煤焦燃烧特性及反应活性探究_董爱霞
煤焦燃烧特性及反应活性探究_董爱霞
董爱霞等： 煤焦燃烧特性及反应活性探究
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煤炭燃烧
据统计，目前中国褐煤的资源量将近 3200 亿 t， 占中国煤炭资源总量的 5. 74% ，褐煤探明资源量将 近 13 亿 t，占全国探明资源量的 13% 左右［1 － 3］。然
物煤焦的结 构，进 而 影 响 煤 焦 的 反 应 活 性，国 内 外 研究者对此研究做得也较多［7 － 17］。本文着重研究
于褐煤在直接燃烧过程中随烟道气粉尘带出量大， 重分析技术，利用 TG － DTG 曲线外推法［26］以及相关 会造成严重的环境污染，使其热利用率降低。因此 公式［27］，对煤焦的燃烧特性进行相关分析。
需要在利用前对褐煤进行提质处理。目前对褐煤 进行提质 的 技 术 主 要 有 洗 选、干 燥 提 质 及 热 解 提 质［5 － 6］。一般利用褐煤时，需先对其进行干燥提质
型管式电阻炉制备焦炭。选取适量的煤样，置于石 英管内，并放置在管式炉恒温段，在高纯氮气（ 100 mL / min） 气氛下以 10 K / min 的升温速率升温至不 同的终温，并停留 30 min。制得的焦炭样品在高纯 氮气气氛下冷却至室温，将焦炭样品磨碎至粒径小 于 0. 154 mm，并保存在 105 ℃ 的干燥箱中备用。表 2 为半焦样品的制取过程。
《洁净煤技术》2013 年第 19 卷第 1 期
煤炭燃烧
段。这主要是由于实验中制焦温度相对较高，停留 时间较长，样品中的挥发分析出比较充分。
图 1 不同终温的半焦转化率和 DTG 曲线
根据整个燃烧过程，在焦炭样品燃烧特性曲线 上定义了以下几个特征参数。其中 Ti 为着火温度， 采用 TG － DTG 法［28］确定，即 DTG 曲线上过峰值点 作垂线与 TG 曲线相交于一点，过该点作 TG 曲线的
《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、引言煤炭自燃是煤炭在开采、运输、储存等过程中常见的灾害现象，对煤矿安全生产和环境造成了严重影响。
煤自燃倾向性鉴定是预防和控制煤炭自燃的重要手段之一。
目前，煤自燃倾向性鉴定主要采用实验室测试方法，其中差示扫描量热法（DSC）因其高灵敏度和高分辨率而被广泛应用于煤自燃倾向性的鉴定。
本文旨在通过基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验研究，深入探讨煤自燃的机理，为煤炭安全储存和预防煤自燃提供科学依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料实验所用煤样采自不同矿区，经过粉碎、筛分等处理后得到。
同时，为保证实验数据的可靠性，需对煤样进行干燥处理，以消除水分对实验结果的影响。
2. 实验方法本实验采用DSC法进行煤自燃倾向性鉴定。
DSC法是通过测量物质在加热过程中的热流变化，从而得到物质的热力学参数，如反应热、反应焓等。
在煤自燃倾向性鉴定中，通过DSC法可以测量煤样在加热过程中的氧化放热速率，从而判断煤的自燃倾向性。
具体实验步骤如下：（1）将煤样置于DSC仪器中，设置实验温度范围和升温速率；（2）记录煤样在加热过程中的热流变化；（3）分析热流变化数据，计算煤样的氧化放热速率；（4）根据氧化放热速率判断煤的自燃倾向性。
三、实验结果与分析1. 实验结果通过DSC法对不同矿区的煤样进行自燃倾向性鉴定，得到了各煤样的氧化放热速率。
结果表明，不同矿区的煤样在自燃倾向性上存在差异。
2. 结果分析（1）煤的自燃倾向性与煤的化学组成、物理性质、环境条件等因素密切相关。
DSC法可以通过测量煤样在加热过程中的氧化放热速率，反映煤样的化学反应活性，从而判断煤的自燃倾向性。
（2）本实验结果表明，不同矿区的煤样在自燃倾向性上存在差异，这可能与煤的化学组成、物理性质、环境条件等因素有关。
因此，在煤炭的储存、运输等过程中，应根据煤的自燃倾向性采取相应的安全措施，以防止煤炭自燃事故的发生。
