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基于不同摻混方式的混煤燃燒特性研究

文檔作者：默會(huì)龍		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月06日
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長(zhǎng)沙理工大學(xué)
碩士學(xué)位論文
基于不同摻混方式的混煤燃燒特性研究
姓名：默會(huì)龍
申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士
專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程
指導(dǎo)教師：劉亮
20090401
摘要
由于煤炭資源供應(yīng)緊張、交通運(yùn)輸能力不足，電力燃用低質(zhì)煤的政策等導(dǎo)致
燃煤電站鍋爐很難穩(wěn)定的燃用設(shè)計(jì)煤種。為了盡可能的降低成本，滿足國家污染
物排放政策的規(guī)定，越來越多的電廠開始燃用摻加低質(zhì)煤的混煤?；烀喝紵且?
個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在其煤粉燃燒過程中，各煤種的煤粉之間相互影響，
相互制約，使混煤表現(xiàn)出不同于單一煤種的燃燒特性。由于煤種的多變、并且偏
離設(shè)計(jì)煤種，這樣就給鍋爐的安全運(yùn)行帶來了諸如燃燒穩(wěn)定性差、結(jié)渣、污染物
排放量升高等問題。因此研究混煤燃燒特性對(duì)于解決出現(xiàn)的問題和更好的發(fā)揮混
煤的優(yōu)越性，以及鍋爐設(shè)計(jì)和燃燒過程的控制都具有重要的意義。近年來對(duì)混煤
燃燒特性的研究越來越多，但是很少有人進(jìn)行不同摻混方式對(duì)混煤燃燒特性影響
的研究。
本文定義了兩種不同的摻混方式，第一種摻混方式“先磨后混”：?jiǎn)为?dú)磨制原
煤然后混合各單煤粉而得到混合煤粉；第二種摻混方式“先混后磨”：原煤混合后
直接磨制得到混合煤粉。選取了湖南某電廠的一種典型無煙煤和一種典型煙煤，
從兩種不同摻混方式入手，進(jìn)行了煤粉的工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)、粒度分布實(shí)驗(yàn)、熱重實(shí)
驗(yàn)以及臥式煤粉爐燃燒試驗(yàn)。
工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)混煤中的揮發(fā)分含量隨著平煤天安含量的增加而增加，
先磨后混摻混方式所得混煤的揮發(fā)分含量高于先混后磨方式。粒度分布實(shí)驗(yàn)中發(fā)
現(xiàn)先磨后混摻混方式下的混煤中細(xì)粉比例較先混后磨方式的多。
熱重實(shí)驗(yàn)中對(duì)兩種不同摻混方式下混煤著火溫度、燃燼溫度、最大失重速率
及其對(duì)應(yīng)溫度進(jìn)行研究，并且利用可燃性指數(shù)、穩(wěn)燃指數(shù)以及綜合燃燒特性指數(shù)
驗(yàn)證不同摻混方式的優(yōu)劣，研究了不同摻混方式對(duì)混煤燃燒特性的影響。從
A仃henius定律出發(fā)，采用Coats．Redfem積分法對(duì)不同摻混方式下混煤的燃燒動(dòng)力
學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；得出本文實(shí)驗(yàn)條件下一級(jí)反應(yīng)并不適合所有試樣，并且利用求
出的活化能和頻率因子進(jìn)一步驗(yàn)證第一種摻混方式優(yōu)于第二種方式的結(jié)論。通過
在某電廠中的工業(yè)試驗(yàn)，更進(jìn)一步的說明了第一種摻混方式的優(yōu)越性。
總之，通過工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)、粒度分布實(shí)驗(yàn)、熱重實(shí)驗(yàn)以及臥式煤粉爐燃燒半
工業(yè)試驗(yàn)和電廠工業(yè)試驗(yàn)可以得出第一種摻混方式下混煤的燃燒特性優(yōu)于第二種
摻混方式。
關(guān)鍵詞： 摻混方式、混煤、燃燒特性混煤、熱重分析、動(dòng)力學(xué)參數(shù)
Abstract
Because of the shortage of coal resources and trafhc capability in China and the
policy of low—rank coal combustion in power plant，the PC-fired boiler cannot be used
coal under design．More and more power plant began to use the blended coal to saVe
energy and decrease pollution． The blended coal combustion is an extraordinary
complex physicocmemical process．During the combustion of blended coal， the coals
af．fect each other， so the blended coals exhibit the diff．erent combustion characteristic
疔om the single coal．The variety of combustion coal brings many new problems which
influence the safety of boiler operation，such as 10w stability of combustion， hi曲
possibility of slagging easily etc．．Therefore，it’s necessary to stlldy the combustion
characteristics of blended coal in order to s01Ve problems and take adVantage of
blended coal．Understanding the combustion behaViour of blended coal is of utmost
importance for the design of boilers and control of the combustion process．In recent
years there has been an increasing utilization of coal blends f．or combustion，but less
stlldy on the possible interactiVe ef-fects by the dif．ferent blended way during
combustion characteristics of the indiVidual conlponents has done yet．
There are two dif．ferent blended ways，one is”blended single powdered coal”：
blended the pulVerized coal that is obtained by grinded the single coals respectiVely'
the other is’’blended raw coal¨：blended the raw coals then grinded them to obtain the
blended coal．In this thesis，proximate analysis experiment，panicle size distribution
experiment，the肌ograVimetric experiment and a horizontal combustion test-bed test
are used to inVestigate combustion perflomance of bituminous auld aJltllracite，which
are taken行om a Power plant in Hunan ProVince．
It is concluded in the proximate analysis experiment that with the increase of the
bituminous content in the bIended coals，the volatile content increases，and the v01atile
content of the blended coal obtained by the first blended way is better than its obtained
by the second blended way．In the particle size distribution experiment，it is concluded
that the fine particles of the mixed coal powder obtained by the f；irst blended way is
more than those obtained by the second blended way：
The research of the ignition temperature，the bumout temperature，the maximum
mass loss rate and the co玎esponding temperature were inVest追ated by
themo盯aVimetric analysis． The thesis used the paf啪eters of the fl鋤啪ability
index(G)、comprehensive discrimination index(回and combustion stabilized index(G)
to evaluate the blended coals that were mixed with two dif．ferent blended ways．At the
Il
same time the effbct of dif．f．erent blended ways on the combustion were analyzed．
Coats—Redf．em integral method was used to obtain the kinetics of the complex
combustion process． It is concluded that the reaction progression obtained in this
experiment condition wasn’t fit for all the samples，and it is如rther Validated by the
actiVation energy and the f}equency f．a(chǎn)ctor that the first blended way is better than the
second blended way．In the end，the superiority of the first blended way was fhnher
made out by the practical expe—mental results in a power pl ant．
In a word， It is concluded by proximate analysis experiment， particle size
distribution experiment，themograVimetric experiment鋤d the horizontal combustion
test-bed test and the industnal field test that the combustion characteristics of the
blended coal obtained by the行rst blended way is better than those obtained by the
second blended way．
Keywords：blended way； blended coals；combustion characteristics； TGA；
“netics parameters；
111
長(zhǎng)沙理工大學(xué)
學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取
得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其
他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)
人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果
由本人承擔(dān)。
作者簽名：≮歇佘藝日期：矽，年j，月／夕日
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)
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閱和借閱。本人授權(quán)長(zhǎng)沙理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入
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學(xué)位論文。
本學(xué)位論文屬于
l、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。
2、不保密團(tuán)。
(請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√")
作者簽名：啄瓜芝日期：砷年，月
導(dǎo)師簽名： 日期：溯年
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日
r月一日
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吵
1．1引言
第一章緒論
能源不僅是實(shí)現(xiàn)全球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障，同時(shí)也是人類賴以生存的
基礎(chǔ)。能源是我國實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防以及科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和提高、改善人們
生活水平的必要條件，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿椭匾牧系膩碓?。因此作?
