mm ;△——0.2m m ～0.25mm图4 黑龙江大头煤不同粒径的T G 和DT G 曲线(升温速率:30℃/min)Fig.4 Heilong jia ng coal T G and DT G curv e in different diamet er ag ainst tempera tur e(Heating ra te:30℃/min)■——1mm ～1.5mm;□——0.03mm ～0.06m m;▲——0.1mm ～0.15mm ;△——0.2m m ～0.25m m式中:A 为固体热分解的份额,可由TG 曲线求得:A =w 0-w w 0-w ∞,w 0和w ∞分别为试样的初始重量与最终重量,w 为t 时刻的未反应的试样重量.由Fr eeman-Car rol 假设[6]: f (A )=(1-A )n (n 为反应级数)则: d A d T =A B ex p(-E RT )(1-A )n(2)式中:T ——温度;A ——频率因子;B ——升温速率;E ——活化能;R ——气体常数.对式(2)积分并得取对数得: ln1-(1-A )1-nT 2(1-n )=ln A R B E (1-2R T E )-E RT (n ≠1)(3)或ER T (n =1)(4)对大多数E 值,在反应通常发生的温度范围内,表达式ln A R B E (1-2R T E )通常为常数,令X =1T ,A =ln A RB E (1-2RT E ),b =-ER ;当n =1时,令Y =ln -ln(1-A )T 2;当n ≠1时,令Y =ln 1-(1-A )1-n T 2(1-n ),则动力学方程可简化为Y =A +bX ,对于正确的n 值,上式应为一直线,由直线斜率和截距便可求得E 和A .由第20页表3可以看出,随升温速率的提高,热解温度区升高,且低温段活化能逐渐降低,高温段活化能逐渐升高,总活化能基本不变,计算的热解动力学参数能很好地反映随升温速率的提高,出现“热19第1期 吕 太等 粒径和升温速率对煤热分解影响的研究 滞后”现象的热解过程.表4中,大颗粒粒径1mm～1.5mm的活化能、频率因子与小颗粒粒径的活化表3 不同升温速率下滕州烟煤热解动力学参数T able3 T eng zho u co al py ro ly sis dy namics par ameterin different heating ra teHeating rate/ (℃・m in-1)Tem perat urearea/℃E/(kJ・m ol-1)A/s-1Relatedcoefficient30430～521147.01 1.55×1010-0.99794531～62278.69 3.03×105-0.99920 50434～536144.98 1.3×1010-0.99614536～61182.338.93×105-0.99891 80444～548144.25 1.79×1010-0.99429548～64889.40 3.92×106-0.99932能、频率因子不同,这是由于颗粒粒径不同,其煤岩组分、分子结构不同,使得热解反应历程不同.4 结 论1)随升温速率的增大,热解的初始温度、失重峰温度及热解终止温度向高温区迁移,且DTG峰值增高.表4 不同粒径滕州烟煤热解动力学参数T able4 T engzhou coal pyr olysis dynamics paramet erin differ ent diameterDiamet er/mmT em peraturearea/℃E/(kJ・mo l-1)A/s-1Relat edco efficient0.03～0.06431～518125.88 2.49×108-0.9991518～65662.57 1.52×104-0.99860.1～0.15433～522121.33 2.41×108-0.9982522～66168.74 5.77×104-0.99940.2～0.25439～511123.72 2.01×108-0.9912511～64964.95 1.41×104-0.9996 1～1.5465～539149.13 2.14×1010-0.9988539～67279.77 3.61×105-0.9994 2)大颗粒粒径煤受传热传质影响,热解失重量小于小颗粒煤粉,但对于粒径小于0.25m m的煤粉,煤岩组分富集的影响大于传热传质的影响,随颗粒粒径的减小,热解失重量略有降低.3)热解反应动力学参数的计算结果能真实反映煤的热解情况.参 考 文 献[1] 廖洪强,李 文,孙成功等.煤热解机理研究新进展.煤炭转化,1996,19(3):1-8[2] 徐建国.用热分析法研究煤的热分解特性.中国电力,1999,32(4):58-60[3] 周 静,何品晶,于遵宏.用热失重仪研究煤快速热解.煤炭转化,2004,27(2):30-36[4] 岑可法.高等燃烧学.杭州:浙江大学出版社,2002.255-259[6] Friedm an H L.Kinetics and Gas eous.Prod ucts of Decom position of Polymers.M acronol S ci Part,1997,75(4):76-80STUDY ON THE EFFECT OF COAL DIAMETER AND HEATINGRATE ON THE COAL PYROLYSISL Tai Zhang Cuizhen and Wu Chao(N ortheast China I nstitute of E lectric Pow er Engineer ing,132012J ilin City)ABSTRACT U sing Pyris1T GA produced in Am er ica Per kin Elm er Company,experimental studies on different diameter coal pyroly sis w ere car ried out by non-iso thermal thermog ravimetric analy sis.T he studies show that the pyrolytic pro cess o f co al can be divided into four stages,the heating rate and coal diam eter have important effect on pyroly sis curve,and use the r elease pr operty index to represent the coal pyr olysis property.Study the co al py roly sis pro cess by py roly sis reaction dynamics equation,the calcuation result show that the pyro lysis kinetics param eters can be go od to r eflect the pyroly sis co ndition.KEY WORDS coal,pyr olysis,thermo gravim etric analysis,heating rate,coal diam eter, kinetics20 煤 炭 转 化 2005年。
粒度对混煤燃烧的影响
R aw m at er i al s and f uel原燃材料／技术121●马章俊卫耕(合肥水泥研究设计院。
合肥市230051)中图分类号：TQ l72．625文献标识码：B文章编号：1007—6344(2014)03—0121—03摘要：对水泥厂使用的烟煤和无烟煤破碎筛分后进行综合热分析测试。
结果显示烟煤和无烟煤都会随着粒度的变化燃尽程度有所差异，主要燃烧放热区间也会随粒度有相应变化。
两种煤炭混合后的混煤随着无烟煤粒径的减小，混煤的放热区间逐步向低温区偏移，放热集中程度也有所增强，放热峰值温度也有较大程度的降低在我国新型干法水泥生产中所用的燃料以煤炭为主，为降低生产成本、提高综合效益，低挥发分、高灰分、低发热量煤炭的利用受到了越来越多的关注。
大中型水泥企业普遍使用优质烟煤和低质煤搭配混煤生产，若煤种选择恰当，配比合理，发挥组分煤种各自的优越性，将会给燃煤的安全和经济性起到良好的作用。
影响混煤高效利用的因素较多，从国内外的研究情况来看，煤炭燃烧中粒度的影响，国内外学者普遍都比较重视，但研究结果较为复杂，对于水泥企业生产实际而言，考查粒度对混煤燃烧的影响具有更实际的指导意义。
本文通过综合热分析试验考察了水泥厂常用煤种在不同粒度状态下的燃烧过程，以反映烟煤和无烟煤粒度变化对燃烧结果的影响，同时分析了不同粒度的烟煤和无烟煤混合后燃烧特性的变化。
试验结果初步显示通过煤炭综合热分析指导水泥生产配煤具有良好前景。
1试验条件实验用烟煤(淮南)和无烟煤(印尼)取自水泥厂原煤堆场，采用德国N et zs ch STA449F3差示扫描量热仪对各试样进行燃烧测试，工作气氛为空气，气体用量50m L／ra i n，升温速率为20％／r ai n，测试温度范围R T一1000％，试样用量为10±0．5rag。
2试验结果及讨论实验首先对两个煤种测试了其在R T～1100℃内的燃烧性能，如图1和图3所示。
实验工作气氛为空气，气体用量50m L／rai n ，升温速◆122技术／原燃材料R aw m at er i al sand f uel率为10％／ra i n ，试样用量为10±0．5ra g 。
福建无烟煤燃烧特性及催化气化表观动力学研究
福建无烟煤燃烧特性及催化气化表观动力学研究李伟杰，林驹（1．三明市消防支队，福建 三明 365200；2．福州大学 化学化工学院，福建 福州 350108）摘要：基于对福建尤溪无烟煤燃烧特性分析，在内径为26mm 的实验室小型流化床反应器中进行福建尤溪无烟粉煤与NaOH 浸渍混合后的水蒸气催化气化实验。
考察了4g/min 水蒸汽流量下，不同催化剂加载浓度及不同温度对碳转化率的影响，并对催化气化表观动力学参数进行拟合与计算。
研究结果表明：气化温度的升高和催化剂加载浓度的增大能显著提高碳转化率和产气速率，催化剂加载浓度从0％到8％的增加明显降低了催化气化反应的活化能，而从8％到10％的增加又令活化能有增加的趋势。
在本实验条件下，NaOH 作为催化剂的饱和加载浓度为8％。
关键词：无烟煤气化；表观动力学；水蒸气；流化床；福建无烟煤占全省煤储量的98%，是非常难燃用的煤种之一，其挥发分及灰熔点低、着火点高、粉碎性强、燃烧性差。
近年来，通过对CFBC 锅炉燃烧福建无烟煤的工业试验，对于如何解决福建无烟煤的燃用问题提供了很好的借鉴和经验[1]。
而如何合理高效的利用这些无烟粉煤对我省经济的可持续发展乃至全国煤炭能源的洁净利用具有至关重要的意义。
通过利用纸浆黑液等工业废碱液浸渍福建无烟煤进行催化气化，是解决废碱液对环境的污染和劣质无烟煤的洁净高效利用难题的一个有效途径[2]。
徐秀峰、曾才、洪诗捷等研究报告[3-5]曾提出煤催化气化过程中具有催化作用的碱金属成分的加入量有最佳值，但未作进一步的深入研究。
钟雪晴[6]则在热天平上对福建尤溪无烟粉煤与纸浆黑液（BL ）水蒸气催化气化本征动力学进行了研究，并确定了消除内外扩散影响条件下的催化剂加载饱和浓度和相关动力学参数。
本文在内径26mm 的小型流化床条件下，对尤溪无烟粉煤与NaOH 水蒸气催化气化反应及表观动力学进行研究，确定了实验条件下NaOH 催化剂的加载饱和度及相关的表观动力学参数，为该工艺的进一步放大提供理论依据。
