用TG_DTA法研究新型燃烧促进剂对煤燃烧性能的影响

Vol127 No12
冶 金 能 源
M ar12008
ENERGY FOR M ETALLURGICAL INDUSTRY
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表 1 试验煤样的工业分析
燃煤
A
荣睿鑫无烟煤 11
大同烟煤
20
V
S
C
7
017 7513
26
015 4515
%
W 6 8
为保证试验结果的准确和条件一致性 , 本次 试验中燃煤促进剂的添加方法是将一定量添加剂 溶于少量去离子水中配成溶液 , 再将溶液加入到 一定量的煤样中 , 混合均匀呈泥状 , 于 80 ℃的 烘箱中烘干 8h左右 , 冷却至室温后适度研磨至 与原煤样同样粒径 。
Study on the effects of a new add itive on coa l com bustion by TG - D TA
W ang M inyan Cang Daqiang W ang Yingru (University of Science and Technology B eijing)
Abstract The effects of a new combustion additive on the combustibility and pyrolysis characteristics of Rongruixin anthracite by TG - DTA were studied experimentally at air and argon atmosphere. Influ2 ence of addition of this accelerator was studied - using Datong bitum inous as case study. The results indicate that the volatile of coal was released rap idly at lower temperature, the ignition was easier real2 ized and the coal was burned more sufficiently w ith this new accelerator. The research results of Datong bitum inous show that 115% accelerator in the coal is the best percentage which can decrease the igni2 tion temperature and the burn - out temperature, increase the released heat during the combustion p rocess. The analysis of its p romoting mechanism is discussed in this paper. Keywords coal combustion combustion accelerant thermogravimetry
参考文献
〔1〕谭志诚 , 王树东 , 李莉等 1热重法研究煤燃烧添加 剂的催化助燃效果及作用机理 1 催化学报 , 1999, 20: 263 - 266
〔2〕许晋源 , 徐通模 1 燃烧学 1 北京 : 机械工业出版 社 , 1990
〔3〕陶著 1煤化学 1北京 : 冶金工业出版社 , 1983
万 雪 编辑
图 4 不同配比 A 对大同烟煤着火温度的影响
图 6 不同配比 A 对大同烟煤峰面积的影响
图 5 不同配比 A 对大同烟煤燃尽温度的影响
图 7 不同配比 A 对大同烟煤峰值温度的影响
表 2 A 促进剂对大同烟煤燃烧性能的影响
A /%
0
0105
0125
015
1
115
2
5
Ts /℃
325
317
323
325
图 2 荣睿鑫无烟煤和加入 5%A煤样的DTA曲线
图 1 荣睿鑫无烟煤和加入 5%A煤样的 TG曲线
图 3 荣睿鑫无烟煤和加入 5% A 煤样的热解 TG曲线
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317
306
314
310
Tz /℃
647
646
656
647
641
631
641
623
S / cm2
458
474
484
448
470
501
514
553
Tf /℃
521
528
Hale Waihona Puke Baidu
511
503
520
472
482
489
214 促进剂作用机理 煤是以碳为骨架的多芳香环 (包括氢化芳
环 ) 系统的有机高分子物质 , 年轻煤的大分子 的结构单元含有较小的核和较多的侧链以及羧 基 、羟基等含氢官能团 , 挥发分含量高 , 燃烧性 能好〔3〕。A 是一种有机盐 , 在煤化工上用于馏分 的提取 , 它能与煤反应从而增加煤分子中的含氢 官能团 , 人为的 “降低 ”煤的变质程度 , 从而 起到促进燃烧的作用 。
通过分析差热曲线 (DTA ) 可比较煤样的 放热量 、放热强度 、放热速度等燃烧性能 。其中 放热面积和峰值温度是两个重要评价因素 , 放热 面积 (S ) 反映了燃烧放热量的大小 , 峰值温度 ( Tf ) 反应了主要放热温度段出现的早晚 。
煤燃烧 DTA 曲线中有两个放热峰 , 前一个 为挥发分燃烧放热峰 , 后一个为固定碳燃烧放热 峰 。从图 2可看出加入 5% A 使两个放热峰的高 度都有所增加 , 分析数据可得 , 促进剂使煤燃烧 的峰值温度从 584℃降至 563℃, 下降了 21℃, 使峰面积由 424增至 500, 增加约 18%。由此可 见 , 煤燃烧促进剂 A 对荣睿鑫无烟煤有明显的 助燃效果 。 212 氩气气氛下促进剂对荣睿鑫无烟煤热解特