我國能源中的煤炭就是一種重要且寶貴的資源。
世界能源消費(fèi)中，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)在不斷變化，國內(nèi)外學(xué)者
對(duì)世界能源發(fā)展與結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)進(jìn)行大量研究得出：在過去160年世界先后出現(xiàn)
過三個(gè)能源發(fā)展階段，l 880年前基本上是以生物質(zhì)燃料為主，l 850～1930年煤炭
消耗比例增加最多，1930～1980年石油消耗比例增加最多【11。在50年代到60年
代前期，煤炭的消費(fèi)占居了第一位，達(dá)到50％以上，到了60年代后期，煤炭消耗
量退居第二位，實(shí)行以油、氣為主的能源結(jié)構(gòu)，到了1996年，石油、天然氣、水
能、核能等優(yōu)質(zhì)能源占了73％，煤炭消耗在逐漸縮小。據(jù)預(yù)測(cè)，未來20年內(nèi)，世界
能源消費(fèi)量年均增長(zhǎng)為2．0％，而煤炭的增長(zhǎng)率為1．7％，低于平均水平【21。
我國是世界能源消費(fèi)大國，而我國的能源結(jié)構(gòu)卻很不合理。2003年我國GDP
只占世界的4％，重要資源消耗所占世界比重卻很高，石油為7．4％、原煤31％、
鋼鐵27％、氧化鋁25％【3】。統(tǒng)計(jì)資料顯示，2007年中國的GDP占世界GDP的比
重大約為7％，卻消耗了超過全球總產(chǎn)量20％的主要能源和原材料。長(zhǎng)期以來，我
國的能源消耗一直以煤炭為主，煤炭消耗占我國能源總消耗量比重高達(dá)75％，而
美國這一比重只有27．4％，日本為23．6％，英國為32．3％，法國為10．6％，是世界
上這一比重最高的國家。有數(shù)據(jù)顯示，1996年我國煤炭消費(fèi)量占世界煤炭消費(fèi)量
的29．5％，在一次能源消費(fèi)構(gòu)成中，煤炭占據(jù)了絕對(duì)主導(dǎo)地位，所占比重高于75％，
到2010年比重下降為約60％，至2050年，則再降為約50嘣4。6】。目前，我國煤炭
年消耗量在12億噸左右，已經(jīng)成為世界煤炭消費(fèi)的第一大國。
我國的能源礦產(chǎn)探明可比儲(chǔ)量約占總值的11％，資源總量居世界第三位，其
中石油的儲(chǔ)量為1041億噸，居世界第十一位；天然氣的儲(chǔ)量為47萬億m3，居世
界第十四位；水利資源理論儲(chǔ)量6．8億kW，其中可開發(fā)儲(chǔ)量3．8億kW，可達(dá)到年
發(fā)達(dá)量1．9萬億度，均居世界之首；煤炭探明儲(chǔ)量為10229億噸，居世界第二位。
煤炭是世界上最豐富的燃料，占世界一次能源的23％。我國是世界上最大的煤炭
生產(chǎn)國和消費(fèi)國，占世界煤炭總量的24．3％，占一次能源總產(chǎn)量的68．2％，占一次
能源總消費(fèi)量的67．1％17’8J。
我國77％的發(fā)電能源、65％的化工原料、45％的民用商品能源都是由煤炭提供。
豐富的煤炭資源和我國歷史、經(jīng)濟(jì)方面的條件相結(jié)合，形成了我國能源結(jié)構(gòu)以煤
為主的格局【9】。并且，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，這種以煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生
很大的變化。在20世紀(jì)50年代，全國煤炭消耗量為2000～10000萬噸，在60—70
年代，煤炭消耗量為1～4．50億噸；自1980年開始，煤炭年消耗量達(dá)8億噸。特別
是進(jìn)入“十五”以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭需求量大幅度增加，2003
年我國煤炭消費(fèi)量為15．8億噸，其中火電廠(含供熱)燃煤量約為8．5億噸，比2000
年增長(zhǎng)了44％，占我國煤炭消費(fèi)總增長(zhǎng)量的80％。2004年，我國煤炭消費(fèi)量達(dá)到
19億噸，其中發(fā)電煤炭消費(fèi)量8．63億噸，比2003年增長(zhǎng)了13．6％。2005年我國
的煤炭消費(fèi)量達(dá)到21．4億噸f】嘰坦】。煤炭消費(fèi)的增長(zhǎng)速度大于能源消費(fèi)的增長(zhǎng)速
度，據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2007》顯示，2006年，我國煤炭消費(fèi)量較2005年增長(zhǎng)
了8．7％，占據(jù)全球煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)的七成多。按照目前的發(fā)展態(tài)勢(shì)，中國已成為世
界第二大能源消費(fèi)國、第一大煤炭消費(fèi)國。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來，中國電力工業(yè)取得了迅猛的發(fā)展。2004
年發(fā)電裝機(jī)容量比1980年提高了5倍以上，2005年全國電力裝機(jī)突破5億千瓦，
2006年底全國總裝機(jī)突破6億千瓦(僅次于美國，位居世界第二位)¨¨。電力監(jiān)管
2007年度度報(bào)告指出，截至2007年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到71329萬千瓦，同
比增長(zhǎng)14．36％。2003～2007年5年中增加電力裝機(jī)容量接近于此前52年的總和。
根據(jù)中國電力工業(yè)最新發(fā)展規(guī)劃，到20lO年，全國電力裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)8．4億kw。
隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，中國以燃煤發(fā)電為主的格局在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)
有很大的變化。