《2024年基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验研究》范文
《基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验研究》篇一一、引言煤炭自燃是一种常见的煤炭储存和运输过程中的问题，它不仅会对煤炭资源造成浪费，还会对环境和人员安全造成威胁。
因此，对煤自燃倾向性的鉴定显得尤为重要。
近年来，随着科技的发展，差示扫描量热法（DSC）作为一种新型的煤自燃倾向性鉴定方法，已经在国内外得到了广泛的应用。
本文旨在通过DSC实验研究，探讨煤自燃倾向性的鉴定方法及影响因素，为煤炭的安全储存和运输提供理论支持。
二、实验原理及方法1. 实验原理DSC是一种热分析技术，通过测量样品在加热或冷却过程中的热效应，可以研究物质的物理和化学性质。
在煤自燃倾向性鉴定中，DSC通过测量煤样在加热过程中的热流变化，反映煤样的氧化反应程度和自燃倾向性。
2. 实验方法（1）样品准备：选取不同地区、不同煤种的煤炭样品，进行破碎、筛分、干燥等处理，制备成符合实验要求的煤样。
（2）DSC实验：将煤样置于DSC仪中，设置不同的加热速率和温度范围，记录煤样在加热过程中的热流变化。
（3）数据处理：对DSC实验数据进行处理，计算煤样的氧化反应程度和自燃倾向性指标。
三、实验结果与分析1. 实验结果通过DSC实验，我们得到了不同煤样在加热过程中的热流变化曲线，以及相应的氧化反应程度和自燃倾向性指标。
2. 结果分析（1）煤的自燃倾向性与煤的化学成分、物理性质、环境条件等因素密切相关。
通过DSC实验，可以定量地反映煤的氧化反应程度和自燃倾向性，为煤的自燃倾向性鉴定提供了一种有效的方法。
（2）DSC实验中，加热速率和温度范围对实验结果有影响。
加热速率过快或温度范围设置不当可能导致煤样的氧化反应不完全或误判。
因此，在实验过程中需要合理设置加热速率和温度范围，以保证实验结果的准确性。
（3）不同地区、不同煤种的煤炭自燃倾向性存在差异。
通过DSC实验，可以比较不同煤样的自燃倾向性，为煤炭的安全储存和运输提供依据。
四、影响因素及改进措施1. 影响因素（1）煤的化学成分和物理性质：煤的化学成分和物理性质对自燃倾向性有重要影响。
提高燃烧福建无烟煤效率的措施与分析
粒 子 重 量 百 分 比 占 ４ 以 上 ； 且 煤 质 脆 ， 度 很 ５ 并 强
吊结构 ， 受热 时向下 自由膨 胀 ， 四壁 由膜 式水 冷壁 其 组成 ， 后墙水 冷壁 自标 高 ＋ １ ８ 前 １７ ７ｍｍ 以下 呈 倒 锥形 ， 膛横 截 面 由 ４ ６ ５ｍｍ×５９ ５ｍｍ 缩 小 为 炉 ４ ０ 布风板截 面 ２５ １ ０ ｍｍ×５９ ５ｒｍ， ０ ｎ 这有助 于在布 风 板 附近 区域提高 流 化风 速 ， 止床 内分 层 和大 颗 粒 防
Ｃ Ｂ锅 炉设计 部 门、 Ｆ 使用 单位 和科 研 机构共 同关 注
并深 入研究 的一大课 题 。本文 结合 石 狮热 电公 司 ２ 台燃 用福 建 无 烟 煤 的 Ｄ ５ ３ ８— １型 Ｃ Ｂ锅 炉 Ｇ７ ／ ． ２１ Ｆ 的运行 情况 ， 分析 Ｃ Ｂ锅 炉 运 行 效 率低 的原 因 ， Ｆ 介 绍从锅 炉设计 、 运行 优化 、 备改造 等方 面所采 用一 设 些 提高锅 炉热效 率 的具体技 术措施 ， 同行参考 。 供
提高燃烧 福建无烟煤效率的措施与分析
俞 金树
（ 建省石狮热电有限责任公司 ， 建 石狮 ３２０ ） 福 福 ６ ７ ０
摘 要 ： 对 ＣＦ 锅 炉 燃 用 福 建 无 烟 煤 普 遍 存 在 飞 灰 含 碳 量 偏 高 、 效 率 偏 低 等 问 题 ， 合 针 Ｂ 热 结
ＤＧ７ ／ ． ２ １ ５ ３ ８ — １及 其 他 同 类 型 ＣＦ 锅 炉 ， 析 总 结 了 福 建 无 烟 煤 的 固 有 特 性 ， 及 与 之 相 关 的 ＣＦ Ｂ 分 以 Ｂ
锅 炉 设 计 、 行 控 制 等 方 面 的 技 术 措 施 及 效 果 ， ＣＦ 锅 炉 设 计 及 运 行 有 实 际 参 考 价 值 。 运 对 Ｂ
粒径及加热速率对烟煤膨胀特性的影响
ｈｇ ｏ ｃ ｎｒｔ ｎ ｆｖｔ ｎｔ ｒｓ ｎ ｎｃ ａ ａ ｌｓ ｉｈ ｃ ｎ ｅ ｔａｉ ｓｏ ｉ ｉｉ ｐ ｅｅ ｔ ｏ Ｉｓｍｐｅ ．Ａｔ ｅｓｍｅｈ ａｉｇｒｔ ｈ ｘｅ ｔ ｆｓ ｌｎ ｎ ｒａ ｅ ｏ ｒ ｅ ｉ ａ ｅ ｔ ａｅ．ｔｅｅ ｔｎ ｗｅｌ ｇ ｉｃｅ ｓｓ ｈ ｔ ｎ ｏ ｉ
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第３ 卷 第 １ ４ 期 ２０ ０ ６年 ２月
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料
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学
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Ｖｏ ． ４ ＮＯ． １３ １
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ｌ ｅ ｓ ｙ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｆＦ ｅ Ｃｈ ｍｉｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｒ
Ｆｂ ０６ ｅ ．２ ｏ
文章编号 ： ２ ３２０ （ ０ ６ ０ － ０ －４ ０ ５ ． ９ ２０ ） １ ０ １ ４ ０ ０
粒 径 及 加 热速 率对 烟 煤 膨胀 特 性 的 影 响
于敦喜 ， 徐明厚 ， 小伟 ， 刘 王泉斌 ，高翔鹏
（ 中科技大学 煤燃烧 国家重点实验室 ， 华 湖北 武汉 ４０ ７ ） ３０ ４
中圈分类号 ； Ｑ ２ Ｔ ５２
Ｅｆｅ ｔ ｆｐ ｒ ｉ ｌ ｉｅ ａ ｅ ｔｎ ａ ｅ ｏ ｗｅ ｌｎ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｃ ｓ ｏ ａ ｔｃ ｅ ｓｚ ｎｄ ｈ ａ ｉ ｇ ｒ ｔ ｎ ｓ ｌｉ ｇ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ Ｏ ｉｕ ｉ ｕｓｃ ａ ｆａ ｂ ｔ ｍ ｎｏ ｏ ｌ
ｗｉ ｅ ｒ ａ ｉ ｇ ｐ ｒ ｃｅ ｓｚ ｎ ｅ ｄ ｆｅ ｅ ｃ ｗｅ ｌ ｇ ｄ ｃ ｅ ｓ ｓｗｉ ｃ ａ ｉ ｇ ｐ ｒｉｌ ｉｅ ｉ ｃ ｎ ｒｃ ａ ｔ ｄ ｃ ｅ ｓｎ ａ ｔ ｌ ｉｅ ａ ｄ ｔ ｉ ｒ ｎ ｅ ｉ ｓ ｌ ｎ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｉ ｒ ｓｎ ａ ｔ ｅ ｓｚ ．Ｓ ｎ ｅｆ ｅ ｏ ｌ ｈ ｉ ｈ ｆ ｎ ｉ ｈ ｎｅ ｃ ｉ
煤粉燃烧器的煤粉粒度对燃烧性能的影响分析
煤粉燃烧器的煤粉粒度对燃烧性能的影响分析近年来，煤粉燃烧技术在能源利用领域得到了广泛应用。
煤粉燃烧器作为燃烧系统的核心部件，其煤粉粒度对燃烧性能的影响成为了研究的热点。
本文将分析煤粉粒度对煤粉燃烧器燃烧性能的影响，并探讨如何优化煤粉粒度以提高燃烧效率和降低环境污染。
首先，煤粉粒度对燃烧器的燃烧稳定性有着重要影响。
适当的煤粉粒度可以确保煤粉在燃烧过程中充分混合、均匀燃烧，减少燃烧过程中的不完全燃烧和积灰现象。
当煤粉粒度过细时，容易导致粉尘爆炸、火焰不稳定等问题；而煤粉粒度过大则会影响燃烧器的燃烧效率和燃烧稳定性。
因此，选择适当的煤粉粒度是保证燃烧器正常运行和燃烧效率的重要因素。
其次，煤粉粒度对煤粉燃烧器的燃烧效率和热负荷能力也有显著影响。
较粗的煤粉粒度利于燃烧空气的混合和进一步燃烧，从而提高燃烧效率；而较细的煤粉粒度则能增加燃料表面积，使燃料与氧气更充分接触，提高燃烧速度。
因此，在不同的应用场景下，选择适当的煤粉粒度可以实现更高的燃烧效率和热负荷能力。
此外，煤粉粒度还影响着煤粉燃烧过程中的NOx（氮氧化物）生成。
煤粉粒度过粗会导致反应区域减小，氮氧化物的生成量减少；而煤粉粒度过细会增加燃料表面积，增加反应区域，使氮氧化物的生成量增加。
因此，优化煤粉粒度可以在一定程度上控制煤粉燃烧过程中氮氧化物的生成，降低对环境的污染。
在实际应用中，如何选择合适的煤粉粒度以发挥煤粉燃烧器的最佳性能是一个关键问题。
首先，应根据煤粉燃烧器的类型和设计要求确定适宜的煤粉粒度范围。
一般而言，对于进口式煤粉燃烧器，煤粉粒度一般控制在70-200目之间；而对于直流式煤粉燃烧器，煤粉粒度一般控制在200-325目之间。
其次，应结合煤炭的特性和燃烧需求，选取合适的煤炭粒度分布，以确保煤粉燃烧稳定、高效。
除了选择合适的煤粉粒度，还可以通过煤粉粒度调节技术实现煤粉燃烧性能的优化。
传统的煤粉粒度控制技术主要包括磨煤机调整、煤粉分级和粉煤机旋转速率的调节等方法。
煤粉细度对燃烧特性影响的实验研究
煤种
冷水江煤
斗笠山煤
细度 目
100
140
160
200
100
140
160
200
可燃性指数 Cb ×10 -6 稳燃性指数 G ×10 -6
3 .38 2 .985
3 .649 3 .21
3 .968 3 .464
4.169 3.690
1 .855 1 .624
3 .257 2 .876
3 .878 3 .294
2 煤样的热重分析
速率为 20 ℃ min , 在空气气氛下进行 。 试样质量为
试验煤样的工业分析及元素分析示于表 1 。
表 1 试验煤种的工业分析及元素分析成分
Tab .1 Industrial analysis and component analysis of the tested coal categories
56
126
700
100
487
0 .44 556
85
135
701
140
483
0 .76 547
101
156
698
160
479
0 .89 564
93
152
698
200
468
0 .96 553
50
114
694
dt)max 下对应的温度 T max 不同 , Ti 随煤变细而降低 。
Ti 的大小反映了煤种的着火性能或煤种活化能的
图 3 着火点确定法示意图 Fig 3 Illustrated determinat ion of an ignition point
根据实验结果可以得出 :不同煤种和细度其着 火温度 Ti 、燃烧峰的最大失重率及最大失重率(dw
煤粉颗粒粒度对煤质分析特性与燃烧特性的影响
