几种国外煤炭燃烧特性的热重实验研究

日常使用的印尼褐煤、澳洲煤、俄罗斯煤，利用热重
实验系统地研究了这３种煤的着火燃烧特性．并考 察了多种因素对其燃烧特性的影响．为国内电厂使 用国外煤的工业应用提供理论依据。
１ 图１样品燃烧ＴＧ曲线（升温速率３０。Ｃ／ｒａｉｎ）
实验样品、设备和工况 本实验分别选取１种印尼褐煤、澳洲煤和俄罗
斯煤。３种煤的工业分析和元素分析如表１所示。由 表１发现印尼褐煤的挥发分、水分要远高于其他２ 种煤，是一种典型的低阶煤；澳洲煤的燃烧热值最 大：俄罗斯煤灰分最高。３种样品均经过破碎、干燥 处理．并使用标准筛将粒径控制在２００目左右。
度最高可达１
６００
ｏＣ。升温速率最高可达１００＇：Ｕ／ｍｉｎ．
称重解析度Ｏ．１雌，灵敏度０．０１灿ｇ。实验气氛为
Ｏ：，使用浮子流量计控制其流量。实验研究工况如表 ２所示。
表１
搓品
样品的工业分析和元素分析 仉一 仉一 虫
３．１５ ３．３８ ３．３６
三些坌堑
』＿
１１．０９ ２１．９５ ３２．４７
重壅坌堑
煤内可燃质接触。影响煤的继续燃烧。煤含灰越高。 灰壳越厚ｊ升温速率越大，煤燃烧越剧烈，加速了灰 壳的形成，对燃尽产生越不利的影响，从而使瓦大 幅升高。 最大比失重速率Ｋ’一和平均比燃烧速率Ｋ ７一 反映了煤着火并析出挥发分后的后续燃烧情况．值 越大说明煤的燃烧速度越快。不同升温速率下３种
④燃尽特性指数ｃｈ
ｏｎ
Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ
Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｅｖｅｒａｌ Ｋｉｎｄｓ ｏｆ Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｃｏａｌ
ＸＩＡＮＧＹｉｌ，ＱＩＵＬｉ－ｃｈｕｎ２。ＨＯＮＧＤａｏ－－ｗｅｎ３，ＣＨＡＮＧＹｑｕｎ３，ＺＨＡＯＣｈｅｎ－ｊｉｅｌ。ＬＩＵＪｉａｎ－ｚｈｏｎ９１。ＺＨＯＵ Ｊｌｌｎ由ｕ１
０００ Ｓ以上，
其气化速率也远低于ＸＬＴ煤焦。ＸＬＴ煤焦的高气化
时问／ｓ
（ａ）碳转化率随时间的变化
３００
Ｓ．远高于烟煤焦和无烟煤焦。这主要与煤焦的
物化性质及其组成有关．如煤焦发达的孔隙结构及 较高的铁钙含量等。
参考文献： １１］王辅臣．大规模高效气流床煤气化技术基础研究进展［Ｊ］．中国
基础科学．２００８（３）：４—１３．
摘
要：为给国内电厂燃烧国外煤提供参考，采用热重分析法研究了印尼褐煤、澳洲煤和俄罗
斯煤的着火燃烧特性，并利用ＴＧ—ＤＴＧ法确定了３种煤的着火、燃尽温度及各项燃烧特性指数。
关键词：印尼褐煤；澳洲煤；俄罗斯煤；热重；燃烧特性
中图分类号：ＴＱ５３４
文献标志码：Ａ
文章编号：１００８—８７２５（２０１５）０９—０３０２—０４
ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ
ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｉｌｉｔｙ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｄｏｎｅｓｉａ ｌｉｇｎｉｔｅ；Ａｕｓｔｒａｌｉａ ｃｏａｌ；Ｒｕｓｓｉａ ｃｏａｌ；ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ；ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｊ勺；、七：ａ电＝、ｔ备七采ｔ尔！采！象±昂！：乱‘葫‘岛！帛‘岛！癣‘裔ｔ石、宝永生；ａｏ！石、ｏ＝昂！永ｏ！昂！永！俞！岔！二＾！；ｖ＃；ｄ；—ｅ石、｝；Ｖ＃玉三石世＃—三石ｖ；ａ三石凡｝；Ｕ手ａ当石～｝；Ｖ＃彳ｅ；—ｅ＝≯
（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １０００３，Ｃｈｉｎａ；３．Ｈｕａｎｅｎｇ Ｙｕｈｕａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ，Ｔａｉｚｈｏｕ ３１７６０４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
俄罗斯煤的失水阶段则不明显．这与各样品的工业 分析结果相符。失水阶段后各样品会经历一个质量 稳定的阶段，随着温度的继续升高，样品开始急速 失重，此时样品中的挥发分析出并着火燃烧，随后 点燃固定碳，最终样品中可燃成分燃尽，质量保持 不变。
模。到２０１３年，我国共进Ｅｌ煤炭３．２７亿ｔ，对外依存
度达８．１３％，较之２０１２年的７．１１％有明显的上升。 我国的煤炭进口来源广泛．但进ＥＩ量仍集中在少数 国家。据统计，２０１３年从印度尼西亚、澳大利亚、俄 罗斯３国的进口量占煤炭进口总量的７３．７％．因此 我国沿海地区许多大型电厂都在使用这３种进口 煤．华能玉环电厂就是其中之一。本文针对该电厂
量存在差异导致的分析误差．
②可燃性指数＆
可燃性指数＆代表反应前期达到着火温度后 的反应能力，值越大可燃性越强。其表达式 ＆＝Ｋ一／砰
③着火稳燃特性指数尺。
Ｒ。为着火稳燃特性指数，值越大着火稳定性越 好。其表达式 Ｒ，，＝５６０１Ｔｉ＋６５０１瓦。＋０．２７×Ｋ～ （３）
中．灰分会在煤粒表面形成一层灰壳，阻碍氧气与
①燃烧特性指数｜ｓ及修正的综合燃烧特性指
万方数据
箜丝鲞Leabharlann Baidu鲤塑
数Ｓ
７
且种国外耀炭燃烧特性的热重实验研究——向
轶，等
Ｖ０１．３４Ｎｏ．０９
着火温度正是研究燃料燃烧的重要指标，直观 燃烧特性指数 地反映了样品的着火特性。由表３可知，各样品的Ｚ （１） 高低顺序依次大致为“澳洲煤＞俄罗斯煤＞印尼褐
式中
Ｋ。广最大燃烧速率；
Ｋ—ｌ＿一平均燃烧速率。
Ｋ。值等于ＤＴＧ曲线上的最大失重速率值，
Ｋ一值由样品从失重开始时刻到结束时刻间的失 重速率数据求平均得到。将得到的Ｋ一和Ｋ一除以
样品初始质量求得最大比燃烧速率Ｋ’。及平均比
燃烧速率Ｋ’一，并替换式（１）中的Ｋ。和Ｋ一，从而
得到修正的综合燃烧特性指数Ｓ’．Ｓ’值越大说明样
品的综合燃烧性能越好。这样可以避免样品初始质
图２样品燃烧ＤＴＧ曲线（升温速率３０℃／ｍｉｎ）
使用瑞士梅特勒一托利多公司的ＴＧ躺Ｄ．
ＴＡ８５ ｌｅ热重分析仪进行热天平实验．该分析仪的温