我國煤炭資源在地理分布上的總格局是“西多東少、北富南貧一。目前經(jīng)濟(jì)欠
發(fā)達(dá)的山西、內(nèi)蒙古、陜西、新疆、貴州、寧夏等6省(自治區(qū))，其煤炭資源總量
為4．19萬億t，占全國煤炭資源總量的82．8％。而我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)，耗用煤量最大
的京、津、冀、遼、魯、蘇、滬、浙、閩、臺(tái)、粵、瓊、港、桂等14個(gè)東南沿海
省(市、區(qū))，其煤炭資源量?jī)H為O．27萬億t，僅占全國煤炭資源總量的5．3％，相對(duì)
而言資源十分貧乏【I 31。顯而易見，我國存在煤炭資源賦存豐度與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程
度呈逆向分布的特點(diǎn)，形成煤炭基地遠(yuǎn)離煤炭消費(fèi)市場(chǎng)、煤炭資源中心遠(yuǎn)離煤炭
消費(fèi)中心的現(xiàn)狀，從而導(dǎo)致我國煤炭運(yùn)輸形成“北煤南運(yùn)、西煤東運(yùn)”的格局。
我國東、中、西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡在短時(shí)間內(nèi)將難以消除，而東部缺煤地區(qū)由
于開采程度高、資源逐漸枯竭，煤炭供應(yīng)方面依賴西部地區(qū)的現(xiàn)象將更加突出。
當(dāng)前我國電力緊張，電煤消耗的不斷增加，又由于我國所特有的資源分布所
導(dǎo)致的煤炭供應(yīng)不足，另外我國的動(dòng)力用煤煤質(zhì)逐年下降，以及運(yùn)輸能力不足和
國家有關(guān)對(duì)鍋爐等燃燒設(shè)備盡量燃用劣質(zhì)煤的政策等原因，造成用煤企業(yè)不可能
燃用單一煤種，而不得不燃用2種或2種以上的混煤。一般來說，混煤燃燒時(shí)，
如果煤種選擇恰當(dāng)，配比合理，混合均勻，創(chuàng)造良好的燃燒條件，發(fā)揮組分煤種
2
各自的優(yōu)越性，取長(zhǎng)補(bǔ)短，就能給電廠的安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性帶來良好的
影響，同時(shí)也能使新建電廠有更大的選擇余地，能允許操作系統(tǒng)對(duì)電廠參數(shù)做出
更好的控制，可以為適應(yīng)不斷變化的操作做一定限度的翻新改進(jìn)【l41。
動(dòng)力配煤的基本原理是利用各種煤在性質(zhì)上的差異，通過混合后，實(shí)現(xiàn)相互
取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮各摻配煤種的優(yōu)點(diǎn)，使最終通過摻混所獲得的混煤在綜合性能上
達(dá)到用戶要求的最佳性能狀態(tài)?；烀罕旧硎恰N物理摻混的結(jié)果，然而由于燃燒
等過程的化學(xué)作用使得混煤的性質(zhì)與單煤相比發(fā)生了變化，在一定程度上這種變
化難于預(yù)測(cè)。由于混煤的燃燒特性并不是組分煤種的簡(jiǎn)單疊加，再加上單一煤的
組成及特性不同，混煤中不同的組分顆粒在燃燒過程中相互影響、制約，使得混
煤的煤質(zhì)特性比單一煤更復(fù)雜，從而難以簡(jiǎn)單地由摻混比例預(yù)知其特性。目前混
煤的燃燒更多的依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)，由于對(duì)混煤的特性缺乏足夠了解，致使許
多電廠在燃燒混煤時(shí)配置不當(dāng)，出現(xiàn)諸如：燃燒設(shè)備運(yùn)行水平下降、著火困難、
燃燒不穩(wěn)定、飛灰含碳量增高和容易結(jié)渣、積灰加劇、污染物排放量增加等問題，
這些問題影響了機(jī)組的安全、高效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，研究混煤燃燒的特性就具
有重要意義。
1．2混煤燃燒特性的研究手段
動(dòng)力用煤的燃燒特性主要是指煤的著火特性、揮發(fā)分析出特性、燃燼特性、
熱解特性、表面積和孔隙特性、積灰結(jié)渣特性和污染物的排放特性等。對(duì)鍋爐安
全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，晟重要的是煤的著火穩(wěn)定性、燃燼性和結(jié)渣特性。
熱分析是國內(nèi)外研究煤燃撓特性最常用的方法之一。它利用熱天平在程序升
溫條件下，研究煤的質(zhì)量隨時(shí)間溫度的變化，從而分析煤的燃燒過程的一種方法。
通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，就可以得到一些煤燃燒的特性值，如著火溫度、
燃燼溫度、燃燼時(shí)間、最大失重溫度、最大失重率、燃燒前期和后期的燃燒量等，
通過這些數(shù)據(jù)組合形成的判別指標(biāo)，可以很好地對(duì)燃燒特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，近
年來熱天平與氣相色譜儀(Gc)、付里葉變換紅外光譜儀(FTIR)等設(shè)備的聯(lián)用研究熱
解產(chǎn)物，使得對(duì)煤燃燒過程及污染物的排放特性的研究成為可能。
滴管爐常用來研究煤的燃燒過程，燃燼特性與S0x和Nox、微量元素的排放
特性等。近些年來，有的國家也開始用直管燃燒爐(DTF)來研究煤的積灰結(jié)渣特性，
DTF也是獲取實(shí)際燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)的有力手段。在我國的幾個(gè)主要研究機(jī)構(gòu)中，
利用沉降爐來研究煤的燃燒特性與污染物排放，其優(yōu)點(diǎn)是易于控制和取樣。
激光法【l 5J是將煤粒子粘附在熱電偶尖端，用激光打在煤粒子上測(cè)量著火時(shí)的
粒子表面溫度。此試驗(yàn)可探討以表面反應(yīng)為主進(jìn)行的擴(kuò)散動(dòng)力燃燒機(jī)理，碳粒燃
燼時(shí)間和初始當(dāng)量直徑的關(guān)系，碳粒燃燒過程中表面溫度的變化規(guī)律，活化能、
指前因子等參數(shù)對(duì)燃燒過程的影響等。通過對(duì)碳／炭粒表面氧化反應(yīng)生成物CO／C02