（3）DSC法具有高灵敏度和高分辨率，能够准确测量煤样在加热过程中的热流变化，为煤自燃倾向性鉴定提供了可靠的手段。
高温煤焦颗粒的物理化学结构及燃烧特性
0引 言
煤 燃 烧 过 程 通 常 分 为 三 个 阶 段 :煤 的 快 速 热 解 、 挥发分的燃烧和焦炭的燃烧。由于焦炭中挥发分含 量很低,存在着 火 困 难 和 燃 尽 率 低 等 问 题[1-4],煤 的 燃烧速 度 和 燃 尽 程 度 主 要 取 决 于 焦 炭 的 燃 烧 阶 段 。 [5] 因此,研究 煤 焦 的 燃 烧 过 程 对 于 实 际 燃 煤 锅 炉设计以及运行 具 有 重 要 意 义。 根 据 温 度 不 同,热 解技术可分为三种类型:低温热解(≤650 ℃)、中 温 热解(650 ℃ ~800 ℃)、高 温 热 解(>800 ℃),热 解 后 产 生 的 半 焦 分 别 为 低 温 热 解 半 焦 、中 温 热 解 半 焦 、 高温热解半焦[6],对于中低温半焦的燃烧反应特 性, 已有大量文献报道。刘典福等 利 [7] 用热重分析仪 研
究了制焦温度(500 ℃~700 ℃)对 陕 西 烟 煤 半 焦 燃 烧 特 性 的 影 响 ,结 果 发 现 随 着 制 焦 温 度 升 高 ,所 得 半 焦的着火温 度 上 升,燃 烧 活 化 能 增 加。 马 淞 江 等[8] 研究了在400 ℃~800 ℃热解条件下以褐煤为原料 制 得 半 焦 的 燃 烧 性 能 ,发 现 了 类 似 结 果 ,即 随 热 解 温 度 升 高 和 热 解 时 间 延 长,半 焦 的 燃 烧 性 能 变 差。 LIUetal[9]研究发现,在600 ℃~1200 ℃热解温度 范围内以低阶烟煤为原料制备的半焦的燃烧反应性 随着热解 温 度 升 高 呈 现 出 先 降 低 后 升 高 的 变 化 趋 势 。 综 合 文 献 发 现 ,有 关 半 焦 燃 烧 特 性 的 研 究 ,大 多 局限在1000 ℃ 以 下 制 备 的 半 焦。 在 实 际 煤 燃 烧 (如煤粉燃烧锅炉 和 工 业 煤 粉 炉 中 煤 燃 烧)过 程 中, 煤焦燃烧温度高达1000 ℃~1500 ℃ 。 [10] 在 这 些 燃烧过程中生成的半焦与前人所使用的1000 ℃以
浑源煤焦的CO2气化特性研究
浑源煤焦 的 Ｃ Ｏ２气 化 特 性 研 究
陈鸿伟 ，吴 亮 ，高 松 ，韩 亮，索新 良
O_2_CO_2气氛下煤焦燃烧反应动力学特性试验研究
进行了 O2 /CO2 气氛与
烧 , O2 /CO2 气氛下 NOx 排放是常规空气燃烧的
25%
[ 1, 2 ]
O2 /N2 气氛对比的热重分析 , 应用经典随机成核
; 在 CANM ETCETC 的试验系统上发现随
[ 3, 4 ]
模型试算出了试验煤焦的反应动力学参数 , 樊越 胜
[9]
着送风中氧量的增大 , 炉内火焰温度会提高 王宏
其他气氛也有相同的结果反应模型积分形式不成立其随机行走的规律满足式一维扩散二维扩散三维扩散球对称随机核化模型收缩核模型柱对称收缩核模型球对称其中与反应介质的分形结构有关klymko等发现反应速率常数与反应介质上的随机行走行为有关可表示为所以在分形反应介质上速度常数满足下式并且这一结果得到了大量计算机模拟的证实上式括号中的部分可以根据试验采集数据从热重曲线中求出因此通过作图可以求得活化能时间效应动力学分析煤焦的燃烧受外部及内部多种因素的影响煤焦表面粗糙不平煤焦内部具有丰富的孔结构并且已有的研究表明了煤焦具有分形特性因此其化学反应应遵循分形反应动力学分形反应动力学与经典动力学最大的不同在于考虑了介质在采用时间效应修正后煤焦程序升温收缩核模型燃烧速率表示为12则变形为200937122108线性相关性更好
[ 5, 6 ]
;
等对空气和不同氧气掺比气氛下不同粒径
[ 10 ]
等人在卧式管式电炉上 ,对 O2 /CO2 气氛
煤粉进行了热重试验 , 主要分析了煤粉粒径对不 同氧体积的反应 。李庆钊 、 牛胜利
[ 11 ]
和空气下堆积状态煤粉在 700 ～ 1 000 ℃时 NOx 和 SO2 的释放特性进行了研究 。由于燃烧气氛的 改变 ,如上所述煤的燃烧特性发生了很大的变化 , 其燃烧动力学也不同于常规空气下 。经典燃烧动 力学是在空气下燃烧结合试验数据分析整理得到
