超细化煤粉燃烧特性的研究

图 4 Tmax与颗粒粒径的关系 Fig. 4 Relation bet ween Tmax with particles diameter
本文试验的对象是处于相对静态下的煤粉团 , 从图 3 中可以明显看出合山 、晋城两种煤的 4 种煤 样表现出相同的趋势 ,即 :随着煤样粒径的减小 ,其 着火提前 ,着火温度随之降低渐趋明显 ,尤其是合山 (10. 90) 与晋城 (19. 30) 两种超细化煤样此种趋势更 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析出与 煤颗粒的非均相着火 。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 。
第 20 卷 第 6 期 2000 年 6 月
中 国 电 机 工 程 学 报 Proceedings of t he CSEE
Vol. 20 No. 6 J un. 2000
文章编号 :025828013 (2000) 0620071204
超细化煤粉燃烧特性的研究
姜秀民1 , 李巨斌1 , 邱健荣2
特点 ,就是煤样中易燃部分与难燃部分的燃烧曲线
有明显的分界点 ,分别如图 1 中 A 点与图 2 中的 B
点所示 。说明煤粉经过超细化后 ,煤中挥发分析出 、
着火明显提前 ,从而提高了煤中易燃物质的整体燃
烧速率 ,致使 T G 曲线上的易燃部分与难燃部分有
明显的分界点 。
3. 2 煤粉细化 、超细化对着火特性的影响
本文采用由德国 N ETZSCH 公司生产的 STA 409C 型热天平对合山煤 ( Hs) 、晋城煤 (Jc) 各 4 种不 同粒径煤样进行了燃烧特性分析 ,试验结果表明 ,煤 粉经过超细化后 ,其燃烧特性有明显的改善 。
2 试验设备及试验说明
将采集的合山与晋城煤经过洗涤、干燥 、碾磨后 制成分析煤样 。应用 L ECO CHN 600 型元素分析 仪测定两种煤中碳 、氢和氮 3 种元素 ,用定硫仪测定 硫元素的含量 ,氧元素的含量由差减法求得 。采用 L ECO MAC 500 型煤质分析仪在规定的温度状况 和加热速率下进行工业分析 ,得到煤中水分 、挥发 分 、灰分以及固定碳的含量 。合山 、晋城煤的工业分 析与元素分析如表 1 所示 。各取一定量的两种煤经 过超细化粉碎 ,分别制成 4 种粒度不同的试验煤样 。
KEY WORDS : micro2pulverized coal ; particle size ; combustion characteristics ; t hermal analysis 摘要 :超细化煤粉 (0220μm) 燃烧是一种新兴的煤粉燃烧方 式 。它与常规煤粉燃烧方式相比有稳燃效果好 、燃烧效率 高 、低 NOx 污染以及综合经济性高等优点 。本文采用由德 国 N ETZSCH 公司生产的 STA 409C 型热天平 ,在温升速度 均为 20 ℃/ min 、试验煤样的质量基本相同以及其它试验条 件相同的情况下 ,对合山煤 、晋城煤各四种不同粒径煤样进 行了燃烧特性分析 。试验结果表明 ,煤粉经过超细化后 ,其 燃烧特性有明显的改善 。
关键词 :超细化煤粉 ; 颗粒粒度 ; 燃烧特性 ; 热分析
中图分类号 : TQ534 文献标识码 :A
1 引言
长期以来 ,颗粒粒度对煤粉燃烧机理的影响一 直受到煤燃烧领域专家 、学者的广泛关注 。尤其近
基金项目 :煤燃烧国家重点实验室开放基金资助项目 (9803) 与 国家电力 公 司 东 北 分 公 司 电 力 工 业 重 点 科 技 项 目 基 金 资 助 项 目 (96 HB202) 。
(1. 东北电力学院 ,吉林省 吉林市 132012 ; 2. 华中理工大学 ,湖北省 武汉市 430074)
STUDY ON COMBUSTION CHARACTERISTIC OF MICRO2PUL VERIZED COAL
J IAN G Xiu2min1 , L I J u2bin1 , Q IU J ian2rong2 (1. Nort heast China Instit ute of Elect ric Power Engineering ,J ilin 132012 ,China ;
N ad/ % 0. 64 0. 99
S ad/ % 4. 79 0. 25
平均粒径/μm 质量/ mg
表 2 试验煤样的颗粒粒度及质量 Tab. 2 Average particle size and weight of testing coal sample
合 山
晋 城
10. 90 23. 3
几年来 ,超细化煤粉 (0～20μm) 燃烧方式的提出为 人们重新认识颗粒粒度对煤粉燃烧机理的影响提供 了崭新的视角 。M. Nakamura 等人在日本 Chubu 电 站的单机容量为 700 MW 机组上进行了超细化煤粉 燃烧工业试验 ,发现以超细化煤粉为燃料其飞灰中 可燃物质残留量与 NOX 气体生成量要远小于常规 煤粉 。同时对比了超细化煤粉与常规煤粉为燃料的 电站综合经济性指标 ,结果单机容量为 700 MW 电 站锅炉应用超细化煤粉可按年 1. 7 ＄/ kW 的比率减 少运行费用[1 ] 。超细化煤粉燃烧方式与常规煤粉 燃烧 方 式 相 比 具 有 稳 燃 效 果 好 、燃 烧 效 率 高 、低 NOx 污染以及综合经济性高等优点 。
23. 92 23. 1
30. 35 23. 2
57. 40 23. 3
19. 30 23. 2
31. 45 23. 2
48. 85 23. 3
83. 77 23. 2
在 STA 409C 型热天平上对各试验煤样进行燃 烧特性试验时 ,温升速率均为 20 ℃/ min 、所用气体 为 O2 ,气体流量均为 70 ml/ min ,试验煤样的质量基 本相同 ,见表 2 ,其它试验条件相同 。
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实验条件的差异得出的结论也不尽一致 。目前 ,较 为公认的观点是 :对于单颗粒的煤而言 ,颗粒粒径越 小越难着火 ,但该结论一般都是从垂直沉降炉或大 体类似的试验设备上得出的 。另外 ,对于煤粉雾而 言 ,随着煤粉粒径的减小着火更加容易 。而煤粉雾 的研究试验基本上都是把煤粉喷射到一定空间内 , 在能与其中的气体介质达到较为充分混合的动态条 件下进行的 。