比值的研究，從而更好地解決碳／炭粒著火的極限模擬問題。
用石英玻璃管流化床，電加熱，配置傅立葉遠(yuǎn)紅外色譜儀對(duì)煙氣進(jìn)行在線檢
測(cè)，通過對(duì)煙氣成分和煙氣量的計(jì)算，得到脫除揮發(fā)分的焦炭的反應(yīng)速率。同時(shí)
由于揮發(fā)分很少，也可以根據(jù)C02，CO，cH4計(jì)算碳的轉(zhuǎn)化率【16】。
1．3混煤燃燒的研究現(xiàn)狀
對(duì)于混煤的研究在國內(nèi)外都較為活躍，為了提高鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性
以及安全性、環(huán)保性，國內(nèi)外專家在燃燒機(jī)理、混煤方式、摻混比例等方面做了
比較多的理論和實(shí)驗(yàn)研究。目前實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)主要集中采用單煤和混煤的熱解分析、
熱重分析，以及電鏡掃描、一維爐試燒、流化床、沉降爐試燒等方法；理論研究
方面則致力于構(gòu)建描述多組分混煤熱解、燃燒全過程的數(shù)學(xué)模型、探求不同煤種
混合最佳比例的優(yōu)化算法，探討NOx、SOx以及焦渣生成和發(fā)展的內(nèi)在機(jī)理。
1．3．1國外混煤燃燒概況
在國外，由于煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)隸屬不同的經(jīng)營者，利益分開。一般，使用者
會(huì)根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)煤種購煤，生產(chǎn)者按所產(chǎn)煤質(zhì)供煤?；烀哼^程則是在煤礦、中轉(zhuǎn)
單位和煤處理廠完成。三者之間對(duì)于混煤的最終特性缺乏溝通，由于利益的關(guān)系，
只考慮自己的環(huán)節(jié)，從而導(dǎo)致了許多問題。
對(duì)混煤的研究起始與七十年代，其中發(fā)展較好的是美國、日本、德國等國家【17】。
這些國家使用混煤的主要目的是：采用低硫煤與高硫煤混合以降低SOx的排放，
降低鍋爐的結(jié)渣、沾污和積灰，充分利用高熱值煤，保證灰碳含量和發(fā)熱量穩(wěn)定
等等。有關(guān)混煤的研究主要包括：混合系統(tǒng)和混合方法、混煤著火燃燒性能、采用
混煤方法減輕結(jié)渣、采用混煤方法降低NOx及SOx排放量的研究，以及混煤燃燒
設(shè)備及燃燒技術(shù)的研究。
美國動(dòng)力用煤大部分為優(yōu)質(zhì)煤，在煤粉爐中不存在燃燒問題，因此將精力集
中于污染物排放的控制上。由于美國東部、中部煤含硫較多，而西部煤含硫少，
為了滿足SOx排放要求，東部和中部的電廠須使用西部煤或必須安裝脫硫裝置。
如果采用東部、中部煤摻燒西部煤，既可減少運(yùn)行費(fèi)用與脫硫裝置，又能滿足排
放要求。因此美國在采用混燒降低SOx的排放方面進(jìn)行了較深入研究。
日本資源短缺的國情決定了其燃料依賴進(jìn)口，為了減少運(yùn)費(fèi)，近幾年開始擴(kuò)
大利用發(fā)熱量高的無煙煤等低揮發(fā)分煤，因而出現(xiàn)了在煤粉鍋爐中混燒無煙煤和
石油焦的低揮發(fā)分燃料傾向。目前，日本對(duì)混燒不同煤種時(shí)出現(xiàn)的污染物增加及
未燃損失增加等正在進(jìn)行深入研究【”】。
德國混煤燃燒起于70年代初。當(dāng)時(shí)，一些燒褐煤的電廠因其質(zhì)量性能常常偏
離設(shè)計(jì)指標(biāo)，使電廠無法滿負(fù)荷運(yùn)行。因而采用了在褐煤中摻煤煙煤的方法，通
4
過混燒來提高低熱值褐煤的利用價(jià)值。近些年，其國內(nèi)越來越多的專家意識(shí)到必
須加強(qiáng)對(duì)煤質(zhì)特性、混煤燃燒特性的研究才能保證混煤的有效性。因此針對(duì)混煤
的著火和可磨性等進(jìn)行分析研究，并對(duì)燃用混煤電站的初期投資和運(yùn)行成本進(jìn)行
了分析。還有人研究了不同氧濃度下不同細(xì)度混煤的著火情況，主要結(jié)論是：混煤
的摻混比例對(duì)煤的著火有一定影響；在低氧環(huán)境中，混煤的著火性隨摻混比例變化
的趨勢(shì)不同；對(duì)于粗粒煤，不同的氧濃度下，摻混比例的變化對(duì)著火的影響較明顯。
J．Haas【l 9】為了尋找混煤燃燒特性與組分煤種燃燒特性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過在絕
熱反應(yīng)爐中對(duì)六種單煤及十五種混煤的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：兩種煙煤混合時(shí)，灰熔融
特性、揮發(fā)分和固定炭是一種線性關(guān)系。其他的如高揮發(fā)分物質(zhì)在絕熱反應(yīng)器中
試驗(yàn)時(shí)，析出N和焦炭燃燒也是線性的關(guān)系。煙煤和褐煤組成的混煤，其揮發(fā)分
析出是非線性的。由此最終得出因?yàn)閾]發(fā)分中的礦物質(zhì)可能和第二種煤的礦物質(zhì)
發(fā)生了反應(yīng)，導(dǎo)致混煤的無機(jī)物相圖是非線性的結(jié)論。
D．Peralta【20】為了研究混煤間的相互作用，他設(shè)計(jì)氧彈式熱量計(jì)的氧氣分壓低
于測(cè)量發(fā)熱量時(shí)的數(shù)值，這就使得反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行依賴于混煤的特性及相互反應(yīng)。
并對(duì)焦炭殘余物的熱重結(jié)果進(jìn)行分析表明：混煤的燃燼特性取決于燃燒速率較慢
的煤種。
s．su【2l】從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模及半工業(yè)化實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和判別指標(biāo)方法(揮發(fā)分、發(fā)
熱量、煤素質(zhì)、燃料比、鏡質(zhì)組反射率)入手對(duì)前人的研究做了總結(jié)得出：大多數(shù)