文章编号:0253-9993(1999)06-0643-05煤粉颗粒粒度对煤质分析特性与燃烧特性的影响姜秀民1,李巨斌1,邱健荣2(1.东北电力学院,吉林 132012;2.华中理工大学,湖北武汉 430074)摘 要:采用Malvern 公司的马尔文粒度仪测量煤粉颗粒的平均粒度和粒度分布、及Leco 公司的M AC -500型工业分析仪测量煤粉的工业分析成分,对合山劣质烟煤、晋城贫煤的各4种不同粒径的细化和超细化煤样进行了试验研究,应用库仑滴定法测定了煤粉颗粒粒度对煤质全硫元素分析的影响.结果表明,煤粉颗粒粒度对煤质分析特性有很大的影响,并进一步影响煤粉的热解、着火、燃烧等特性.煤粉颗粒粒度是进行煤质分析与燃烧系统设计的重要物理参数.关键词:颗粒粒度;煤质分析特性;煤粉;燃烧特性中图分类号:TK224.1;TQ533 文献标识码:A 收稿日期:1999-07-06 基金项目:煤燃烧国家重点实验室开放基金(9803)与国家电力公司东北分公司电力工业重点科技基金(96HB -02)项目 目前,微细粒技术已被作为一种新兴的煤粉燃烧技术处于开发研究中.在我国目前的科技文献和工程实践活动中,人们习惯于将极细的粉体如10μm 以下直到亚微米的粉体称为“超细”粉体.在电站煤粉锅炉燃烧方面,把超细化煤粉定义为20μm 以下的煤粉.煤粉的物理结构参量主要包括颗粒粒度、几何形状、颗粒密度、比表面积、孔隙率和孔隙结构等.其中颗粒粒度是最基本的也是最重要的物理参数,它对煤粉颗粒的几何形状、颗粒密度、比表面积、孔隙率和孔隙结构等有重大影响.煤粉的物理结构是决定煤粉颗粒中质量、热量传递速率的重要因素,所以煤的物理结构很大程度上影响煤的着火、燃烧及燃尽等特性.笔者采用英国M alvern 公司的马尔文粒度仪较精确地测量了煤粉试样的平均颗粒粒度及其粒度分布,并结合物理特性参数对煤粉着火、燃烧及燃尽等特性的影响进行分析.还就不同颗粒粒度的煤粉试样在工业分析及全硫分析中表现出来的不同煤质分析特性进行了综合分析.1 试验设备及试验说明 将一定量的合山劣质烟煤与晋城贫煤经过洗涤、干燥、碾磨后制成分析基煤样,然后各取一定量的两表1 试验煤样的平均颗粒粒度Table 1 Average particle size of testing coal sample煤种平均粒径/μm 合山煤10.9023.9230.3557.40晋城煤19.3031.4548.8583.77种煤经过反复的研磨分别制成4种粒度不同的试验煤样.采用Malvern 公司的马尔文粒度仪测量煤粉颗粒的平均粒度和粒度分布,采用Leco 公司的M AC -500型工业分析仪测量煤粉的工业分析成分,对合山劣质烟煤、晋城贫煤的各4种不同粒径煤样进行了试验研究,还应用库仑滴定法测定了煤粉颗粒粒度对煤质全硫元素分析的影响,结果见表1.2 试验结果及分析2.1 颗粒粒度范围对粒度分布的影响 应用英国Malvern 公司的马尔文粒度仪测得晋城与合山两种经自然粉碎煤粉各4种不同粒度煤样的粒 第24卷第6期煤 炭 学 报Vol .24 No .6 1999年 12月JOURNA L OF CHINA COAL SOCIETYDec . 1999 度分布如图1所示.图1 晋城与合山煤的颗粒粒度分布F ig .1 Par ticle size distribution of Jincheng coal and Heshan coal(a )晋城煤;(b )合山煤 从图1看出:颗粒粒度较小的煤样有较窄的粒度分布.而较小颗粒有较好的反应性,并且更能够响应流体的运动[1].这就意味着通过煤粉的细化、超细化能够有效地改善煤粉的燃烧特性和炉膛内流动的不均匀性,从而完善煤粉锅炉的燃烧过程,有效地解决电站煤粉锅炉的稳燃问题及低负荷稳燃问题.这一点对于劣质煤和低挥发分煤尤为重要. 合山、晋城各煤样的着火温度(T i )如图2所示.本试验的对象是处于相对静态下的煤粉团,从图2图2 着火温度与颗粒粒度的关系Fig .2 Rela tio ns betw een ignition temperatureand par ticle size of testing coal sampley 1=426.11142-34.42107exp [-(x -19.3)/10.42052];y 2=436.13282-96.43714exp [-(x -10.9)/8.43147]可以明显看出,合山、晋城两种煤的4种煤样表现出相同的趋势,即随着煤样粒度的减小,其着火提前,T i 随之降低,尤其是合山(10.90μm )与晋城(19.30μm )两种超细化煤样的此种趋势更加明显.其原因是:煤粉的细化、超细化使得颗粒的比表面积大大增加,从而更加有利于挥发分的析出与煤颗粒的非均相着火.另外,在本文的试验设备和试验条件下,处于相对静态条件下的煤粉团表现出了与煤粉雾试验相近的着火特性. 笔者还对图2进行了曲线拟合,结果发现用一次指数函数y =y 0+ex p [-(x -x 0)/t ]对T i 与颗粒粒度的关系进行拟合,达到了非常好的拟合效果,其具体的拟合公式如图中y 1,y 2所示.从图2不难看出,煤粉的细化、超细化对合山煤着火特性的影响更大,而对晋城煤的影响虽然也很显著,但相对于合山煤而言则较小.其原因在于:合山煤的挥发分要高于晋城煤,所以在加温过程中合山煤中挥发分的析出更快,而挥发分的析出与着火对煤的着火特性起决定性作用,因此,合山煤着火特性受煤粉颗粒粒径的影响更大. 煤粉气流的着火温度也随着煤粉的细度而变化,煤粉颗粒越小,着火越容易.这是因为在同样的煤粉浓度下,煤粉越细,进行燃烧反应的表面积就会越大,而煤粉本身的热阻却减小,因而在加热时,细煤粉的温升速度要比粗煤粉快,这样就可以加快化学反应速度,更快地达到着火.由此可见,对于难着火的低挥发分煤,细化与超细化会强化它的着火过程.2.2 颗粒粒度对煤质工业分析的影响 采用Leco 公司的MAC -500型工业分析仪分别测定颗粒粒度不同煤样的各种成分见表2.644煤 炭 学 报1999年第24卷表2 煤样颗粒粒度对工业分析结果的影响Table 2 The influence of particle size on proximateanalysis of testing coal sample% 煤种粒度/μm W ad FC ad V ad A ad合山煤57.403.0331.4414.0751.4630.352.9531.0014.4951.5623.922.9130.8114.8551.4310.902.8229.6516.1151.42晋城煤83.773.0566.0610.8020.0948.852.8171.1011.3114.7831.452.5570.8311.6614.9619.302.6970.3811.7915.14 从对不同颗粒粒度煤样进行工业分析的结果可以看出:煤样颗粒粒度是进行煤样工业分析时不可忽视的一个重要参数,合山煤与晋城煤的各个分析成分都体现出与颗粒粒度的一定关系,这是颗粒粒度影响煤微观颗粒结构的一种宏观外在体现.从这个意义上说,煤粉颗粒粒度可以被视为煤粉的一个宏观的基本状态参数,从它入手可以构建全面的表征煤粉宏观特性与微观特性体系. 工业分析中挥发分的含量与煤粉燃烧特性息息相关,对于同一煤种而言,其与煤粉颗粒粒度图3 煤样挥发分随颗粒粒度的变化Fig .3 Volatile matter change with par ticlesize of testing coal sample 的关系如图3所示.从图3可以看出,随着煤粉的细化、超细化,煤粉的挥发分呈上升趋势,而且由于合山煤挥发分相对于晋城煤含量较高而且灰分含量大,经细化、超细化后物质解离程度更好,所以增加的趋势更为明显. 挥发分的含量多少是影响煤粉颗粒着火与燃烧特性的一个重要指标.煤粒的着火温度随挥发分的变化规律如图4所示,挥发分升高时,煤粉气流的着火温显著降低,着火热亦随之减小,因此,随着煤粉的细化、超细化,煤粉的挥发分含量升高,可有效地改善其着火与燃烧过程.挥发分对煤粉着火与燃烧过程的影响还表现在火焰传播速度上,如图5所示.在相同的气粉比条件下,挥发分升高,煤粉火炬中火焰传播速度显著提高,从而火焰的扩展条件改善,着火速度提高,燃烧的稳定性增强[2].图4 煤粒着火温度与挥发分的关系Fig .4 Relations between volatile matter and ig nition temperature of testing coalsample图5 挥发分对火焰传播速度的影响F ig .5 The influence of volatile ma tter onflame propagation rate2.3 颗粒粒度对煤质全硫元素分析的影响 笔者还应用库仑滴定法测定了煤粉颗粒粒度对煤质全硫元素分析的影响,结果如图6所示.以合山30.35μm 及晋城48.85μm 两个煤样为例,应用型号为Leco CHN 600元素分析仪测得C ,H ,N 三种元素,然后应用全硫分析仪测出S 元素的含量,O 元素的含量则由差减法得出.所得元素分析结果见表3.645第6期姜秀民等:煤粉颗粒粒度对煤质分析特性与燃烧特性的影响图6 合山与晋城煤颗粒粒度对全硫分析的影响Fig .6 T he influence of particle size on total sulfur analy sis of Heshan and Jincheng testing coal sample 表3 合山30.35μm 及晋城48.85μm 煤样的元素分析Table 3 Ultimate analysis of Heshan 30.35μm andJincheng 48.85μm testing coal sample% 煤 样 w (C ad )w (H a d )w (O ad )w (N ad )w (S ad )合山(30.35)33.451.974.640.644.79晋城(48.85)77.732.331.110.990.25 图6(a )为合山煤的全硫分析结果,本试验所选取的是合山高硫煤;图6(b )为晋城煤的全硫分析结果.可以看出,合山煤随着颗粒粒度的减小全硫分增加较大,而晋城煤则相对较小.以合山57.40μm 与合山10.90μm 为例,后者比前者的全硫分增加2.34%.可以说,由于合山煤中灰分含量高,经煤粉细化、超细化使得合山煤中含无机硫的矿物质有更大的解离度,所以全硫分析中硫元素的析出随着颗粒粒度的减小有较大程度的增加.3 结 论(1)经自然粉碎的煤粉,颗粒粒度较小的煤样有较窄的粒度分布.而较小颗粒有较好的反应性,并且更能够响应流体的运动,这就意味着通过煤粉的细化、超细化能够有效地改善煤粉的燃烧特性和炉膛内流动的不均匀性,从而完善煤粉锅炉的燃烧过程,有效地解决电站煤粉锅炉的稳燃问题及低负荷稳燃问题.这一点对于劣质煤和低挥发分煤尤为重要.(2)随着煤样粒度的减小,其着火提前,着火温度随之降低,尤其是两种超细化煤样此种趋势更加明显.煤粉的细化、超细化使得颗粒的比表面积大大增加,从而更加有利于挥发分的析出与煤颗粒的非均相着火.另外,在本文的试验设备和试验条件下,处于相对静态条件下的煤粉团表现出了与煤粉雾试验相近的着火特性.(3)煤粉经细化、超细化后物质解离程度更好,挥发分呈上升趋势.由于合山煤挥发分相对于晋城煤含量较高而且灰分含量大,所以增加的趋势更为明显.燃料性质中对煤粉着火过程影响最大的是挥发分含量,挥发分升高时,煤粉气流的着火温度显著降低,着火热亦随之减小,因此煤粉的细化、超细化,使煤粉的挥发分含量升高,可有效地改善其着火与燃烧过程.挥发分对煤粉着火与燃烧过程的影响还表现在火焰传播速度上,在相同的气粉比条件下,挥发分升高,煤粉火炬中火焰传播速度显著提高,从而火焰的扩展条件改善,着火速度提高,燃烧的稳定性增强.(4)随着煤粉的细化、超细化,煤中含无机硫的矿物质的解离度更大,所以全硫分析中硫元素的析出随着颗粒粒度的减小有所增加.(5)煤样颗粒粒度是进行煤样工业分析时不可忽视的一个重要参数,是影响煤微观颗粒结构的一种宏观外在体现,从它入手可以构建全面表征煤粉的宏观特性与微观特性体系.646煤 炭 学 报1999年第24卷参考文献:[1] 孙学信,陈建原.煤粉燃烧物理化学基础[M ].武汉:华中理工大学出版社,1991[2] 范从振.电厂锅炉原理[M ].北京:水利电力出版社,1984作者简介: 姜秀民(1956-),男,辽宁昌图人,教授,国际能源基金会国际顾问委员会委员.长期从事煤的清洁高效燃烧理论与技术的研究工作,在循环流化床燃烧理论与技术及油页岩、泥炭、低热值褐煤,生物质燃料的燃烧理论及应用研究方面取得了一系列成果.完成国家科技攻关项目2项,省部级重点科研项目及应用研究项目30余项.将科研成果应用于生产实践开发出的4种新型循环流化床锅炉获国家级节能产品证书.获省部级科技成果奖5项,国家发明与实用新型专利6项.