不同品质煤的着火动力学参数研究
不同品质煤的着火动力学参数研究今天，煤是我国能源结构中的主要来源。
从应用角度来看，不同品质的煤在经过表观活化处理后具有不同的性能，因此，详细探讨不同品质煤着火动力学参数对煤的热性能和结构性能具有重要意义。
首先，根据国内外资料，可以知道，不同品质的煤的物理性质和化学性质的差异较大，将影响其着火性能。
因此，研究多种品质煤的着火性能参数，能准确地反映其着火特性，是理解煤着火特性和消除煤火灾风险的重要研究课题。
其次，要研究不同品质煤的着火特性，首先必须针对不同的品质煤，测定其着火动力学参数。
首先，可以使用西谙热量激活实验法测定煤样品的自燃温度，以及热容量、密度和灰分等物理性质，以了解煤的物理特性；其次，使用MethCheck实验法可以定量分析煤及其煤渣样品的有机组分；最后，可以使用穿透电子显微镜和X射线能谱仪结合化学分析仪研究煤样品的结构特征。
最后，针对不同品质的煤，采用室温至高温条件下的热量激活实验，结合多种着火动力学实验，研究不同品质煤的着火特性，探讨其着火动力学参数，如易燃温度、热容、反应活性、反应速率、冒烟温度、烟气组成及比热等。
这些参数对于提高我国煤炭的利用效率，减少火灾风险具有重要意义。
综上所述，不同品质煤的着火动力学参数研究具有重要的理论和实践意义，研究该课题有助于改善我国煤炭的利用效率，提高煤炭的安全性，减少火灾的发生。
只有通过不断的实验研究，才能进一步研究多种品质煤的热性能和结构性能，使我国的煤炭质量得到提高，生产安全高效。
关于不同品质煤的着火动力学参数研究，也在不断发展。
科学家通过实验，发现不同品质煤具有不同的着火特性；通过仿真分析，可以发现煤着火过程中各种因素之间的关系；通过大量实验，可以找出影响不同品质煤着火特性的关键参数，并设计出更安全、高效的煤炭利用方式。
另外，多年来，我国煤炭工业安全稳定发展，充分利用煤炭资源，稳步推进煤炭结构性改革，为可持续利用煤炭提供了强有力的保障。
以上就是本文关于“不同品质煤的着火动力学参数研究”的研究内容。
绝热氧化法研究煤的自燃特性
绝热氧化法研究煤的自燃特性
陆 伟, 王德明, 周福宝, 戴广龙, 李增华
(中国矿业大学 能源与安全工程学院, 江苏 徐州 221008)
摘要: 介绍了一种绝热氧化实验设备及其实验方法, 利用该设备测试了 3 种煤样的低温氧化自 热升温过程, 成功实现了 100 g 左右小煤样的煤自然发火过程模拟试验研究, 获得了煤在绝热状 态下的氧化升温曲线, 建立了煤的绝热氧化产热量计算的数学模型, 对实验过程中煤在绝热条件 下的氧化产热量进行了计算, 获得了不同温度段煤的绝热氧化升温速率和产热速率. 关键词: 煤; 绝热氧化; 自然发火; 升温速率; 产热速率 中图分类号: O 643. 2+ 1; TD 82 文献标识码: A
wwwcnkinet绝热氧化法研究煤的自燃特性21510并在氮气保护状态下从105降低到到实验起始温度时立即将氮气换为干空气将干空气流量调节为同时将炉膛的温度控制方式设置为1跟踪温度控制方式使炉膛内的温度始终比绝热煤样罐内煤样温度低跟踪煤样的温度一是为了更好地对煤样绝热二是气体通过气体预热铜管预热通入到绝热煤样罐中的干空采取1跟踪而不等温跟踪是为了防止环境温度波动而将环境热量带入到煤样中
Abstract: A n ad iaba t ic ox ida t ion equ ipm en t and the exp erim en ta l m ethod w ere in t roduced. T he spon taneou s com bu st ion p rocess of th ree coa l sam p les w a s stud ied w ith ad iaba t ic ox ida t ion u s2 ing th is equ ipm en t. It w a s successfu l to rea lize the sim u la t ion of spon taneou s com bu st ion of coa l w ith 100 g sam p le and get a