混煤之間都存在相互反應(yīng)。無煙煤和煙煤混燒，燃燒相對(duì)獨(dú)立；高揮發(fā)分和低揮
發(fā)分煙煤混燒，組分間的相互作用較為明顯。低揮發(fā)分煤種或無煙煤中摻燒高揮
發(fā)分煤種通常能改善著火和火焰穩(wěn)定性以及燃燼率。并且揮發(fā)分含量可以作為判
別著火和火焰穩(wěn)定性的指標(biāo)，通常揮發(fā)分含量越高，著火和火焰穩(wěn)定性越好，但
對(duì)低階、高揮發(fā)分煤種并不適合。還得出煤素質(zhì)指標(biāo)用來預(yù)測(cè)著火和燃燼還需要
更多的證據(jù)，鏡質(zhì)組反射率能夠定性反應(yīng)混煤的燃燼率【221。
總之，國外根據(jù)本國的具體情況對(duì)混煤的燃燒特性進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，
國外學(xué)者所采用的研究方法基本是理論和試驗(yàn)相結(jié)合的方法。
1．3．2國內(nèi)混煤燃燒概況
1．3．2．1熱解特性研究
熱解是煤燃燒過程的重要初始階段，這一過程產(chǎn)生的氣態(tài)分解產(chǎn)物即揮發(fā)分
包括C02、CO、CH4、H2、C2H6、重?zé)N類氣體及焦油等物質(zhì)，其中的易燃成分
對(duì)著火有著極大的影響；而一些含氮、硫的前驅(qū)物則與污染物的形成關(guān)系密切。
煤熱解特性的研究涉及揮發(fā)分的析出特性、析出機(jī)理、普遍規(guī)律以及與實(shí)際爐內(nèi)
熱解的相關(guān)關(guān)系，有利于指導(dǎo)實(shí)際的燃燒。由于熱解是煤燃燒過程中重要的初始
過程，對(duì)著火有極大的影響，同時(shí)對(duì)污染物的形成起著重要的作用，因此，對(duì)單
煤熱解的理論和實(shí)驗(yàn)研究受到越來越多人們的重視【23。251。
李永華等【26】利用NETZSCH—STA 409型差熱天平，對(duì)煙煤的3個(gè)單煤種和8
個(gè)混配工況通過不同升溫速率進(jìn)行了熱分析試驗(yàn)。結(jié)果表明：煙煤混煤的燃燒特
性基本處于組分煤種之間，少量混煤的特性不同于組分煤種。在高升溫速率的條
件下，燃燼時(shí)間短，燃燒猛烈，燃燼溫度較高。并且燃燒分布曲線DTG的溫度區(qū)
域及燃燒峰的高低、形狀顯示了不同煤種燃燒性能的差異。煤的反應(yīng)性能越強(qiáng)，
燃燒峰就越偏向低溫區(qū)；煤的干燥無灰基份額越高，且可反應(yīng)表面積越大，燃燒
峰就越高；煤的燃燼性能越好，燃燒峰后段就越陡；煤顆粒的膨脹及孔隙率增加
會(huì)使后期燃燒速度仍然很高。
平傳娟等【27】利用管式電爐做為熱解室，改變熱解終溫，在惰性氣氛下對(duì)無煙
煤與煙煤的混煤進(jìn)行快速加熱條件下的熱解。并采用低溫氮?dú)馕椒椒ㄑ芯康贸?
混煤焦表面形態(tài)的變化規(guī)律：煤焦的比表面積與煤種及熱解溫度密切相關(guān)。在相
同的熱解溫度下，三者的焦比表面積無煙煤最高于，煙煤焦居中，混煤最低。并
且混煤焦的比表面積隨煙煤摻混比例的增加先增加后減小，最后得出微孔是造成
比表面積變化的關(guān)鍵原因。
平傳娟，周俊虎等【28J利用熱天平試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，采用Coats．Redfem積分方法
求解無煙煤和煙煤不同比例混煤的熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在整個(gè)活潑熱
解階段，無煙煤和煙煤的活化能與其熱解反應(yīng)性的對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生了歧變，無煙煤
具有較低的活化能，而煙煤具有較高的活化能。并且發(fā)現(xiàn)組分煤種對(duì)于混煤的熱
解動(dòng)力學(xué)參數(shù)具有較大的影響；同時(shí)由于無煙煤熱解活化能與反應(yīng)性的歧變，不
能僅從活化能的高低來判斷混煤熱解反應(yīng)性的高低。
周俊虎等【29】利用熱重分析儀和傅里葉紅外光譜儀，對(duì)混煤在惰性氣氛中的慢
速熱解特性進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，考察了煤種、摻混比例以及加熱速率對(duì)熱解的影響。
結(jié)果表明：混煤的熱解與單煤的熱解有相似之處，熱解組分的析出隨溫度的變化
基本規(guī)律一致，但其組分析出量并不是單煤熱解析出量的簡(jiǎn)單疊加，由于摻混煤
種間的相互作用，混煤熱解氣體在析出時(shí)間和析出量上均發(fā)生了變化。并且通過
對(duì)紅外吸收光譜的分析，發(fā)現(xiàn)摻混煤種對(duì)混煤熱解氣體析出規(guī)律具有很大的影響，
混煤中高活性煤種的存在會(huì)降低混煤熱解的初析溫度，并增加熱解氣體的析出量，
其摻混比例越高，影響也就越明顯，只有合適的摻混比例才能改善其熱解特性，
在實(shí)際應(yīng)用應(yīng)該注意進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜紵郎y(cè)試。
1．3．2．2混煤燃燒特性研究
煤的著火特性是評(píng)價(jià)煤粉著火難易程度的重要指標(biāo)。著火特性首先涉及對(duì)于
著火機(jī)理的研究，當(dāng)前均相著火、非均相著火、聯(lián)合著火基本囊括了煤在各種條
件下的著火情況。在工業(yè)煤粉燃燒條件下，最常見的著火方式為聯(lián)合著火方式，
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即揮發(fā)分火焰直接引燃炭粒，整個(gè)煤粉幾乎同時(shí)著火。煤的著火特性非常復(fù)雜，
但對(duì)鍋爐運(yùn)行人員來說又極其重要，在目前多數(shù)電廠采用混煤燃燒的情況下，掌
握混煤煤粉氣流的著火特性，將十分有利于鍋爐設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
在整個(gè)煤粉燃燒過程中，熱解及揮發(fā)分的燃燒過程是十分迅速的，而煤焦的
非均相燃燒過程則緩慢的多，煤焦的燃燼率決定了煤粉的最終燃燼率。尤其對(duì)于
