动力煤配混特性及其矿物质对配煤燃烧特性的影响

动力煤配混特性及其矿物质对配煤燃烧特性的影响

摘要：动力配煤是有效利用我国煤炭资源的合理途径，具有显著的经济效益和

社会效益。本文系统研究了配煤煤质指标与参配单煤间的关系，并对矿物质对配

煤燃烧特性和燃烧动力学的影响作了较为全面和详细的研究，这对我国配煤煤质

的准确预测和燃煤锅炉的安全、稳定运行提供了一定的理论支撑和实际指导。鉴

于此，本文就动力煤配混特性及其矿物质对配煤燃烧特性的影响展开探讨，以期

为相关工作起到参考作用。

关键词：配煤；矿物质；热重；脱矿；燃烧特性

1、动力配煤的主要方式

1.1、仓混式

仓混式配煤是将两种及以上不同煤种或质量的煤按一定比例在煤仓内混合，

此种混煤仓一般有多个仓室，不同的煤存放在不同的仓室内，使用时按设置好的

比例取出混合。仓混式配煤系统具有占地面积小、操作简单、方便等优点，但受

混煤仓内空间的限制，一般混煤量较小，不适合大型锅炉供煤。

1.2、带混式

带混式配煤是将两种及以上不同煤种或质量的煤按一定比例从不同的煤堆上

取出并置于一条输送皮带上，以使不同的煤在皮带运动过程中完成混合。此种配

煤方式对煤质变化的适应性强，只要调节不同煤堆的输送量就可达到煤质调节的

效果，但所需皮带较多，系统较为复杂。

1.3、床混式

床混式配煤是将不同的煤在配煤场中分层堆放，使用时由取煤机纵向取煤，

煤堆分层的数量以及均匀性决定了混煤的均匀程度。这种混煤方式可大量持续进行，易操作，符合用煤量大的用户燃煤供给，但对煤质变化的反应性较差，必须

及时准确地掌握不同分层煤的质量变化，以调整配煤的比例。

1.4、炉内直接混合

炉内直接混合是将不同的煤在燃煤锅炉的不同位置输入，例如将高变质程度

的煤从燃烧器上部输入，而低变质程度的煤从燃烧器下部送入，这样同时保证了

高阶煤的高温着火条件和低阶煤的低温着火条件，有利于燃料的燃烧和燃尽。这

种混煤方式需要对燃烧器结构特征有详细的了解和较高的管理运行水平。

2、煤中的矿物质分类

煤中的矿物质分为以下四类：

2.1、原生矿物

这些矿物存在于成煤植物本身内，是植物在生长过程中吸收并用以进行新陈

代谢的矿物，主要是碱金属及碱土金属的盐类，如钾、钠、钙、镁等的盐类。煤

中的原生矿物质是与有机质紧密结合在一起的，呈细分散分布，一般机械方法无

法去除。这类矿物在煤中含量很少，只有1%-2%。

2.2、同生矿物

这类矿物是在成煤过程中由风和流水带来并沉积下来的碎屑物质如石英等，

以及由于各种物理、化学、生物作用所形成的矿物如方解石、高岭石、硫铁矿等，在煤中以矿物夹层、包裹体、结核状赋存，并与煤紧密共伴生。

2.3、后生矿物

是在煤层形成后由于地下水的活动以及岩浆热液的侵入形成的方解石、石英、石膏等，多呈薄膜状嵌布在煤中。

2.4、外来矿物

是在采煤过程中混入煤中的顶、底板以及夹矸层中的矸石。外来矿物的主要

成分是SiO2、Al2O3、CaSO4、CaCO3、FeS2等，一般密度较大，用一般的选煤方

法即可将其从煤中分离。

3、矿物质对配煤燃烧特性的影响

3.1、内在矿物对挥发分析出特性的影响

脱矿后：（1）除BYH褐煤外，不同单煤及配煤的挥发分初析点Ts均显著增加，最大增加值达到32.2℃；而BYH褐煤的挥发分初析温度却由333.1℃提前至289.4℃，降低43.7℃；（2）各单煤的挥发分最大释放速率(DTG)max均增大，最

小增幅0.0185%/min，最大增幅0.3436%/min；而配煤由于不同煤种的相互影响，其挥发分最大释放速率并无明显规律；（3）除BYH褐煤外，不同单煤及配煤的

挥发分释放峰值温度Ti均降低，其中高变质程度的SX无烟煤、HC瘦煤分别降低46.0℃和162.6℃，降幅显著，ZJ气煤和SD不粘煤基本不变，而BYH褐煤的峰值

温度反而增加9.2℃；（4）由高阶煤和低阶煤配混得到的高低阶配煤其挥发分释

放特性与高阶煤类似。

造成上述现象的原因是由于：（1）在温度主导的挥发分释放前期，高阶单

煤及其配煤的变质程度较高，挥发分析出需要的能量也较高，但在一定温度下，

内在矿物由于本身的吸热和对煤粒的分散而表现的热阻碍作用已不再占主导低位，其良好的导热性反而成为主要作用，在相同的时间内比煤中的有机质可传递更多

的热量，因而降低了高阶煤及其配煤的挥发分初析温度；而内部孔隙丰富的低阶

褐煤由于热解温度较低，内在矿物主要表现为吸热效应和热传导阻碍作用，减少

并阻碍了煤有机质可接受的热量，使其挥发分初析温度由289.4℃延后至333.1℃；（2）在扩散作用主导的挥发分释放中后期，内在矿物的存在主要表现为对高阶

单煤及其配煤挥发分释放的阻碍作用，使挥发分最大释放速率减小，峰值温度升高；对于低阶褐煤，其挥发分释放的中后期温度相当于高阶无烟煤、烟煤挥发分

释放的前期，此时内在矿物的导热效应占主导，使挥发分释放的峰值温度降低

9.2℃；（3）高低阶配煤的挥发分释放特性则主要表现为高阶煤的性质。

3.2、矿物质对配煤着火特性的影响

煤的着火必须具备以下两个条件：（1）达到着火点；（2）有充足的氧气。

在空气气氛下，煤的着火点反映了煤开始稳定燃烧时的温度，是判定煤燃烧难易

程度重要指标。一般煤的着火点越低，越易燃烧，煤燃烧所需的活化能越低，反

之则不易燃烧，煤燃烧所需活化能高。国内学者普遍采用TG-DTG法确定着火点，其原理是过微熵热重曲线（DTG）上的峰值温度作垂线与热重曲线（TG）相交，

并经过此交点作切线与TG曲线开始失重点的切线相交于一点，这点对应的温度

即为着火点。这种方法在确定DTG曲线上的开始失重点时受仪器灵敏度及人为因

素的误差影响较大，所确定的开始失重点并不唯一。国外学者Steel等采用DTGA 法，即将DTG曲线上开始迅速失重的点作为着火点，该点的判定有0.1mg/min和0.1%/min两种方法，由于不同的仪器测定所需样品量不同，显然以0.1%/min作

为开始失重点更为科学，在国际上得到广泛应用，因此，本文采用DTGA法中以0.1%/min作为开始失重点的方法判定煤的着火点。

3.3、内在矿物质对配煤燃烧过程的影响

SX煤、HC煤以及SX与HC配煤脱矿后的燃烧转化率?在整个煤燃烧过程中均

高于原煤，与其对应的燃烧速率?在煤燃烧前期和中期具有相同的规律；脱矿后，单煤及配煤的燃烧速率?在燃烧后期趋势发生变化，转而低于原煤的，这是由于