在国内外公开发表学术论文60余篇.The influence of particle size on compositions analyzingand combustion characteristics of pulverized coalJIANG Xiu -min 1,LI Ju -bin 1,QI U Jian -rong2(1.Northeast Institute of Electric Power Engineer ing ,Jilin 132012,Ch ina ;2.Huaz hong University o f Science an d Technology ,Wuhan430074,C h ina )A bstract :Experimental investigation and theoretical analy zing has proved that there are great influence of parti -cle size on compositions analyzing characteristics ,and till further influence py roly sis ,ig nitability ,combustion and burnout characteristics .Pulverized coal particle size is a very im portant physical parameter fo r compositions analy zing characteristics and its combustion system design .Experimental investigatio ns are based on four differ -ent particle size coals taken from Heshan and Jincheng respectively ,their particle size analysis by M alvern grain structure analy sis apparatus ,their proximate analy sis by MAC -500meter ,their total surfer analysis by coulometry titration .Key words :particle size ;coal compositions analyzing characteristics ;pulverized coal ;combustio n characteristics647第6期姜秀民等:煤粉颗粒粒度对煤质分析特性与燃烧特性的影响。
龙岩煤不同宏观煤岩组分的颗粒及其燃烧性质实验研究
文章 编号 ： ２３２０ （ ０６ ０ － １－５ ０ ５ －４ ９ ２ ０ ） １ ０ ５０ ０
龙 岩 煤不 同宏 观煤 岩 组 分 的颗 粒及 其 燃烧 性质 实验 研 究
何宏舟 ， 骆仲 泱’ 方 梦祥 岑 可法’ ， ，
（ ．浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室 ， １ 浙江 杭州 ３ ０２ ； ．集美大学 能源 与动 力工程研究所 ， １ ７ ２ ０ 福建 厦门 ３ １２ ） ６０ １
摘
要：用浮选法分选 出 ３个密度档 、 代表不 同宏 观岩 相的龙岩煤颗粒 ， 进行工 业分析 、 元素 分析和煤 岩分 析 ； 并进一 步通 过
扫描 电镜结合压汞实验分析颗粒 的结构 ， 通过热天平实验研究 不同宏观煤 岩组分 的燃烧 性质 。结 果表 明 ， １ 龙 岩煤 颗粒 的 （） 煤岩 主要 由镜质组组成 。其 中， 煤富含镜质组 ， 亮 密度相对较低 ， 挥发分极少 、 固定碳 高达 ８ ％ 以上 ； ０ 暗煤富 含矿物质成 分 ． 密
ｉ ｕ ｅ ａ ｏ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ．ｗｅ ｅ ａｓ ｘ ｍｉ ｅ ｒ ｕ ｙ ｐ ｒ ｓｍｅｅ ｏ ｆｇ ｒ ｄ ｐ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｒ ｌｏ ｅ ａ ｎ ｄ ｂｙ ｍｅ ｃ ｒ ｏ ｏ ｉ ｔ ｒｃ ｍｂｉｉ ｇ ｗｉｈ Ｓ ｎ ｎ ｔ ＥＭ ｅ ｈ ｏｌ ｇ ｔ ｃ ｎ ｏ ｙ；ｆ ｒｈ ｒ ｕ ｔｅ ， ｔｅ ｃ ｍｂ ｓ ｏ ｈａａ ｔ ｒｓ ｃ ｕ ｈ ａ ｇ ｉ ｏ ／ｂ ｒ ｕ ｅ ｅ ａｕ ｅ ａ ｄ ｒ ａ ｔ ｔ ｒ ｔ ｄ ｅ ｓｎ ｈ ｏ ｕ ｔ ｎ ｃ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓ ｓ ｃ ｓｉ ｎ ｔ ｎ ｕ ｎｏ ｔｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉ ｉ ｉ ｎ ｅ ｃ ｉ ｙ ｗｅ ｅ ｓｕ ｉ ｄ ｕ ｉ ｇ ＴＧＡ． Ｉ ｓ ｖｉ ｔｉ
福建无烟煤粒度分布对循环流化床锅炉燃烧影响的工业实验
ｎ ｉ ＠ ａ ｌ ｌ ｉ ｅｅ ｌｕ ｇｓｏ ｓ ｅ ｇ，ｎ １ｉ ｒｘｎ Ｆ ｏｌ ｅｔｔｃｅｃ ａ ｄ． ｕｉｕ ａ ｏ —Ｏ — Ｉｇ ． Ｆ ｎ ｔｈａ ｔＳ ｖｒ ｇｅｔ ｎ ｐ ）ｍｐ ， ｇ Ｂｂ ｉｒ ａｅｌ ｉ ３ ｎ ｄ ｃ ｒ ｎＣｉ Ｏ ａ ｔ ｅ ｃ ａｓ ｉ ｅＯ ｏｉ Ｃ ｅｈ ＇ ｎ Ｉ ｉ ｅ ｎｃｂ ｌ
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维普资讯
２
立 章 编 号 ：０ ４ ８ ７（０ ２ １ ０ －／ １０ — ７ ４２０ ］ — ２ ｔ ０ ４
工 业 锅 炉
２０ ０ ２年第 １ 期 第 ７ 期） １
福建无烟煤粒度分布对循流化床锅炉燃烧影响的工业实验
邹 峥 ，何 宏舟 ，翁其颖 ． 俞建洪 ，邹哲 民
Ｂ ｉ ｒＦｒ ｇＦｊａ ｎｈａｉ ｏｌ ｓ ｉｎ ｕｉｎＡ ｔｒｃｔ ｅ ｉ ｅ
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粒度对煤的白燃倾向性表征影响
第 ２ 卷第 １ ５ 期
、１５ ，． ０２ Ｎｏ １ ．
辽宁工程技术大学学报
Ｊ ｕ ａ ｆ ｉｏ ｉ￣Ｔ ｃ ｎｃ ｌ ｉｅｓ ｏ ｒｌ ｏ ａ ｎｎ ｅ ｈ ｉａ ｖ ｒｉ ｎ Ｌ Ｕｎ
２０ ０ ６年 ２月
Ｆ ｂ ２ ｏ ｅ． ０６
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文章 编号 ｚ ０ ８０６ （０ ￣０ ．０ １０ １０ ５ ２２０ｉ １ ０ ．３ ） ０
专业论文无烟煤锅炉煤粉颗粒特性的研究
无烟煤锅炉煤粉颗粒特性的研究摘要：介绍了无烟煤燃烧特性，着重分析了煤粉均匀性对燃烧的影响，分别阐述了控制煤粉细度下燃烧对比情况和粗粉分离器设备改造的效果。
最后指出要稳定无烟煤燃烧的基本要求，煤粉细度必须严格控制。
关键词：煤粉细度；制粉系统；着火；燃烧1 煤质特性我厂设计煤种为XX本地无烟煤，特性如下：工业分析：Mt=8.11%，Mad=2.20%，Aar=24.89％，Vdaf=6.19％，Qnet.ar=21248KJ/kg。
元素分析：Car=62.29％，Har=1.08，Oar=2.83％，Nar=0.42％，Sar=0.38％。
表1：各种煤粉的着火温度煤的种类着火温度煤的种类着火温度褐煤（Vdaf=50%）550℃烟煤（Vdaf=20%）840℃烟煤（Vdaf=40%）650℃贫煤（Vdaf=140%）900℃烟煤（Vdaf=30%）750℃无烟煤（Vdaf=4%）1000℃表2：XX煤粉着火燃烧特性单位XX大矿煤XX小窑煤河南无烟煤所占比例% 30 48 22Qdwy MJ/KJ 17~23 16~22 22~26Vr % 4.5~7.5 3.0~6.5 9~13Ay % 25~35 30~40 20~30 着火温度℃~825 ~883 ~749反应指数℃472 494 282燃烬指数21.6713 26.066 5.1388燃烬率% 85.06 83.69 97.11根据上述数据可知，我厂燃用的煤种具有难着火，难燃尽和结渣较轻微的特性。
2 煤粉燃烧过程煤粉在炉膛内的燃烧过程大致分为以下三个阶段：2.1着火前的准备阶段煤粉进入炉膛至达到着火温度这一阶段为着火前准备阶段。
在此阶段内，煤粉中的水份要蒸发，挥发分要析出，煤粉与空气混合物要达到着火温度，此阶段为吸热阶段。
2.2燃烧阶段当煤粉温度升至着火温度而煤粉浓度又合适时，开始着火燃烧，进入燃烧阶段。
煤中的挥发分首先着火燃烧，放出热量，并加热焦炭粒子，使其达到较高温度而开始燃烧。
粒径对煤粉云最低着火温度特性的影响
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８３５２.２０２１.０６.００６粒径对煤粉云最低着火温度特性的影响❋张㊀云㊀赵懿明㊀谭迎新㊀尉存娟㊀杨振欣㊀周庄红㊀曹卫国中北大学环境与安全工程学院(山西太原ꎬ０３００５１)[摘㊀要]㊀为了研究粒径对煤粉云最低着火温度特性的影响ꎬ采用粉尘云最低着火温度测试装置测试了不同粒径下煤粉云的最低着火温度ꎬ并结合ＲｅａｘＦＦ分子动力学对其反应机理进行了微观层面的探讨ꎮ结果表明:当煤粉中位径在３４μｍ时ꎬ煤粉云的最佳着火质量浓度为７５０ｇ/ｍ３ꎬ最低着火温度为５５０ħꎻ随着煤粉粒径的增加ꎬ煤粉云最低着火温度逐渐增大ꎬ当煤粉中位径达到１２４μｍꎬ煤粉云最低着火温度上升至６５０ħꎮ通过ＲｅａｘＦＦ分子动力学对煤粉热解过程的计算结果表明:随着反应的进行ꎬ大分子煤结构逐步分解ꎬ芳香环㊁Ｃ Ｃ键㊁Ｃ Ｏ键和Ｃ Ｈ键等断裂ꎬ产生更小的分子结构ꎬ其中ꎬＨ２㊁Ｈ２Ｏ㊁ＣＯ２和ＣＨ２Ｏ等小分子产生的数量逐渐增多ꎻＨ 自由基和ＯＨ 自由基在反应初期有明显的数量变化ꎬ且其含量对于最终稳定产物有重要影响ꎮ[关键词]㊀煤粉ꎻ最低着火温度ꎻ粒径ꎻ分解过程ꎻ中间产物[分类号]㊀Ｘ９３２ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅｏｎＭｉｎｉｍｕｍＩｇｎｉｔｉｏｎＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣｏａｌＤｕｓｔＣｌｏｕｄＺＨＡＮＧＹｕｎꎬＺＨＡＯＹｉｍｉｎｇꎬＴＡＮＹｉｎｇｘｉｎꎬＹＵＣｕｎｊｕａｎꎬＹＡＮＧＺｈｅｎｘｉｎꎬＺＨＯＵＺｈｕａｎｇｈｏｎｇꎬＣＡＯＷｅｉｇｕｏＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ(ＳｈａｎｘｉＴａｉｙｕａｎꎬ０３００５１) [ＡＢＳＴＲＡＣＴ]㊀Ｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｎｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｃｌｏｕｄꎬｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｃｌｏｕｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓｗａｓｔｅｓｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｉｇ￣ｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅｏｆｄｕｓｔｃｌｏｕｄ.ＴｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｔｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｌｅｖｅｌｕｓｉｎｇＲｅａｘＦＦｍｏ￣ｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｍｅｄｉａｎｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｃｏａｌｐａｒｔｉｃｌｅｉｓ３４μｍꎬｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｃｌｏｕｄａｒｅ７５０ｇ/ｍ３ａｎｄ５５０ħꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｃｌｏｕｄｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ.Ｗｈｅｎｔｈｅｍｅｄｉａｎｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｃｏａｌｐａｒｔｉｃｌｅｒｅａｃｈｅｓ１２４μｍꎬｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｃｌｏｕｄｒｉｓｅｓｔｏ６５０ħ.ＩｎａｄｄｉｔｉｏｎꎬｔｈｅｐｙｒｏｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＲｅａｘＦＦｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｈｏｗｓｔｈａｔꎬｗｉｔｈｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｅ￣ｄｉｎｇꎬｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｃｒｏ￣ｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｏａｌｉｓｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｓｔｅｐｂｙｓｔｅｐꎬａｎｄｔｈｅａｒｏｍａｔｉｃｒｉｎｇｓꎬＣ ＣｂｏｎｄｓꎬＣ ＯｂｏｎｄｓꎬａｎｄＣ Ｈｂｏｎｄｓｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｏｆｏｒｍｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.ＡｍｏｎｇｔｈｅｍꎬｔｈｅｎｕｍｂｅｒｓｏｆｓｍａｌｌｍｏｌｅｃｕｌｅｓｓｕｃｈａｓＨ２ꎬＨ２ＯꎬＣＯ２ꎬａｎｄＣＨ２Ｏｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅ.Ｈ ｒａｄｉｃａｌｓａｎｄＯＨ ｒａｄｉｃａｌｓｈａｖｅｏｂｖｉｏｕｓｑｕａｎｔｉｔｙｃｈａｎｇｅｓａｔｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔａｇｅｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎꎬａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｅｎｔｈａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｆｉｎａｌｓｔａｂｌｅｐｒｏｄｕｃｔ.[ＫＥＹＷＯＲＤＳ]㊀ｃｏａｌｄｕｓｔꎻｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅꎻｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅꎻｐｙｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓꎻｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓ引言煤炭是我国的基础能源ꎬ在今后一段时间内仍是国民经济发展的重要支撑ꎮ现阶段ꎬ我国煤矿大省(如山西省等)实施创新驱动发展战略ꎬ聚焦能源革命ꎮ但在提升煤矿能源利用效率的同时ꎬ需要重点关注煤矿开采过程中的安全问题ꎮ在煤矿开采㊁加工以及使用过程中ꎬ不可避免地会产生煤粉ꎮ在高温条件下ꎬ煤粉容易燃烧并产生气体湍流卷扬煤粉ꎬ形成煤粉云爆炸ꎬ继而诱发整个煤矿开采体系耦合爆炸ꎬ造成多米诺连锁爆炸伤害[１]ꎮ第５０卷㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.５０㊀Ｎｏ.６㊀２０２１年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｄｅｃ.２０２１❋收稿日期:２０２１￣０５￣２５基金项目:国家自然科学基金(１１８０２２７２)ꎻ山西省重点研发项目(２０１９０３Ｄ１２１０２８)ꎻ山西省自然科学基金(２０１９０１Ｄ２１１２２８)第一作者:张云(１９８６－)ꎬ女ꎬ博士ꎬ主要从事能源爆炸能量释放调控规律方向研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｙｕｎ＠ｎｕｃ.ｅｄｕ.ｃｎ通信作者:曹卫国(１９８４－)ꎬ男ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ主要从事粉尘/气体多相流燃烧与爆炸研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｃａｏｗｅｉｇｕｏｉｅｍ＠ｎｕｃ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀国内外对粉尘爆炸特性进行了相关的研究ꎮＳｋｊｏｌｄ等[２￣３]在密闭管道中研究了多种有机粉尘的点火和燃烧过程ꎮ结果发现:小颗粒粉尘在燃烧过程中火焰面连续ꎬ属于预混燃烧ꎻ而大颗粒粉尘在燃烧过程中火焰面离散ꎬ属于扩散燃烧ꎮ研究人员进一步对煤粉爆炸火焰传播特性进行了研究[４￣７]ꎮＳｃｈｍｉｄ等[８￣９]指出ꎬ少量ＣＨ４㊁Ｈ２和ＣＯ的存在会提高煤粉的爆炸危险性ꎬ应降低其最低爆炸浓度下限ꎮＧａｏ等[１０￣１１]对有机粉尘的火焰传播以及浓度对火焰传播的影响进行了探讨ꎬ提出了粉尘燃烧一般存在由化学反应控制的均相燃烧以及由热解气化控制的异相燃烧ꎮ在此基础上ꎬ本课题组[１２￣１３]通过热重￣质谱￣红外同步分析技术对煤粉燃烧产物进行了追踪ꎬ并通过原位漫反射傅里叶变换红外光谱测试技术对煤粉升温阶段官能团的变化过程进行了分析ꎬ从机理层面对煤粉燃烧过程进行了研究ꎮ在已有的研究基础上ꎬ取得的相应的研究成果在一定程度上可为实际生产应用提供参考和依据[１４￣１５]ꎮ为了进一步深入研究外界温度对煤粉云燃烧特性的影响ꎬ以不同粒径的煤粉作为研究对象ꎬ通过实验结合理论和分子动力学计算手段对煤粉云最低着火温度特性的影响进行研究ꎬ并对煤分子分解机理进行分析ꎬ以期为煤粉燃烧爆炸特性的研究提供基础理论参考ꎬ降低煤粉燃爆事故的发生ꎮ１㊀实验材料和装置１.１㊀实验材料图１为煤粉成分的工业分析结果ꎮ煤粉中的挥发分为易点火的褐煤ꎬ质量分数大于４０％ꎮ在实验前ꎬ首先对煤粉样品进行预处理ꎮ将粉碎后的样品过不同目数的筛子ꎬ并采用粒径分析仪进行表征ꎬ选出中位径分别为３４㊁５２㊁７５μｍ和１２４μｍ的煤粉ꎬ进行煤粉云最低着火温度测试ꎮ点火前ꎬ将不同粒㊀㊀图１㊀工业分析中的煤粉成分Ｆｉｇ.１㊀Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎａｌｙｓｉｓ径的煤粉在３０ħ真空烘箱中放置２４ｈ以上ꎬ保持样品条件的一致性ꎮ１.２㊀煤粉云最低着火温度装置煤粉云最低着火温度测试装置与文献[１２]相同ꎮ实验炉体容积为２７０ｍＬꎻ通过高压空气吹起粉尘罐中的煤粉ꎬ形成煤粉云ꎬ进入到高温炉体中ꎻ通过改变煤粉的质量来控制煤粉浓度ꎻ通过自动控制系统调整炉体温度ꎮ煤粉云在高温炉中被引燃的最低温度称为煤粉云最低着火温度ꎮ最低着火温度介于连续１０次实验均未出现着火的最高温度值ｔ１和连续１０次实验至少有一次出现着火的最低温度值ｔ２之间[１６]ꎮ本文中ꎬ取ｔ２作为最低着火温度ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀粉尘云最低着火温度图２为中位径为３４μｍ的煤粉扫描电镜图ꎮ从图２可以看出ꎬ煤粉颗粒不规则ꎬ部分颗粒近似于球状ꎮ㊀㊀㊀㊀图２㊀煤粉的扫描电镜图(中位径３４μｍ)Ｆｉｇ.２㊀ＳＥＭｏｆｔｈｅｃｏａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｍｅｄｉａｎｄｉａｍｅｔｅｒｏｆ３４μｍ㊀㊀表１为煤粉中位径为３４μｍ条件下的最低着火温度测试结果ꎮ㊀㊀在同一测试条件下ꎬ随着高温炉体温度的升高ꎬ煤粉云着火概率逐渐上升ꎮ煤粉质量浓度在１２５~１５００ｇ/ｍ３的范围内ꎬ随着煤粉质量浓度的增加ꎬ着火温度出现先降低㊁后增大的现象ꎻ当煤粉质量浓度为７５０ｇ/ｍ３时ꎬ着火温度降至５５０ħꎻ煤粉浓度进一步增加ꎬ最低着火温度再次上升ꎮ因此ꎬ在此测试条件下ꎬ煤粉云最低着火温度为５５０ħꎬ最佳着火质量浓度为７５０ｇ/ｍ３ꎮ㊀㊀煤粉云最低着火温度曲线如图３所示ꎮ由图３可知ꎬ煤粉云的最低着火温度与煤粉质量浓度呈Ｕ型关系ꎮ在煤粉质量浓度较低时ꎬ煤粉颗粒自身燃烧产生的热量不足以维持火焰的传播ꎬ因此需要更高的温度来维持火焰燃烧ꎻ随着煤粉质量浓度的提高ꎬ炉膛内单位体积的煤粉颗粒数增加ꎬ煤粉燃烧产 ８３ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５０卷第６期表１㊀不同条件下煤粉云的着火概率Ｔａｂ.１㊀Ｉｇｎｉｔｉｏｎｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｃｌｏｕｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ质量浓度/(ｇ ｍ－３)点火温度/ħ试验结果/次着火未着火着火概率/％６６０５５５０１２５６５０３７３０６４００１００６１０６４６０２５０６００３７３０５９００１００５７０５５５０５００５６０４６４０５５００１００５６０８２８０７５０５５０５５５０５４００１００５８０４６４０１０００５７０２８２０５６００１００６１０３７３０１２５０６００３７３０５９００１００６４０３７３０１５００６３０２８２０６２００１００㊀㊀㊀图３㊀不同质量浓度下煤粉云的最低着火温度Ｆｉｇ.３㊀Ｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｃｌｏｕｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ生的热量也增多ꎬ需要外界提供的热量减少ꎬ最低着火温度下降ꎮ当煤粉质量浓度达到临界值时ꎬ煤粉颗粒达到最佳的分散状态ꎬ最低着火温度降至最低ꎬ此质量浓度即为最佳质量浓度ꎮ继续提高煤粉质量浓度ꎬ反而使煤粉颗粒的分散性下降ꎬ使有效参与燃烧反应的煤粉颗粒减少ꎬ并且燃烧颗粒周围未参与燃烧反应的颗粒数量相对增加ꎬ吸收了部分反应热ꎻ过多的煤粉颗粒对炉膛内空气流通起到一定的阻碍作用ꎬ煤粉颗粒的燃烧反应速率降低ꎬ所需的外界热量增大ꎬ最低着火温度升高ꎮ㊀㊀在表１的测试基础上ꎬ对最佳着火浓度条件下中位径分别为３４㊁５２㊁７５μｍ和１２４μｍ煤粉试样进行最低着火温度实验ꎬ结果如图４所示ꎮ随着煤粉粒径的减小ꎬ最低着火温度随之降低ꎮ这主要是因为煤粉云的燃烧首先是从颗粒表面进行的ꎬ煤粉颗粒受热后发生多相化学反应ꎮ煤粉粒径较大时ꎬ比表面积较小ꎬ随着化学反应快速进行ꎬ单位体积内颗粒热解产生易燃物质的含量不足以引起煤粉云的燃烧ꎬ从而减慢了燃烧热的释放和传递ꎻ随着煤粉粒径的减小ꎬ比表面积增大ꎬ与空气的接触面积增大ꎬ氧气向颗粒表面扩散的速率增加ꎬ颗粒因缺氧而不能完全燃烧的现象随之减弱[１７]ꎬ单位体积内煤粉发生化学反应产生的易燃气体的浓度增加ꎬ燃烧热的释放也加快ꎬ释放热量增多ꎬ因此反应就更加剧烈ꎬ所需外界提供的热量相应减少ꎬ导致煤粉云最低着火温度下降ꎬ危险性提高ꎮ㊀㊀㊀图４㊀不同粒径下煤粉云的最低着火温度Ｆｉｇ.