混煤燃燒而言，煤種差異造成燃燒階段的差異，“搶風(fēng)”更容易造成煤焦燃燒階段
缺氧，造成整體燃燒效率下降。因而有必要對(duì)混煤的燃燼性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)
而對(duì)混煤焦燃燒階段的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、活化能和頻率因子進(jìn)行研究。
對(duì)于燃煤鍋爐尤其大型電站鍋爐來說，煤粉的燃燼特性將直接影響鍋爐的燃
燒效率和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。反映煤的燃燼特性的指標(biāo)主要是燃燼時(shí)間。燃燼時(shí)間【30】定
義為燒掉98％燃料量時(shí)所需的時(shí)間。一般來說，燃燼所需時(shí)間越長(zhǎng)，燃燼性能越
j‘
乏芒。
陳冬林等【3l’32】對(duì)煙煤與無煙煤的混煤進(jìn)行研究，混煤著火特性呈現(xiàn)了煙煤的
特點(diǎn)，即混煤的著火溫度接近單純煙煤的著火溫度，主要取決于煙煤的比例及其
揮發(fā)分的含量；認(rèn)為混煤的燃燼時(shí)間取決于其中無煙煤的燃燼時(shí)間，并認(rèn)為無煙
煤摻入煙煤后對(duì)燃燼特性沒有多大改善。
張曉杰等p3】利用熱天平對(duì)混煤的著火溫度進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)數(shù)據(jù)分析得出：兩
種著火特性相差很大的煤混燒時(shí)，混煤的著火溫度只取決于易著火的煤，并且由
于混煤比例的變化引起易著火煤的煤粉濃度發(fā)生變化從而導(dǎo)致了著火溫度的變
化。
曾令大等【34】采用熱重分析儀對(duì)西塞山發(fā)電有限公司二期工程2×680Mw超超
臨界鍋爐擬燃用混煤的著火穩(wěn)定性和燃燼性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：設(shè)計(jì)煤種的
著火穩(wěn)燃性一般，燃燼性較差，并從煤的著火穩(wěn)定性對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)的分析來看切圓
燃燒和對(duì)沖燃燒2種燃燒方式的著火穩(wěn)定性基本相同，若煤種性能變化和煤質(zhì)下
降時(shí)，切圓燃燒方式的適應(yīng)能力要強(qiáng)一些。
黃偉等【35】采用熱天平和一維火焰爐對(duì)耒陽低揮發(fā)分無煙煤及其混煤的著火、
燃燒、燃燼以及結(jié)渣特性等進(jìn)行試驗(yàn)研究， 分析了揮發(fā)分含量及摻配比對(duì)煤燃燒
性能的影響。并且根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，作者運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行綜合評(píng)判，確定了
混煤的最佳摻配比，為混煤的合理燃燒提供了科學(xué)依據(jù)。
李永華等人【36J在CRF熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)某電廠常用的3種褐煤及其混煤和某電
廠常用的煙煤及其混煤進(jìn)行了試驗(yàn)研究，詳細(xì)討論了其燃燼、結(jié)渣和污染物排放
特性及影響因素。得出混煤燃燼特性介于組分煤種之間，燃燼性能隨著難燃煤份
額的提高而變差；作者【3。7】還提出了用焦渣比的方法作為差別結(jié)渣特性的依據(jù)并且
判別結(jié)果和實(shí)際鍋爐燃燒情況吻合較好，同時(shí)還提出不適當(dāng)?shù)幕烀罕壤龝?huì)導(dǎo)致強(qiáng)
結(jié)渣性，可以通過摻混不易結(jié)渣煤，以達(dá)到減輕結(jié)渣的目的，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中混
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煤比例要根據(jù)試驗(yàn)具體情況進(jìn)行確定。對(duì)于污染物排放方面，隨著氧濃度的增加，
各工況下NOx的生成量基本是單調(diào)增加的；sOx的生成和氧量的變化關(guān)系較復(fù)雜，
并不是一種單調(diào)的增減關(guān)系。
孫明等【38】利用德國進(jìn)口的NETzSCH—409C型差示熱天平，對(duì)無煙煤、煙煤
組成的混煤及無煙煤和瘦焦煤所組成混煤進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)。從著火溫度曲線看出，
混煤的著火溫度隨著其中摻混煙煤比例的增大而逐漸下降，特別是當(dāng)無煙煤：煙煤
>l：3時(shí)，著火溫度下降明顯，最大下降30℃。而當(dāng)無煙煤：煙煤10．5cm)殘留的水分，稱為外部水分。其余以物理化學(xué)結(jié)合力吸附在試樣的毛
細(xì)管(直徑<10．5cm)中的水分，稱為內(nèi)部水分。試樣中的全水分在稍高于lOO℃下，
經(jīng)過足夠的時(shí)間，可全部從試樣中脫出。工業(yè)分析測(cè)定的是試樣的全水分。
在實(shí)驗(yàn)室條件下自然風(fēng)干，去除試樣外部水分后的試樣稱為空氣干燥基(或稱
分析基)。
(2)揮發(fā)分：把試樣與空氣隔絕在一定的溫度條件下加熱一定的時(shí)間后，由試
樣中有機(jī)物分解出來的液體(此時(shí)稱為蒸氣狀態(tài))和氣體產(chǎn)物的總和稱為揮發(fā)分，但
所謂揮發(fā)分在數(shù)量上并不包括試樣中游離水分蒸發(fā)的水蒸氣。
揮發(fā)分并不是試樣固有的有機(jī)物質(zhì)的形態(tài)，而是特定條件下的產(chǎn)物，是當(dāng)試
樣受熱時(shí)才形成的，所以說揮發(fā)分含量的多少，是指試樣所析出的揮發(fā)分的量，
而不是指揮發(fā)分在試樣中的含量。揮發(fā)分也稱揮發(fā)分產(chǎn)率。
(3)灰分：灰分是指將試樣中所有可燃物在一定溫度(8l 5±1 O)℃下完全燃燒以
及其中礦物質(zhì)在空氣中經(jīng)過一系列分解、化合等復(fù)雜反應(yīng)后所剩余的殘?jiān)?