tem p era tu re cu rve under idea l ad iaba t ic cond it ion. T he m a the2 m a t ic m odel of ad iaba t ic ox ida t ion w a s bu ilt. A cco rd ing to the m odel and the test da ta, the tem p era tu re rise ra te and genera t ing hea t of d ifferen t tem p era tu re sect ion s w ere ob ta ined. Key words: coa l; ad iaba t ic ox ida t ion; spon taneou s com bu st ion; tem p era tu re rise ra te; genera t2 ing hea t ra te
不同热分析法解算煤自燃活化能的比较研究
不同热分析法解算煤自燃活化能的比较研究阳富强;刘晓霞【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2016(043)005【摘要】为了准确计算煤自燃的活化能值,以作为科学划分煤自燃倾向性等级的判定指标,采用Coats-Redfern法、Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger法、Starink 法、Fridman法等5种分析方法,分别对某矿区煤热分解反应过程的热分析数据进行处理,求解出相应的活化能,依次为37.788、30.222、23.511、24.237、27.288 kJ/mol;进一步对各种方法的适用范围和优缺点进行了比较.研究结果表明:Coats-Redfern法需要对煤自燃的反应机理函数进行假设;Flynn-Wall-Ozawa法适用于E/RT》 13的条件,避开了因反应机理函数不同而引起的误差;Kissinger法只适用于反应机理函数为f(a)=(1-a)n的反应;Starink法的精确度比Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法的精确度高.【总页数】5页(P9-13)【作者】阳富强;刘晓霞【作者单位】福州大学环境与资源学院,福建福州350116;福州大学环境与资源学院,福建福州350116【正文语种】中文【中图分类】TD75+2.2;X93【相关文献】1.差热分析法测定固体AgI的电导活化能和相转变熵 [J], 辛红;郭飞君2.用差热分析法(DTA)测定市售安乃近片开环表观活化能及纯度分析 [J], 白玮;田凯;叶艳青;肯生叶;刘满红3.差热分析法测定β—环糊精与甲基橙包络物分解反应活化能 [J], 陈培丰;张晓勤4.差热分析法测定固体AgI的电导活化能和相转变熵 [J], 王晓菊;李晓莉5.不同甲烷气氛下煤自燃指标气体及活化能研究 [J], 郝宇; 叶正亮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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收稿日期： 2012 － 08 － 09 责任编辑： 宫在芹 基金项目： 国家科技支撑计划资助项目（ 2012BAA04B01） 作者简介： 董爱霞（ 1988—） ，女，山西宁武人，在读硕士研究生，研究方向为褐煤干燥脱水提质。通讯作者： 张守玉（ 1971—） ，男，吉林集安
人，上海理工大学热能工程研究所教授，硕士生导师，研究方向为低阶煤提质； 煤炭热解、气化、燃烧； 生物质及固体废弃物能源 转化，E-mail： zhangsy － guo@ 163． com。 引用格式： 董爱霞，张守玉，王 健，等． 煤焦燃烧特性及反应活性探究［J］． 洁净煤技术，2013，19（ 1） ： 87 － 91，120．