４㊀Ｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｃｌｏｕｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓ２.２㊀基于ＲｅａｘＦＦ分子动力学的煤分解机理煤热解是煤转化(如气化㊁液化和燃烧等)过程的初始反应步骤[１８￣１９]ꎮ煤热解被公认为是一种自由基驱动的过程ꎬ涉及无数偶联反应途径ꎬ产生大量自由基中间体[２０￣２１]ꎮ大多数自由基具有高反应性ꎬ寿命很短ꎬ因此很难通过实验来捕获它们ꎮ随着计算能力的迅速提高和新算法的发展ꎬ基于反应力场的ＲｅａｘＦＦ分子动力学模拟被广泛应用于碳氢燃料㊁含能材料㊁生物燃料的反应机理研究ꎮ为了进一步探索所选的褐煤的热解特性ꎬ适当修改原有褐煤模型(Ｗｏｌｆｒｕｍ模型[２２])ꎬ构建更接近实验过程的分子模型ꎬ进行了ＲｅａｘＦＦ分子动力学模拟ꎮ㊀㊀通过ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｔｕｄｉｏ(ＭＳ)软件构建煤多分子模型(图５)ꎮ首先ꎬ采用ＭＳ的Ｆｏｒｃｉｔｅ模块对修改后９３ ２０２１年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀粒径对煤粉云最低着火温度特性的影响㊀张㊀云ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图５㊀煤多分子模型构建过程Ｆｉｇ.５㊀Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏａｌｍｕｌｔｉｍｏｌｅｃｕｌａｒｍｏｄｅｌ的煤单分子模型进行能量最小化和结构优化ꎮ然后ꎬ通过ＭＳ的无定型晶胞模块构建包含１０个优化后的煤单分子的无定形晶胞ꎬ并选择为周期性边界条件ꎮ为避免芳香环和其他重要官能团的重叠ꎬ煤分子结构模型最初以０.１００ｇ/ｃｍ３的低堆积密度构建ꎮ初步建立的模型分别在１０.０ＭＰａ和０.１ＭＰａ的等温等压下进行加压和减压过程ꎬ最后进行能量最小化优化模型ꎬ最终密度为１.１５０ｇ/ｃｍ３ꎮ㊀㊀在２２００㊁２４００㊁２６００㊁２８００Ｋ和３０００Ｋ的温度下对煤多分子模型进行长时间的等温热解模拟ꎬ以研究详细的热解反应机理和温度对煤热解特性的影响ꎮＲｅａｘＦＦ力场参数从Ｌａｍｍｐｓ[２３]中的Ｒｅａｘ包获取ꎮ模拟中ꎬＨ２㊁Ｈ２Ｏ和ＣＯ２出现频率和数量最多ꎬ是最重要的热解产物ꎬ数量分布如图６所示ꎮ在之前通过热重￣红外￣质谱同步分析技术对煤粉燃烧过程中的产物研究中[１２]ꎬ同样总结出Ｈ２Ｏ㊁ＣＯ２㊁Ｈ２为主要气体产物ꎬ验证了模拟结果的准确性ꎮ㊀㊀Ｈ２是煤热解中最主要的产物ꎬ在反应初期快速生成ꎬ数量在极短时间内快速增加ꎬ随后稳步增长ꎮ模拟温度越高ꎬＨ２的产生速率越快ꎬ数量越多ꎮＨ２主要通过Ｈ 自由基结合或夺取其他分子的氢原子结合而生成(即Ｈ ＋Ｈ ңＨ２)ꎬ因此Ｈ 自由基的数量和Ｃ Ｈ键的断裂对Ｈ２的产生有重要影响ꎮ同时ꎬＨ２产生的数量越多ꎬ则反向证明煤分子中断键的数量越多ꎬ煤分子热解程度越高ꎮ㊀㊀在各模拟温度下ꎬＨ２Ｏ的数量均呈现先增加后逐步趋于稳定的趋势ꎮ在２２００和２４００Ｋ以及２８００和３０００Ｋ时ꎬＨ２Ｏ的数量及其变化趋势基本一致ꎬ此时温度对Ｈ２Ｏ的生成的影响较小ꎮ由此可见ꎬ温度的升高虽然可以加快Ｈ２Ｏ的生成速率ꎬ但过低和过高的温度对Ｈ２Ｏ的生成的影响作用降低ꎮ㊀㊀ＣＯ２的生成同样受温度的影响ꎬ温度越高ꎬ产生速率越快ꎬ数量增加得越多ꎬ且呈现逐步增长的趋㊀㊀㊀(ａ)Ｈ２㊀㊀㊀(ｂ)Ｈ２Ｏ㊀㊀㊀(ｃ)ＣＯ２图６㊀主要气体产物的数量分布Ｆｉｇ.６㊀Ｑｕａｎｔｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｉｎｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｓ势ꎮ在反应开始的２０ｐｓ内ꎬＣＯ２数量增加较快ꎬ且随着温度的升高ꎬ其产生速率越快ꎬ数量越多ꎮＣＯ２主要通过羧基中Ｃ原子和Ｏ原子的脱离来生成ꎬ其０４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５０卷第６期数量与关键中间体羧基和Ｏ 自由基的数量有关ꎬ在前期的实验研究中也得到了相似的结论[２４]ꎮ除了最终的稳定产物之外ꎬ重要中间产物ＣＨ２Ｏ的生成和消耗过程对于理解整体热解过程具有重要作用ꎬ如图７ꎮ同样ꎬＣＨ２Ｏ在反应初期快速生成ꎬ温度越高ꎬ生成速率越快ꎮ２２００㊁２４００Ｋ和２６００Ｋ时ꎬ２００ｐｓ的模拟时间内ꎬ煤分子的热解程度较低ꎬＣＨ２Ｏ的生成反应占主导ꎬ数量持续增加后趋于稳定ꎮ２８００Ｋ和３０００Ｋ时ꎬ反应速率较快ꎬ热解程度较高ꎬＣＨ２Ｏ生成并达到最大值后进一步发生反应ꎬ生成更为稳定的最终产物ꎻ此时ꎬＣＨ２Ｏ的消耗大于生成ꎬＣＨ２Ｏ数量减少ꎮ㊀㊀㊀图７㊀ＣＨ２Ｏ的数量分布Ｆｉｇ.７㊀ＱｕａｎｔｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＣＨ２Ｏ㊀㊀在煤分子热解的最终产物中ꎬＨ２㊁Ｈ２Ｏ㊁ＣＯ２和ＣＨ２Ｏ数量在各温度下均逐步增加ꎬ且达到较高值ꎮ其中ꎬＨ２产生的数量在所有产物分子中最多ꎮ此外ꎬＨ 自由基和ＯＨ 自由基是煤分子分解初期最主要的自由基ꎬ在反应初期有明显的数量变化ꎬ且其含量对于最终稳定产物Ｈ２和Ｈ２Ｏ的生成有重要影响ꎬ见图８ꎮ从图８中可发现:Ｈ 自由基在０.０５ｐｓ时已快速达到最大值ꎻ随后ꎬ其数量迅速减少ꎬ在１.５０ｐｓ时均达到稳定ꎮＯＨ 自由基在０.１５ｐｓ时快速达到最大值ꎻ随后ꎬ数量逐渐减少ꎬ在２０.００ｐｓ时均达到稳定ꎮ此结果与Ｈ２和Ｈ２Ｏ在分解初期的快速生成是一致的ꎮ３ 结论１)在煤粉质量浓度为１２５~１５００ｇ/ｍ３㊁中位径为３４μｍ时ꎬ煤粉云的最低着火温度与煤粉浓度呈现出先增大㊁后减小的Ｕ型关系ꎮ煤粉云最低着火温度为５５０ħꎬ最佳着火质量浓度为７５０ｇ/ｍ３ꎮ㊀㊀２)在最佳着火浓度条件下ꎬ随着煤粉粒径的减小ꎬ着火温度降低ꎮ这主要是因为随着煤粉颗粒的㊀㊀㊀(ａ)Ｈ 自由基㊀㊀㊀(ｂ)ＯＨ 自由基图８㊀自由基在分解初始的数量分布Ｆｉｇ.８㊀Ｑｕａｎｔｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒａｄｉｃａｌｓａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ减小ꎬ煤粉颗粒数量增多ꎬ比表面积增大ꎬ在煤粉浓度一定时ꎬ与空气的接触面积变大ꎬ氧气向颗粒表面扩散的速率增加ꎬ所需外界提供的热量相应减少ꎮ３)采用ＲｅａｘＦＦ分子动力学模拟方法研究了煤多分子体系模型的热解过程ꎮ结果表明:随着模拟的进行ꎬＨ２㊁Ｈ２Ｏ㊁ＣＯ２等小分子产物的数量逐渐增多ꎻ且温度越高ꎬ数量越多ꎮ其中ꎬＨ２产生的数量最多ꎬ产生的速率最快ꎮＨ 自由基和ＯＨ 自由基在反应初期有明显的数量变化ꎬ且其含量对于最终稳定产物Ｈ２和Ｈ２Ｏ的生成有重要影响ꎮ参考文献[１]㊀ＣＡＯＷＧꎬＱＩＮＱＦꎬＣＡＯＷꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓｅｖｅｒｉｔｉｅｓｏｆｃｏａｌｄｕｓｔ/ａｉｒｍｉｘｔｕｒｅｓｉｎａ２０￣Ｌｓｐｈｅｒｉｃａｌｖｅｓｓｅｌ[Ｊ].ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１７ꎬ３１０:１７￣２３.[２]㊀ＳＫＪＯＬＤＴꎬＣＡＳＴＥＬＬＡＮＯＳＤꎬＯＬＳＥＮＫＬꎬｅｔａｌ.Ｅｘ￣ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｖｏｌｕｍｅｄｕｓｔａｎｄｇａｓｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓｉｎａ３.６￣ｍｆｌａｍｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｔｕｂｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｏｓｓＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎｉｎｔｈｅＰｒｏｃｅｓｓＩｎ￣ｄｕｓｔｒｉｅｓꎬ２０１４ꎬ３０:１６４￣１７６.[３]㊀ＣＡＳＴＥＬＬＡＮＯＳＤꎬＳＫＪＯＬＤＴꎬＶＡＮＷＩＮＧＥＲＤＥＮＫꎬｅｔａｌ.ＶａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＤＥＳＣｃｏｄｅｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅ１４ ２０２１年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀粒径对煤粉云最低着火温度特性的影响㊀张㊀云ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｅｆｆｅｃｔｏｆｖｅｎｔｄｕｃｔｓｏｎｄｕｓｔｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ[Ｊ].Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１３ꎬ５２(１７):６０５７￣６０６７.[４]㊀ＣＬＯＮＥＹＣＴꎬＲＩＰＬＥＹＲＣꎬＰＥＧＧＭＪꎬｅｔａｌ.Ｌｏｗｅｒｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙｌｉｍｉｔｓｏｆｈｙｂｒｉｄｍｉｘｔｕｒｅｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ１０ｍｉ￣ｃｒｏｎｃｏａｌｄｕｓｔｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｍｅｔｈａｎｅｇａｓ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｓｓＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬ２０１８ꎬ１２０:２１５￣２２６.[５]㊀ＣＬＯＮＥＹＣＴꎬＲＩＰＬＥＹＲＣꎬＰＥＧＧＭＪꎬｅｔａｌ.Ｌａｍｉｎａｒｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｒｅｇｉｍｅｓｆｏｒｈｙｂｒｉｄｍｉｘｔｕｒｅｓｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｗｉｔｈｍｅｔｈａｎｅｇａｓｂｅｌｏｗｔｈｅｇａｓｌｏｗｅｒｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙｌｉｍｉｔ[Ｊ].ＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄＦｌａｍｅꎬ２０１８ꎬ１９８:１４￣２３. [６]㊀刘义ꎬ孙金华ꎬ陈东梁ꎬ等.