試樣中灰分來自礦物質(zhì)，但它的組成或質(zhì)量與試樣中礦物質(zhì)不完全相同。它
是礦物質(zhì)一定條件下的產(chǎn)物，所以稱為在一定溫度下的“灰分產(chǎn)率”較為確切，
一般簡(jiǎn)稱為灰分。由于礦物質(zhì)的真實(shí)含量很難測(cè)出，所以常用灰分率作為礦物質(zhì)
含量的近似值。
揮發(fā)分逸出后的殘留物稱為焦渣，試樣燃燒后，其中的灰分轉(zhuǎn)入焦渣中，焦
渣質(zhì)量減去灰分質(zhì)量，就是固定碳質(zhì)量。固定碳是相對(duì)于揮發(fā)分中的碳而言的，
是燃燒中以單質(zhì)形式存在的碳，固定碳的燃點(diǎn)很高，需要在較高溫度下才能著火
燃燒，所以燃料中固定碳的含量愈高，則燃料愈難燃燒，著火燃燒的溫度也就越
高。
2．1．2工業(yè)分析測(cè)定說明及結(jié)果分析
2．1．2．1水分測(cè)定
(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器
(a)鼓風(fēng)干燥箱，采用的是長(zhǎng)沙儀器儀表廠制造FNl01．2A型鼓風(fēng)干燥箱。
(b)小型玻璃稱量瓶與干燥箱、干燥器。
(c)分析天平，使用的是型號(hào)為TG328A的光學(xué)讀數(shù)分析天平，精確到0．1mg。
(2)實(shí)驗(yàn)方法
將洗凈干燥的稱量瓶加蓋稱其重量，精確到O．000lg，并保持質(zhì)量不變。稱取
分析試樣1士O．19，精確到0．000lg，倒入稱量瓶中，將蓋打開，放入已預(yù)先加熱到
145℃的烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥。干燥10min。然后，取出稱量瓶加蓋，在干燥器中冷卻
至室溫，再稱其質(zhì)量。
(3)計(jì)算方法
分析試樣干燥后減少的質(zhì)量占原質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)即為分析試樣水分含量訛d：
訛咖絲×100％ (2．1)
G
式中：△仍——分析試樣干燥減少的重量，g
G．一分析試樣的質(zhì)量，g
2．1．2．2揮發(fā)分的測(cè)定
(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器
(a)馬弗爐，長(zhǎng)沙中華電爐廠制造的SX．4．10型馬弗爐，最高溫度可達(dá)1100℃。
(b)揮發(fā)分坩鍋、坩鍋架、坩鍋架夾子、干燥器、分析天平
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(2)實(shí)驗(yàn)方法
稱取分析試樣1士O．19，精確到0．1mg。將稱取的試樣放在已預(yù)先在900℃下達(dá)
到恒質(zhì)量的揮發(fā)分坩堝中，加蓋。將坩堝放在坩堝架上，將坩堝架移入己加熱到
900士1 0℃的馬弗爐的恒溫區(qū)內(nèi)，立即開動(dòng)秒表，關(guān)閉爐門，使試樣在爐中持續(xù)加
熱7min。迅速從爐內(nèi)取出坩堝，先在空氣中冷卻5min，再將坩堝移至干燥器中冷
卻到室溫，最后稱其質(zhì)量。注意：坩堝架移入馬弗爐時(shí)，爐溫稍有下降，但要求
在3min內(nèi)必須使?fàn)t溫恢復(fù)到900士10℃，否則實(shí)驗(yàn)作廢。若坩堝或坩堝蓋的內(nèi)表面
聚有黑煙，則此次實(shí)驗(yàn)也作廢。應(yīng)找出原因，予以改正。
(3)計(jì)算方法
分析試樣經(jīng)7min、915士10℃加熱后減輕的質(zhì)量占原樣品質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，減去
分析試樣的水分質(zhì)量含量尬J，即為分析試樣的揮發(fā)分砌d
砌扣壘翌×100％一胸d％ (2．2)
G
式中：△G’，——分析試樣在揮發(fā)分測(cè)定中失去的重量，g
G一分析試樣的質(zhì)量，g
2．1．2．3灰分的測(cè)定
(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器
長(zhǎng)沙中華電爐廠制造的Sx．4．10型馬弗爐和KSY-4D溫度控制器、分析天平、
干燥器、瓷舟，長(zhǎng)柄坩堝鉗、耐熱金屬絲架。
(2)實(shí)驗(yàn)方法
稱取分析試樣1士0．19，精確到0．1mg，倒入已經(jīng)處理且質(zhì)量恒定的灰皿中，用
擺動(dòng)方法使樣品攤平，放入溫度不超過100℃的馬弗爐中。爐門留有15mm左右的
縫隙(或打開爐門的通風(fēng)孔)，保持自然通風(fēng)，在30min內(nèi)使?fàn)t溫緩慢升至500℃，
在此溫度下維持30min，然后繼續(xù)升溫至815士10℃。關(guān)閉爐門，繼續(xù)恒溫，灼燒
1h。取出灰皿，先放在石棉板上冷卻5min，再移入干燥器冷卻到室溫，稱質(zhì)量。
以后，進(jìn)行每次30min的檢查性灼燒、稱質(zhì)量，直到質(zhì)量變化少于O．0019為止。
最后一次質(zhì)量作為計(jì)算依據(jù)。生物質(zhì)灰分含量小于1 5％時(shí)，可不進(jìn)行檢查性灼燒。。
(3)計(jì)算方法
試樣灼燒后殘留的質(zhì)量占原分析試樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)即為分析試樣的灰分彳口d
門彳口扣羔×100％ (2．3．)
G
式中：G么——分析試樣灼燒后殘余物的質(zhì)量，g
G-一原分析試樣質(zhì)量，g
2 1 2．4固定碳的說明及結(jié)果
煤中固定碳是指煤去除了水分、拌發(fā)分及灰分后的殘留物，或者說．它是在
測(cè)定揮發(fā)分后的殘余物堿去叛分后的殘?jiān)９潭ㄌ际窍鄬?duì)于揮發(fā)分中的碳而高的，
是燃燒中以單質(zhì)形式存在的碳，固定碳的燃點(diǎn)很高，需要在較高溫度下才能著火