摘要： 中国褐煤资源丰富，然而由于褐煤自身特点使其应用受到了极大的限制。针对中 国褐煤应用最广的途径———燃烧，借助热重分析仪对不同热解终温的褐煤半焦及热解终温为 1273 K 的褐煤半焦与原煤的混合燃料的燃烧特性进行了分析。并利用 Coats － Redfern 法进行 了燃烧动力学的分析，通过求得的表观活化能表征煤焦的燃烧反应活性。研究发现: 热解终 温越高，煤焦的燃烧特性越差; 掺混褐煤有助于提高其半焦的燃烧特性，而掺混燃料的燃烧稳 定性几乎和原煤无差别，且随着掺混比例的增加，混合燃料的活化能逐渐增大，越不易点燃， 掺混半焦对燃料的燃烧特性和反应活性都有影响。相同制备条件下的烟煤半焦和褐煤半焦 的燃烧动力学参数尤其是活化能相差很大，可见煤焦的燃烧反应活性与煤种有关。
型管式电阻炉制备焦炭。选取适量的煤样，置于石 英管内，并放置在管式炉恒温段，在高纯氮气（ 100 mL / min） 气氛下以 10 K / min 的升温速率升温至不 同的终温，并停留 30 min。制得的焦炭样品在高纯 氮气气氛下冷却至室温，将焦炭样品磨碎至粒径小 于 0. 154 mm，并保存在 105 ℃ 的干燥箱中备用。表 2 为半焦样品的制取过程。
表 2 半焦样品的制取
焦样
制焦原样
热解温 度/K
热解升温速率 / （ K·min － 1 ）
热解 气氛
A1 锡林郭勒褐煤
1273
10
N2
A2 锡林郭勒褐煤
1173
10
N2
A3 锡林郭勒褐煤
1073
10
N2
A4
平朔烟煤
1273
10
N2
1． 3 氧化实验 实验使用北京恒久科学仪器厂的 HCT 系列差
热分析仪对焦炭样品进行氧化实验。将 10 mg 左右 的焦炭均匀地放入 Al2 O3 坩埚中，并置于热重分析
不同的热解终温及将半焦与原煤混烧对燃料的燃
而，由于褐煤具有水分含量高（ 30% ～ 50% ） ，灰分含量 高（ 15% ～ 30% ） ，发热量低（ 12. 56 ～ 14. 65 MJ / kg）
烧特性及反应活性的影响。表征煤焦反应活性的方 法有很多［18 － 21］，其中有关煤焦气化反应活性的居多。
《洁净煤技术》2013 年第 19 卷第 1 期
煤炭燃烧
段。这主要是由于实验中制焦温度相对较高，停留 时间较长，样品中的挥发分析出比较充分。
图 1 不同终温的半焦转化率和 DTG 曲线
根据整个燃烧过程，在焦炭样品燃烧特性曲线 上定义了以下几个特征参数。其中 Ti 为着火温度， 采用 TG － DTG 法［28］确定，即 DTG 曲线上过峰值点 作垂线与 TG 曲线相交于一点，过该点作 TG 曲线的
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仪的加热炉内，反应气氛为 O2 和 N2 的混合气体，其 中氧气体积分数为 10% ，气体总流量为 70 mL / min。 以 10 K / min 的升温速率升温至 1273 K，停止加热， 然后在保护气体气氛下冷却至室温。
2 实验结果与分析
2． 1 不同终温褐煤半焦燃烧实验结果和分析 图 1 为不同热解终温下褐煤煤焦的转化率和
DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2013.01.002
煤炭燃烧
煤焦燃烧特性及反应活性探究
董爱霞1 ，张守玉1 ，王 健1 ，郭 熙1 ，陈 川1 ， 熊绍武1 ，吕俊复2 ，丁艳军2 ，董建勋3
（ 1． 上海理工大学 能源与动力工程学院 热能工程研究所，上海 200093； 2． 清华大学 热能工程系，北京 100084； 3． 中电投蒙东能源集团有限责任公司，内蒙古 通辽 028000）
等特性，且易风化崩碎和氧化自燃，不适于远途运 对于煤焦的燃烧反应活性的表征，利用 Coats － Red-
输（ 300 km 以内） ，使其利用受到了极大的限制。
fern 法［22 －23］进行燃烧动力学的分析，通过求得的表
目前，中国褐煤大多用于坑口电厂燃烧［4］。由 观活化能来表征煤焦的反应活性［24 －25］。另外借助热
锡林郭勒褐煤 平朔烟煤
19. 44 2. 16
15. 48 31. 26
31. 13 29. 21
33. 95 37. 37
47. 71 52. 05
1. 94 3. 07
14. 26 8. 31
0. 85 0. 79
0. 33 2. 36