分析各样品的ＤＴＧ曲线．印尼褐煤有２个失重 峰，第１个失重峰代表失水过程。第２个失重峰代表 燃烧过程，最大峰值处为最大燃烧失重速率点。澳洲 煤、俄罗斯煤只有１个燃烧失重峰。印尼褐煤燃烧失 重峰出现最早，在４００℃左右达到峰值．而后是俄罗 斯煤，澳洲煤的最大燃烧失重峰最晚出现。说明印尼 褐煤更容易着火，燃烧反应活性最好；俄罗斯煤和澳 洲煤比较接近．但俄罗斯煤的着火和燃烧性能略好于
ｔｏ
ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ
ｔｏ
ｂｕｒｎ ｆｏｒｅｉｇｎ ｃｏａｌ，ｔｈｅ
ｉｇｎｉｔｉｏｎ
ａｎｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｉｎｄｏｎｅｓｉａ ｌｉｇｎｉｔｅ．Ａｕｓｔｒａｌｉａ ｃｏａｌ ａｎｄ Ｒｕｓｓｉａ ｃｏａｌ ｗｅｒｅ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｕｒｎｏｕｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｉｎｄｅｘｅｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ＴＧ—ＤＴＧ ｍｅｔｈｏｄ．
虬
ｌ－０８ １．１０ １．０８
弛 印尼褐煤１７．４１ 澳洲煤２．９６ 俄罗斯煤２．３８
匕盟盟：￡丝：芷鱼
３５．１４ ３６３６ ２１
氩
０．６９ ０．５２ ０．２１
啦
１３．１７ ６．舳 ７．４６
１鹋５ ０６２ ５３．４１
澳洲煤。这与表ｌ中３种煤的特性数据相吻合。 ２．２燃烧特性指数的计算 （１）着火温度、燃尽温度及最大燃烧失重速率 点温度 热重实验可以获得较多参数．其中最关键的是 着火温度正。关于热重实验中瓦的确定，本实验采 用最常用的ＴＧ—ＤＴＧ法。燃尽温度瓦取样品中可燃 成分消耗９８％时对应的温度。最大燃烧失重速率点
［２］谢克昌．煤的结构与反应性［Ｍ］．北京：科学出版社，２００２． ［３］任立伟，魏蕊娣，王建森．影响煤气化反应性的关键因素［Ｊ］．煤 炭技术，２０１４，３３（８）：２８２—２８４． ［４］范晓雷，杨帆，张薇，等．热解过程中煤焦微晶结构变化及其对煤焦
时删Ａ
气化反应活性的影响［Ｊ］．燃料化学学报，２００６，３４（４）：３９５－３９８． 作者简介：任立伟（１９８３一），河北馆陶人，讲师，工学博士，研究 方向：煤等含碳固体原料清洁高效利用，电子信箱：ｒｅｎｌｉｗｅｉ９１１＠１６３． ｃｏｍ：通讯作者：刘建忠． 责任编辑：赵勤收稿１５１期：２０１５—０２－０６
Ｃ。为燃尽特性指数，综合考虑了煤的着火和燃 烧稳定性等因素对燃尽的影响．值越大燃尽性能越 好。其表达式
ｃｂ－－Ａ Ｘ．尼／丁
（４）
式中＾——初始燃尽率，即着火时煤的转化率，反映
了煤的着火特性。值越大可燃性越好；
矗一后期燃尽率括Ｏ．９８－Ａ，反映了煤中碳
煤的Ｋ’一和Ｋ’一大小关系有所不同，但印尼褐煤 的Ｋ’一和Ｋ ７一始终是最大的。这是因为挥发分是
Ｓ＝Ｋ。＞ｃＫ一／正２，瓦
煤”，％也符合这个规律。正主要受煤中挥发分的