甲烷￣煤尘复合体系中煤尘爆炸下限的实验研究[Ｊ].安全与环境学报ꎬ２００７ꎬ７(４):１２９￣１３１.ＬＩＵＹꎬＳＵＮＪＨꎬＣＨＥＮＤＬꎬｅｔａｌ.Ｏｎｌｏｗｅｒｌｉｍｉｔｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅｃｏａｌｄｕｓｔｉｎｃｏａｌｄｕｓｔｍｉｘｔｕｒｅｗｉｔｈｍｅｔｈａｎｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ２００７ꎬ７(４):１２９￣１３１.[７]㊀景国勋ꎬ邵泓源ꎬ吴昱楼ꎬ等.半封闭管道内瓦斯煤尘爆炸火焰传播特性试验[Ｊ].安全与环境学报ꎬ２０２０ꎬ２０(４):１３２１￣１３２６.ＪＩＮＧＧＸꎬＳＨＡＯＨＹꎬＷＵＹＬꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｐｐｒｏａｃｈｔｏｔｈｅｆｌａｍｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅｇａｓａｎｄｃｏａｌｄｕｓｔｉｎｔｈｅｓｅｍｉ￣ｅｎｃｌｏｓｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅ[Ｊ].Ｊｏｕｒ￣ｎａｌｏｆＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ２０２０ꎬ２０(４):１３２１￣１３２６.[８]㊀ＴＡＮＸꎬＳＣＨＭＩＤＴＭꎬＺＨＡＯＰꎬｅｔａｌ.Ｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉ￣ｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓｄｕｓｔｃｌｏｕｄｓｉｎａｉｒｗｉｔｈＣＨ４/Ｈ２/ＣＯｂｅｌｏｗｔｈｅｇａｓｌｏｗｅｒｅｘｐｌｏｓｉｏｎｌｉｍｉｔ[Ｊ].Ｆｕｅｌꎬ２０２０ꎬ２６４:１１６８１１.[９]㊀ＺＨＡＯＰꎬＴＡＮＸꎬＳＣＨＭＩＤＴＭꎬｅｔａｌ.Ｍｉｎｉｍｕｍｅｘｐｌｏ￣ｓｉｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｓｉｎａｉｒｗｉｔｈｓｍａｌｌａｍｏｕｎｔｏｆＣＨ４/Ｈ２/ＣＯｕｎｄｅｒ１０￣ｋＪｉｇｎｉｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｆｕｅｌꎬ２０２０ꎬ２６０:１１６４０１.[１０]㊀ＧＡＯＷꎬＹＵＪＬꎬＬＩＪꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａ￣ｔｉｏｎｏｎｍｉｃｒｏ￣ａｎｄｎａｎｏ￣ＰＭＭＡｄｕｓｔｅｘｐｌｏｓｉｏｎｖｅｎｔｉｎｇａｔｅｌｅｖａｔｅｄｓｔａｔｉｃａｃｔｉｖａｔｉｏｎｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｓ[Ｊ].ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１６ꎬ３０１:７１３￣７２２.[１１]㊀ＧＡＯＷꎬＭＯＧＩＴꎬＹＵＪＬꎬｅｔａｌ.Ｆｌａｍｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｉｎｄｕｓｔｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｏｓｓＰｒｅ￣ｖｅｎｔｉｏｎｉｎｔｈｅＰｒｏｃｅｓｓＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓꎬ２０１５ꎬ３６:１８６￣１９４. [１２]㊀ＸＵＳꎬＬＩＵＪＦꎬＣＡＯＷꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｋｉｎｅ￣ｔｉｃｓｏｆｃｏａｌｄｕｓｔ/ａｉｒｍｉｘｔｕｒｅｓ[Ｊ].ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１７ꎬ３１７:１５４￣１６１.[１３]㊀ＺＨＡＮＧＹꎬＣＡＯＷＧꎬＲＡＯＧＮꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ￣ｂａｓｅｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓｏｎｉｇｎｉｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｓ[Ｊ].ＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ１９０(１０):１８５０￣１８６０. [１４]㊀袁帅ꎬ王庆慧ꎬ王丹枫ꎬ等.粉尘爆炸防护措施的研究进展[Ｊ].爆破器材ꎬ２０１７ꎬ４６(４):１３￣２０.ＹＵＡＮＳꎬＷＡＮＧＱＨꎬＷＡＮＧＤꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏ￣ｇｒｅｓｓｏｆｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｄｕｓｔｅｘｐｌｏ￣ｓｉｏｎ[Ｊ].ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１７ꎬ４６(４):１３￣２０. [１５]㊀苏浩ꎬ仲海霞ꎬ曹勇ꎬ等.锆金属粉尘云最小点火能和最低着火温度的试验研究[Ｊ].爆破器材ꎬ２０１９ꎬ４８(２):２５￣３１.ＳＵＨꎬＺＨＯＮＧＨＸꎬＣＡＯＹꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎ￣ｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙａｎｄｔｈｅｍｉｎｉ￣ｍｕｍｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｚｉｒｃｏｎｉｕｍｄｕｓｔｃｌｏｕｄ[Ｊ].ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１９ꎬ４８(２):２５￣３１.[１６]ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌ.Ｓｔａｎｄａｒｄｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍｉｎｉｍｕｍａｕｔｏｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｄｕｓｔｃｌｏｕｄｓ:ＡＳＴＭＥ１４９１ ０６(２０１９)[Ｓ].ＷｅｓｔＣｏｎｓｈｏ￣ｈｏｃｋｅｎꎬＰＡꎬＵＳ:ＡＳＴＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌꎬ２０１９. [１７]㊀高聪ꎬ李化ꎬ苏丹ꎬ等.密闭空间煤粉的爆炸特性[Ｊ].爆炸与冲击ꎬ２０１０ꎬ３０(２):１６４￣１６８.ＧＡＯＣꎬＬＩＨꎬＳＵＤꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｉｎａｓｅａｌｅｄｖｅｓｓｅｌ[Ｊ].ＥｘｐｌｏｓｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋＷａｖｅｓꎬ２０１０ꎬ３０(２):１６４￣１６８.[１８]㊀ＳＯＬＯＭＯＮＰＲꎬＳＥＲＩＯＭＡꎬＳＵＵＢＥＲＧＥＭ.Ｃｏａｌｐｙｒｏｌｙｓｉｓ:ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓꎬｋｉｎｅｔｉｃｒａｔｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ[Ｊ].ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＥｎｅｒｇｙａｎｄＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅꎬ１９９２ꎬ１８(２):１３３￣２２０.[１９]㊀ＳＯＬＯＭＯＮＰＲꎬＦＬＥＴＣＨＥＲＴＨꎬＰＵＧＭＩＲＥＲＪ.Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｃｏａｌｐｙｒｏｌｙｓｉｓ[Ｊ].Ｆｕｅｌꎬ１９９３ꎬ７２(５):５８７￣５９７.[２０]㊀ＭＩＵＲＡＫ.Ｍｉｌｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｃｏａｌｆｏｒｐｒｏｄｕｃｉｎｇｖａｌｕａ￣ｂｌｅｃｈｅｍｉｃａｌｓ[Ｊ].ＦｕｅｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０００ꎬ６２(２/３):１１９￣１３５.[２１]㊀ＬＩＵＺＹꎬＧＵＯＸＪꎬＳＨＩＬꎬｅｔａｌ.Ｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｖｏｌａ￣ｔｉｌｅｓ:Ａｃｒｕｃｉａｌｓｔｅｐｉｎｐｙｒｏｌｙｓｉｓｏｆｃｏａｌｓ[Ｊ].Ｆｕｅｌꎬ２０１５ꎬ１５４:３６１￣３６９.[２２]㊀ＷＯＬＦＲＵＭＥＡ.Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｒｈｅｎｉｓｈｂｒｏｗｎｃｏａｌ[Ｍ]//Ｔｈｅｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆｌｏｗ￣ｒａｎｋｃｏａｌｓ.ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＤＣꎬＵＳ:ＡＣＳＰｕｂｌｉｃａ￣ｔｉｏｎｓꎬ１９８４:１５￣３７.[２３]㊀ＭＡＴＴＳＳＯＮＴＲꎬＬＡＮＥＪＭＤꎬＣＯＣＨＲＡＮＥＫＲꎬｅｔａｌ.Ｆｉｒｓｔ￣ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｃｌａｓｓｉｃａｌｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｈｏｃｋｅｄｐｏｌｙｍｅｒｓ[Ｊ].ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢꎬ２０１０ꎬ８１:０５４１０３.[２４]㊀ＣＡＯＷＧꎬＣＡＯＷꎬＰＥＮＧＹＨꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｐｒｅ￣ｃｏｍｂｕｓｔｅｄｃｈａｎｇｅｓｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓｏｆｌｉｇｎｉｔｅｃｏａｌｄｕｓｔ[Ｊ].ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１５ꎬ２８３:５１２￣５１８.２４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５０卷第６期。
粒径对福建无烟煤在CFB锅炉中燃尽的影响
[14]
式中，g 为重力加速度(9.8 m/s2). 煤颗粒一次通过炉膛燃烧时的停留时间主要受烟 气流速和炉膛高度影响. 本工作采用燃烧福建无烟煤的 蒸发量为 35 t/h 的 CFB 锅炉，炉膛高度取 25.2 m. 根据 式(1)(12)，计算不同粒径福建无烟煤细颗粒在 CFB 锅 炉中的燃尽时间和一次通过炉膛的停留时间.