的孔隙增大 , 促进剂对燃烧的阻碍作用不再明 显 , 所以继续增加 A 含量至 5%时着火温度回 升 , 但燃尽温度仍然降低 。
在大同烟煤中随着 A 加入量的增大 , 放热 量随之增大 , 峰值温度随之降低 。从图 6、图 7 中可看出 , 当 A 小于 115%时变化趋势比较明 显 , 大于 115%后变化缓慢 。放热量最大可增加 21% , 峰 值 温 度 降 低 49℃, 最 佳 加 入 量 为 115%。试验数据见表 2。
2 试验结果与讨论
211 空气气氛下促进剂对荣瑞鑫无烟煤燃烧性 能的影响
从图 1中可看出 , 加入促进剂后 TG曲线与 原煤在 280℃左右即开始分离 , 说明 A 在挥发分 析出的初级阶段即发挥了促进作用 。由分析数据 可得 , 在相同的反应时间内 , 加入 5% A 使原煤 的燃烧失重率增加 。以程序升温 30m in, 即加热 到 600℃为例 , 燃烧失重率从 43%增加到 56% , 使煤燃烧的着火温度由 409℃降低到 381℃, 下 降了 28℃, 使燃尽温度由 719℃降低到 708℃, 下降了 11℃。对于同一煤种 , 着火温度由挥发 分的析出速率 、析出量以及氧气传递速率等因素 所决定 , 着火温度越低 , 整个燃烧过程开始越 早 , 在同样的外界条件下燃烧更充分 。燃尽温度 除了与上述因素有关外 , 还与固定碳的燃烧速率 有关 , 燃尽温度越低说明使煤样充分燃烧所需的 温度越低 , 时间越短 。
前言
我国是产煤大国也是消耗煤大国 , 出产的煤 绝大多数用于直接燃烧 , 但直接燃烧存在一系列 问题 : 煤的热值低 , 不易着火 , 利用率低 , 燃烧 过程中产生大量固体颗粒物以及有害气体对大气 造成污染 。要实现煤的高效洁净燃烧 , 除了改进 燃烧设备和工艺外 , 使用煤燃烧添加剂也是提高 燃煤效率的有效措施 。国外在 70 年代就广泛开 展了有关煤的催化燃烧及燃烧添加剂的研究 , 国 内也在这方面开展了大量的工作 , 特别是近年 来 , 煤燃烧添加剂的开发和应用发展很快 , 一些 产品已在民用炉具中使用 , 并逐步开始在工业窑 炉及其它方 面 试 用 〔1〕。热 重 分 析 仪 是 进 行 煤 燃
19℃, 使燃尽温度降低 16℃。 促进剂的固体颗粒附着在煤粒的表面或填充
在煤粒间的缝隙中 , 它在对挥发分的析出和固定 碳的燃烧起促进作用的同时 , 对氧气的传递和气 体的扩散也有阻碍作用 , 这两种作用共同影响决 定了着火温度和燃尽温度的高低 , 所以 A 添加 量并不是越大越好 , 而是存在一个最佳范围 。燃 尽温度不仅与着火温度有关 , 还与固定碳的燃烧 速率有关 , 随着挥发分大量析出 , 煤粉颗粒内部
收稿日期 : 2007 - 09 - 24 王敏燕 (1984 - ) ,硕士生 ; 100083 北京市海淀区 。
烧气化等研究的重要工具 , 本文利用 TG - DTA 分析方法研究了一种新的燃烧促进剂对荣睿鑫无 烟煤 、大同烟煤燃烧特性的影响 , 并对其作用机 理进行了初步的探讨 。
1 实验方法及条件
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用 TG - DTA法研究新型燃烧促进剂对煤燃烧性能的影响
王敏燕 苍大强 王颖茹
(北京科技大学 冶金与生态工程学院 )
摘 要 分别在空气和氩气气氛下 ,用 TG - DTA 法研究了一种新型煤燃烧促进剂对荣睿鑫无 烟煤燃烧和热解性能的影响效果 。又以大同烟煤为例研究了促进剂的加入量对促进效果的影 响 。结果表明 ,此新型促进剂能够使挥发分在较低的温度下快速 、集中的释放 ,使着火更加容 易 ,燃烧更加充分 。对大同烟煤的研究结果表明 ,加入 115%左右的促进剂能够有效降低煤样的 着火温度 、燃尽温度 ,并增大放热量和放热强度 。文中还分析了促进剂对煤燃烧的作用机理 。 关键词 煤燃烧 促进剂 热重法
性的影响 煤的着火过程的关键在于挥发分〔2〕, 为了 进一步分析促进剂对煤中挥发分的影响 , 在氩气 气氛下对荣睿鑫无烟煤和加入促进剂煤样进行了 热分解试验 。 图 3表明 , 曲线 1与曲线 2在 280℃左右分 离 , 与空气气氛下的实验结果一致 , 这说明促进 剂使煤中的挥发分在较低温度下便迅速释放 , 为 煤的着火提供了很好的条件 。加入 5% A 使原煤 的热解失重率从 9167%增加到 13133%。产生这 种结果的原因主要有两方面 : 一是促进剂使煤的 活性增强 , 使煤中挥发分不易析出的部分析出 ; 二是促进剂与煤反应 , 使长链分子断裂 , 生成一 些低沸点的小分子 。 213 不同促进剂配比对大同烟煤燃烧性能的影响 随着 A 含量的增加 , 大同烟煤的着火温度 和燃尽温度呈下降趋势 (见图 4、图 5 ) 。最多 可使着火温度降低 19℃, 使燃尽温度降低 24℃, 最佳的添加量为 115%左右 , 可使着火温度降低
3 结论
(1)燃烧促进剂 A 能够促进煤燃烧过程中挥 发分的析出和分解 ,降低着火温度 ,使放热提前并
在原有基础上增加燃烧总放热量 。 (2)燃烧促进剂 A 使荣睿鑫无烟煤在氩气气
氛下热解量增加 ,挥发分在较低温度下集中析出 。 (3)对于大同烟煤 ,燃烧促进剂 A 添加量在
115%左右可取得较好的促进效果 。
试验选用荣睿鑫无烟煤和大同烟煤 , 加工为 粒度 ≤200目煤粉 , 工业分析数据见表 1。
实验前煤粉置于 80℃烘箱中 6h 去除游离 水 。本试验所用新型促进剂 A 为易溶于水的有 机盐 。
实验中所用热分析仪为北京光学仪器厂生产 的 WCT - 2型微机热天平 。测试条件 : 升温范围 为室温 ～ 900℃, 升 温 速 率 20℃ /m in, 气 氛 为 100mL /m in 稳 态 空 气 或 氩 气 , DTA 量 程 为 250μV , TG量程为 20mg, 样品重量为 15mg。