影响．挥发分含量越大，煤中的碳颗粒也就越容易 被点燃。这与表１中各样品的挥发分含量大小关系 基本一致；而俄罗斯煤的挥发分含量比澳洲煤大， 但在升温速率为５０℃／ｒｎｉｎ时的正却比澳洲煤高， 这与俄罗斯煤灰分含量最大有关。由表１可知．其 灰分含量达３２．４７％，远大于澳洲煤的２１．９５％．在煤 燃烧过程中．灰分含量过高会对煤的着火产生一定 的不利影响。 燃尽温度瓦可以直观地反映样品的燃尽性能。 各样品的瓦大致符合“澳洲煤＞俄罗斯煤＞印尼褐 煤”的规律，死主要受煤中固定碳含量的影响，固定 碳含量越大，瓦越高。这与表１中各样品的固定碳 （２） 含量大小关系吻合。但升温速率为５０ ｏＣ／ｍｉｎ时，俄 罗斯煤的瓦却高于澳洲煤，这是因为在煤燃烧过程
渐增大，当增加到一定程度时，开始逐渐减小，直到 气化反应完全。ＸＬＴ煤焦气化速率达到最大值时对 应的时间为５０ Ｓ左右。
性。如ＸＬＴ煤焦完全气化所需时间仅为３００ Ｓ，而其 他高变质程度煤焦所需时间基本在ｌ 活性应该主要归因于其物化特性。 ３结语 相比小龙潭煤．其煤焦的碳微晶结构有向有序 化演化的趋势，但其无序化程度仍较高；热解后，煤 焦表面的一些官能团消失．但仍含有一定的碳一氧 官能团．如羰基官能团和碳一氧键等；煤焦具有疏松 无序的表面结构。孔隙结构较为发达。小龙潭褐煤 焦具有较高的气化反应性。完全气化所需时间仅为
第３４卷第０９期 ２０１５年０９月
煤
炭
技
术
ｖｏｌ－３４Ｎｏ．０９ Ｓｅｐ．２０１５
Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｄｏｉ：ｌＯ．１３３０１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｅｔ．２０１５．０９．１１５
几种国外燥炭燃烧特性的燕重实验研究
向轶１。裘立春：。洪道文，。常毅君３，赵琛杰，，刘建忠Ｉ．周俊虎，
（１．浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，杭州３１００２７；２．浙江浙能技术研究院有限公司，杭州３１０００３； ３．华能玉环电厂，浙江台州３１７６０４）
（２）燃烧特性指数 ＴＧ—ＤＴＧ曲线特征点只能反映煤的部分燃烧特 性，为了全面掌握整个着火、燃烧和燃尽过程，需要 对ＴＧ—ＤＴＧ曲线的特征点进行分析．从而得出一系 列的评价燃烧特性的指数．
ＴＧ—ＤＴＧ曲线分析 对印尼褐煤、澳洲煤、俄罗斯煤分别进行了热
重实验。并取升温速率为３０ ｏＣ／ｍｉｎ时得到的结果． 如图１、图２所示。分析各样品的ＴＧ曲线．发现印 尼褐煤在热失重的初期有一个失重阶段．这是由水 分的蒸发引起的，该过程在１５０℃内完成。澳洲煤、
２６．０２ ４９．０７ ２５ ０１８ ５ ９８３ ６３．２９ ２８．４５ ３６．７０ ２１ ５６９ ５ １５８ ５３．０４
表２实验工况和目的
印尼褐煤 澳洲煤 俄罗斯煤
兰兰鲎釜茎鲎！竖！置董
１０ ３０ ５０ １０ １００ ３０－９００
分析煤种
对着火燃
烧的影响
２实验结果讨论
２．１
温度‰即ＤＴＧ曲线最大峰值点对应的温度。
（ｂ）气化速率随时间的变化 图４ ＸＬＴ煤焦的Ｃ０２气化反应性
对比文献已有的报道可知，ＸＬＴ褐煤焦的气化 反应性要明显高于其他烟煤／无烟煤焦的气化反应
万方数据
０引言 随着国内煤炭需求量的增加和国际能源市场 的变化．近年来我国煤炭进口量开始迅速增长，并 已成为世界上最大的煤炭进口国。考虑到国内传统 煤田资源储备量的减少及国外煤价的大幅下跌。预 计在２０２０年之前我国的煤炭进口仍保持相当规