rHbed/(ufuslip),
(3)
[13]
其中，g 为烟气导热系数[0.1 W/(m·K)]，Nup 为努赛尔 数，表征高温烟气对煤颗粒的换热强度，可用下式 计算：
Nup0.0247Re1.16 p , Rep2uf dp g/ g,
(11)
(4) (5)
式中，Hbed 为炉膛高度(m)，uslip 为颗粒漂移速度(m/s)， 可取为颗粒终端速度 ut，由下式[14]计算：
2
粒径对燃尽影响的理论分析
煤颗粒的燃尽时间(Burnout time, b)包含煤颗粒自
2.1 燃尽时间 入炉至着火所需的预热时间 1 和煤颗粒由着火至燃尽 所需时间 2：
b 1+ 2.
(1)
2.1.1 预热时间 煤颗粒入炉后迅速吸收热量，一般经历水分蒸发、 挥发分析出、着火和焦炭燃烧等过程. 通常将煤颗粒入 炉受热到着火的时间称为煤颗粒的预热时间( 1). 对粒径 dp≤0.3 mm 的较细颗粒， 1 可采用集总热容 法，由下式[13]求解：
粒度对煤的自燃倾向性表征影响
粒度对煤的自燃倾向性表征影响
刘剑;赵凤杰
【期刊名称】《辽宁工程技术大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2006(25)1
【摘要】为了使活化能这一指标科学有效的应用于煤的自燃倾向性的鉴定,利用热重分析仪器,对两种煤的不同粒度的煤样进行了自燃的实验研究,试验曲线结果表明,煤样粒度越细,TG曲线和DSC曲线向低温方向移动,煤样的着火提前,运用热重动力学方法计算得到煤的活化能,发现粒度越小,活化能值也越小,越容易着火,即其自燃倾向性增大。
粒度是一个重要的影响因素。
【总页数】3页(P1-3)
【关键词】粒度;活化能;TG曲线;自燃倾向性
【作者】刘剑;赵凤杰
【作者单位】辽宁工程技术大学资源与环境工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE0
【相关文献】
1.升温速率对煤的自燃倾向性表征影响的研究 [J], 刘剑;赵凤杰
2.济宁矿区埋深影响下粒径对煤自燃倾向性的影响 [J], 赵文彬; 刘晴; 蔡海伦; 王斌; 王忠密; 王金凤
3.煤体结构对自燃倾向性影响研究 [J], 王福生; 张志明; 武建国; 董宪伟; 孙超
4.煤官能团对煤自燃倾向性的影响 [J], 高东
5.煤样粒径对产气耗氧和自燃倾向性影响研究 [J], 魏勋阔;陈元峰;张安山
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影 响煤 燃烧 过程 的 因素 除炉型 、燃烧 方 式 、
收稿 １ ３ 期 ：２ ０ １ ３ 一Ｏ １ —０ ６
基金项目：国家质栓总局科技计 划项 目 （ ２ ０ １ １ Ｑ Ｋ１ ８ ５ ）
作者简介： 简添 福 ，男 ，福 建 省特 种设 备检 验 研 究院 漳 州 分 院 ，副 院 长 ， 高 级工 程 师 ，硕 士
・ ２６ ・
同 ，相 反 ， 当煤 种 的热分 析 曲线相 近 时 ，在 实 际 炉膛 中的燃烧 特性却会基本相 同 ［ ３ — ５ 】。
实验是在德国 Ｎ ｅ ｔ ｚ ｓ ｃ ｈ 公司生产的 Ｓ Ｔ Ａ ４ ０ ９ Ｃ 型热
天平上进行。实验煤样的平均粒度分别为９ ６ ． ５ ｕ ｍ 、
性 ，且 煤粒 加热 后只有极 少 的孔隙 ，氧气 很难进
２ 实验 设 计
热重 分析 法是 近年 来 国 内外研 究煤 燃烧 特性
入 ，燃 烧产物 不 易扩散 ，燃烧 过程进 展缓 慢 ，燃 尽 时间长 。如０ ． ４ ｍ ｍ 的煤粒在试验炉 内从着火后到
燃尽 时间至少要４ 秒 以上 ［ １ 】 。因此 ，如何 改善福 建 最 常用 的方法 之一 。它利用 热天 平在程 序升 温条
１ 前 言
福建省煤炭资源 品种单一，多数属挥发分２ ～４ ％
的Ｉ Ｉ 类 无烟煤 ，其着 火和 燃尽 非常 困难 ，导致其
燃烧 气氛 等外在 因素外 ，煤 本身 的 内在 因素也 具
有 重要 的作用 ，其 中颗 粒粒 度是最 基本 的也 是最 重要的物理参 数ｌ ｆ ２ ｌ 。 文中通过热天平实验 ，研究在 不同平均粒度下
无 烟煤 的着 火和燃 烧特 性是 实现福 建无烟 煤 高效 件 下 ，研 究 煤 在 燃 烧 过 程 质 量 随 时 间温 度 的变
稳 定燃烧 的关键 。
化 ，从而分析 煤 的燃 烧特 性 。人们发 现热分 析 曲 线 不 同 的煤 种 ，在 实 际炉 膛 中 的 燃烧 特 性 也 不
表 ｌ 煤样 的工业 分析与 元素分析
３ 实验 结 果及 分 析
３ ． １燃 烧 失 重 曲 线 （ Ｄ Ｔ Ｇ曲线 ） 的 分 析
福 建无烟 煤样 （ 龙 岩煤 ）在 不 同粒度 下的Ｄ Ｔ Ｇ
平蠲 霸Ｅ 压， ｐｔ
图２ 粒度 对煤样着 火温度和燃 尽温度 的影响
曲线 如 图１ 所 示 ，表２ 则列 出煤样 的Ｔ Ｇ ／ Ｄ Ｔ Ｇ 特征参
样 直 接 取 自 电厂 炉 前 ，其 工 业 分 析 和 元 素 分 析 列于表１ 。
图ｌ福 建无烟煤样 （ 龙岩煤 ）在不 同粒度下 的Ｄ ＴＧ 曲线
实验 时将 煤样平铺 在Ｓ Ｉ Ｃ 质平坩 埚中 ，保证 反
应 气 与试 样 充分而 均匀 接触 ，减 小扩 散 阻力对 反
应 的影响 。
福 建 无 烟 煤 颗 粒 粒 度 对 燃 烧 特 性 影 响 的 热 天 平 研 究
简 添 福
（ 福建省特种设备检验研究院漳州分院，福建 漳州 ３ ６ ３ ０ ０ ０ ）
摘要 ：文 章在 热重 分析 仪上 进行 了５ 种平 均粒 度 （ ９ ６ ． ５ ｕ Ｉ ｌ ｌ 、８ １ ｕ ｍ 、６ ８ ． ５ ｕ ｍ 、５ ４ ｕ ｍ 以及 ４ ５ ｕ ｍ ）的福 建无 烟 煤 （ 龙 岩煤 ）的燃烧 特性 实验 。结 果表 明 ：随着 平均 粒度 的减 小 ，龙岩煤 的着 火温 度及 燃尽 温度 降低 ，综 合 燃烧 特性 指数 有较 大提 高 ，燃 烧特 性得 到改 善。 关键词：福 建无烟 煤 ：颗粒 粒度 ；燃烧 特性 ；热天 平
开发利 用受 到限制 。福建 无烟 煤不但 具有 燃烧化 福建无烟煤 的燃烧特性 ，得到了一些有益 的结论 ， 学反应性能差 ，热传导能力低 ，着火温度高 （ 一般 对煤的高效燃烧 ，特别是高灰分、低挥发分 的劣质
着火温度要在 ９ ０ ０ ￣９ ５ ０ ￣ Ｃ，有的高达 １ ２ ０ ０ ＂ Ｃ） 的特 煤和无烟煤的高效稳定燃烧具有一定的指导意义 。
２ ０ｌ ３ 年第２ 期 （ 总 第２ ６ 期）
质 量 技 术 监 督 研 究
Ｑ ｕ ａｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｉ ｃ ａｌ Ｓｕ ｐｅ ｒ ｖ ｉ Ｓ ｉ ｏ ｎ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
Ｎ０． ２．２ Ｏ１ ３
Ｇ ｅ ｎｅ ｒａ１ ＮＯ． ２ ６
数 。从 图１ 和表２ 中可看 出： （ １ ）随煤颗粒粒 径的
３ ． ２煤 粉 粒 度 对着 火和 燃 尽 特 性 的影 响
煤 的着 火特性 对燃 煤锅 炉 的高效 稳 定燃烧 和 低 负荷稳 定运 行意 义重 大 。煤 的着 火是 由于放 热
超 过 了散 热 而 使 煤 的化 学 反 应 得 到 白加 速 的 结 果 。着火 温度 是体 现煤着 火 性能 的主要 指标 。本
减小 ，煤样 的Ｄ Ｔ Ｇ 曲线 向低 温 区移动 ，表 明煤 样的
挥发 分 析 出提 前 ，着火 和剧 烈燃 烧 反应均 提前 ；
（ ２ ） 随着煤颗粒 粒径 的减 小 ，Ｄ Ｔ Ｇ 曲线 的峰值 （ 即 最大 燃烧 速率 ）增 大 ，并 且峰 区变 窄 ，说 明粒 径 减 小提 高 了煤 中可燃 质 的燃 烧 反应速 率 ，使燃 烧
文 在Ｔ Ｇ —Ｄ Ｔ Ｇ 曲线上 采 用切 线 法确 定煤 的着 火 温 度 ，燃 尽温度 则定义为Ｄ Ｔ Ｇ 曲线上燃烧结 束区域失
８ １ ｍ 、６ ８ ． ５ ｍ 、５ ４ ｕ ｍ 以及４ ５ ｍ ；反应气氛为空 气 ，总流量２ ０ ０ ｍ Ｌ ／ ｍ ｉ ｎ ，升温速率 ２ ０ ＂ Ｃ／ ｍ ｉ ｎ ，温度
范 围为室温 ～１ Ｉ Ｏ ０ ＂ Ｃ，煤样质 量约１ ０ ． ０ ±０ ． １ ｍ ｇ 。 实 验 的煤 样 为福 建 无 烟 煤 （ 龙 岩 煤 ） ，实 验 煤