10. 93 19. 83
1． 2 制焦实验 实验使用上海意丰 电 炉 厂 生 产 的 SK2 － 1300
于褐煤在直接燃烧过程中随烟道气粉尘带出量大， 重分析技术，利用 TG － DTG 曲线外推法［26］以及相关 会造成严重的环境污染，使其热利用率降低。因此 公式［27］，对煤焦的燃烧特性进行相关分析。
需要在利用前对褐煤进行提质处理。目前对褐煤 进行提质 的 技 术 主 要 有 洗 选、干 燥 提 质 及 热 解 提 质［5 － 6］。一般利用褐煤时，需先对其进行干燥提质
Abstract： China is abundant in lignite，while its application is greatly limited by its characteristics． With the help of thermal gravimetric analyzer，study the reaction activity of chars． Analyse the combustion characteristics of blended fuel combining char whose pyrolysis final temperature is 1273 K and raw coal with different proportion． Analyse the combustion kinetics with Coats － Redfern method． The combustion reactivity of char can be charactered by the apparent activation energy． The results show that，the char reaction activity decreass with the increase of final temperature of pyrolysis，the added lignite help increase the combustion characteristics of char，while compared with the raw coal，the combustion stability of blended fuel change little． Continue to increase the ratio of lignite，the activation energy of blended fuel gradually increase，it become harder to light． The added lignite influence the combustion characteristics and reactivity of blended fuel． Under the same preparation condition，the combustion kinetic index of bituminous coal char and lignite char vary widely． That indicate that，the combustion reaction activity is related to the coal type． Key words： lignite； char； combustion reaction activity； combustion characteristic
温速率、在热解终温下的停留时间，会明显影响产
燥 5 ～ 6 h，并放入干燥皿备用。
表 1 样品的工业分析和元素分析
煤种
工业分析 /%
元素分析 /%
Qnet，v，ad /
Mad
Aad
Vad
FCad
ω（ Cad ）
ω（ Had ）
ω（ Oad ）
ω（ Nad ）
ω（ St，ad ）
（ MJ·kg － 1 ）
1 实验部分
1． 1 样品选择及原料制备
和热解提质，然后再将提质后的焦炭用于燃烧。因
选用内蒙古锡林郭勒褐煤和平朔烟煤为实验
此，研究提质后褐煤的燃烧特性和反应活性具有重 样本，表 1 为样品的工业分析和元素分析。磨碎并