用TG_DTA法研究新型燃烧促进剂对煤燃烧性能的影响

收稿日期:2007-09-24

王敏燕(1984- ),硕士生;100083北京市海淀区。

用TG -DT A 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 -DT A 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

Study on the effects of a new additi ve on coa l co mbusti on by TG -DTA

W ang M inyan Cang Daqiang W ang Yingru (University of Science and Technol ogy Beijing )

Abstract The effects of a ne w combusti on additive on the combustibility and pyr olysis characteristics of Rongruixin anthracite by TG -DT A were studied experi m entally at air and argon at m os phere .I nflu 2ence of additi on of this accelerat or was studied -using Dat ong bitu m inous as case study .The results indicate that the volatile of coal was released rap idly at l ower te mperature,the igniti on was easier real 2ized and the coalwas burned more sufficiently with this ne w accelerat or .The research results of Dat ong bitu m inous show that 115%accelerat or in the coal is the best percentage which can decrease the igni 2ti on te mperature and the burn -out te mperature,increase the released heat during the combusti on p r ocess .The analysis of its p r omoting mechanis m is discussed in this paper .Keywords coal combusti on combusti on accelerant ther mogravi m etry

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

烧气化等研究的重要工具,本文利用TG -DT A 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

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,DT A 量程为250

μV ,TG 量程为20mg,样品重量为15mg 。2

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表1 试验煤样的工业分析%燃煤A V S C W

荣睿鑫无烟煤11701775136

大同烟煤202601545158

图1 荣睿鑫无烟煤和加入5%A煤样的TG

用TG_DTA法研究新型燃烧促进剂对煤燃烧性能的影响

曲线

图2 荣睿鑫无烟煤和加入5%A煤样的DT A

用TG_DTA法研究新型燃烧促进剂对煤燃烧性能的影响

曲线

图3 荣睿鑫无烟煤和加入5%A煤样的热解TG曲线

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。

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。

通过分析差热曲线(DT A)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

(T

f )反应了主要放热温度段出现的早晚。

煤燃烧DT A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

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

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19℃,使燃尽温度降低16℃

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图4 不同配比A

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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

对大同烟煤着火温度的影响图5 不同配比A 对大同烟煤燃尽温度的影响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

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

用TG_DTA法研究新型燃烧促进剂对煤燃烧性能的影响

115%。试验数据见表2

用TG_DTA法研究新型燃烧促进剂对煤燃烧性能的影响

图6 不同配比A 对大同烟煤峰面积的影响

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 /%001050125015111525T s /℃325317323325317306314310T z /℃647646656647641631641623S /cm

2

458474484448470501514553T f /℃

521

528

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。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。

〔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

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