2. Huazhong University of Science and Technology , Wuhan 430074 ,China)
ABSTRACT:Micro2pulverized coal (0220μm) combustion tech2 nology is a kind of new technology in pulverized coal combustion technologies. By comparison , micro2pulverized coal combustion technology has many advantages t han common pulverized coal combustion technology , such as better combustion stability , higher efficiency , lower NOx pollution , better synt hetic effi2 ciency , etc. At t he case of simple equal weight of samples , same condition of experiences and same 20 ℃/ min heating rate , t his paper apply STA 409C t hermobalance made in Germany analyzing respectively samples from Heshan and Jincheng whose average sizes are all different . The experimental results show t hat t he micro2pulverized coal has better combustion characteris2 tics t han common pulverized coal.
本文还对图 3 、图 4 中的试验数据点进行了曲 线拟合 ,结果发现用型为 y = y0 + exp ( - ( x - x 0) / t) 的一次指数函数分别对 Ti 及 Tmax与颗粒粒径的 关系进行拟合 ,达到了非常好的拟合效果 ,其具体的 拟合公式如图中所示 。
从图 3 、图 4 中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 ,合山煤的挥发分高于晋城煤 ,在升温过程中合 山煤中挥发分的析出更快 、更迅速 ,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 。 3. 3 煤粉细化 、超细化对燃尽温度的影响
图 3 Ti 与颗粒粒径的关系 Fig. 3 Relation bet ween Ti with particles diameter
以往 ,关于煤粉颗粒粒径对着火的影响 ,有很多
专家 、学者做了大量的试验研究 ,但由于试验设备和
第 6 期 姜秀民等 : 超细化煤粉燃烧特性的研究
( T max) ,如图 4 所示 。
图 2 晋城煤 4 种不同粒径的 TG曲线 Fig. 2 TG curve Jincheng coal with four different diameter
从图中可见 :合山 (10. 90) 及晋城 (19. 30) 两种 超细化煤粉范畴内的煤粉试样的失重曲线有相似的
3 试验结果及分析
3. 1 燃烧失重( TG) 曲线 在燃烧特性试验中 ,得到的合山与晋城两种煤
各种不同粒径试验煤样的 T G 曲线分别如图 1 、图 2 所示 。
图 1 合山煤 4 种不同粒径的 TG曲线 Fig. 1 TG curve Heshan coal with four different diameter
5 所示 。从图 5 中可以看出在本文的试验条件下 , 煤粉的细化 、超细化对煤粉的燃尽温度有一定的影 响 , 即 :煤粉的细化 、超细化可使其燃尽温度降低 。
用型为 y = y0 + exp ( - ( x - x 0) / t ) 的一次指 数函数对燃尽温度与颗粒粒径的关系进行拟合 ,公 式如图示 。
煤种
合山 晋城
M ad/ % 2. 95 2. 81
工业分析
V ad/ % 14. 49
A ad/ % 51. 56
11. 31
14. 78
F Cad/ % 31. 00 71. 10
Cad/ % 33. 45 77. 73
元素分析
Had/ % 1. 97
O ad/ % 4. 64
2. 33
1. 11
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中 国 电 机 工 程 学 报 第 20 卷
采用英国 MAL V ERN 公司的马尔文粒度仪测得各 试验煤样的平均粒径见表 2 。
表 1 合山 、晋城煤的工业分析与元素分析 Tab. 1 Ultimate and proximate analysis of the Heshan and Jincheng coal
Ti = ( T TG, i + TDTG, i) / 2
(1)
式中 T TG , i表示由 T G 曲线得到的着火点 ; TD TG , i 表示由 D T G 曲线得到的着火点 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
经过对数据的分析处理 ,燃烧试验得到的合山 、
晋城各煤样的着火温度 ( Ti) ,如图 3 所示 。由 D T G 曲线的最大极值点来确定最大燃烧速率时的温度
将 T G 曲线求一次导数 ,可得另一燃烧特性曲
线 D T G。关于在热天平试验中利用 T G 和 D T G 曲
线求着火点的方法观点不一 。实际上 ,由于具体试
验仪器和试验条件的较大差异 ,很难规定统一的求
法 ,所以至今对于这个问题仍有很大的争议 。本文
采用如下的方法来计算着火温度 ( Ti) 。