燃燒，所以燃料中固定碳的含量愈高，則燃料愈難燃燒，著火燃燒的溫度也就越
高。
表2 4 試驗(yàn)煤樣的r業(yè)分析
固定碳是根據(jù)水分、灰分和揮發(fā)分的含量計(jì)算出來的，其計(jì)算公式為：
心f100一(^缸+％+一劫(2 4) 式中：，Gr為分析基的固定碳含量(％)
^幻——為分析基的水分含量(％)
y0——為分析基的揮發(fā)分含量(％)
一。J——為分析基的扶分含量(％)。
十蟬*t#％m“I％l
圈2 l不同摻j(luò)匣方式F拋煤揮發(fā)分隨摻混比倒變化情況
從工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表可知平煤天安具有揮發(fā)分含量高，灰分含量較低，
固定碳含量低的特點(diǎn)；而鞏義金鼎煤具有揮發(fā)分含量低，灰分含量低，固定碳含
量高的特點(diǎn)。各混合試樣中水分、揮發(fā)分、灰分及固定碳含量均介于兩種單煤之
間。
從圖2．1中可以看出，混煤中揮發(fā)分的含量隨著平煤天安比例的增加而增加；
但在不同摻混方式下，相同摻混比例的混煤，其揮發(fā)分含量略有差別，在先磨后
混的摻混方式下，其揮發(fā)分含量在各個(gè)摻混比例的混煤中都比先混后磨方式要大，
并且隨平煤天安比例的增大，其差別也增加(25％的摻混比例下為O．37，而在75％
的摻混比例時(shí)達(dá)到3．05)。這種情況的發(fā)生，可能跟摻混方式有關(guān)，我們這樣認(rèn)為：
先磨后混方式其混煤中煤粉顆粒粒度要均勻些，較小粒度顆粒份額(比重)較大，其
受熱較均勻，內(nèi)部傳熱熱阻較小，氣體成分更容易逸出，因而揮發(fā)分含量就較多。
而隨平煤天安比例的增加，差別也增大，可能的原因是在先混后磨摻混方式下，
其混煤中平煤天安粗顆粒比例較多，在相同的加熱速率下，煤粉顆粒內(nèi)部傳熱較
慢而影響到揮發(fā)分的逸出，最終使得總的揮發(fā)分含量較先磨后混方式下相同比例
的揮發(fā)分含量少些。
2．2煤的顆粒特性
2．2．1概述
煤的顆粒特性是指煤的形狀與大小，而煤的形狀是各種各樣的，大小范圍也
很寬，有以微米為單位的粉末，也有以毫米為單位的煤粒。如果顆粒是大小均勻
的球形，可以取其直徑作為粒徑。若顆粒的大小形狀不一，則應(yīng)按一定的方法確
定其平均粒徑。因此，粒徑可分為單一粒徑(代表單個(gè)粒子)和粒子群的平均粒徑(代
表許多不同粒徑的粒子群)。
2．2．1．1粒度分布表示法
煤的粒度組成可以用粒度分布的測(cè)定值表示，一般是用粒徑西與它所占重量
百分?jǐn)?shù)而的粒度特性曲線表示，也可用粒徑講與它所占體積百分’，f的粒度特性
曲線表示。
呢=，z蘭刃蠢(2．1)
得
以2攜(2．2)
式中職刀——n個(gè)粒子的總重量；
刀——粒子個(gè)數(shù)；
15
以——粒子群平均粒徑(等體積粒徑)；
r。?！Ｗ拥恼鎸?shí)重度。
對(duì)于粒子細(xì)到無法一粒一粒數(shù)數(shù)目時(shí)，則可采用重量平均直徑法或比表面積
平均直徑法等求其粒徑。
重量平均直徑d它是各粒徑以所處的相鄰篩的孔徑西和西+，的平均直徑)與其
重量份額所乘積的總和，即
d=Σ‘‘J’以‘ (、2．?3，)
此法較簡(jiǎn)單，實(shí)質(zhì)是算術(shù)平均法，它突出了粗顆粒的作用。
比表面平均直徑法是在顆粒的比表面積起重要作用時(shí)才應(yīng)用。設(shè)非球形顆粒
的比表面積為o 7，則
?！擁昝娣e／顆粒㈣2鬻=去(2．4)
式中九——球形度，即形狀系數(shù)九=spb／sfb；
Spb——圓球體的表面積； Sr顆粒的表面積。
設(shè)分布粒度非球形顆粒的平均比表面積孑’為
苫’：以長(zhǎng)’‘ (2．5)
若球形度相同，則
孑’=≠4轟似(2．6) 以d。甕“‘ p?，
用平均粒徑孑表示的比表面積為
"麗‘2·7)
(以d)
?～7
則
或
扣巒弋1 “，
厶J
d．=dm-‘‘，
(2．8)
d 2石(2．9) 一+J’． 、一’’，
、’!
％di
式中n——標(biāo)準(zhǔn)篩層數(shù)。
上述重量平均直徑法和比表面積平均直徑法中均需知道顆粒群中全部粒子的
16
粒度分布。
2．2．1．3顆粒特性的測(cè)定方法
目前，測(cè)定煤的顆粒特性與粒度分布的方法有篩分法、激光分析法、電子顯
微鏡掃描法等，這里由于實(shí)驗(yàn)條件等限制，本文采用篩分法來測(cè)定顆粒特性。
2．2．2篩分法
將大小不同的煤粒進(jìn)行分級(jí)時(shí)，一般可用篩分法。普通的篩子用平織的金屬
絲網(wǎng)制成。對(duì)孔徑為25．4mm(1in)以上的孔，直接稱呼開孔的尺寸來表示孔的大小。
對(duì)孔徑小于25．4mm(1in)的孔，用25．4mm(1in)長(zhǎng)度上的孔數(shù)表示，稱為“網(wǎng)目”，
簡(jiǎn)稱為目。
2．2．2．1測(cè)定原理
用不同孔徑的篩子，對(duì)煤粒進(jìn)行分級(jí)篩分，即對(duì)煤粒中各種不同規(guī)格直徑的
粒子進(jìn)行分類，并用重量份額xi來表示，在次基礎(chǔ)上獲得煤粒的平均粒徑以及粒
度分布。
2．2．2．2實(shí)驗(yàn)儀器
型號(hào)為TG328A的光學(xué)讀數(shù)分析天平，量程為10009(精度為0．01)
篩網(wǎng)一套(規(guī)格根據(jù)具體樣品粗細(xì)而定)
振動(dòng)機(jī)一臺(tái)、軟毛刷一把、搪瓷盤3到5個(gè)
2．2．2．3實(shí)驗(yàn)方法
將煤樣首先按規(guī)定縮分，稱重5009樣品放在已選好的篩子上，然后進(jìn)行篩分。
篩分有兩種方法，即人工篩分與機(jī)械篩分，其要求分述如下：
(1)機(jī)械篩分
機(jī)械篩分時(shí)先將選定的各規(guī)格的篩子疊在一起，大孔徑的篩子在上，是孔徑
的篩子在下，最上面放蓋了，最下面放底盤。篩分時(shí)間為15min，篩分結(jié)束時(shí)要進(jìn)
行檢查性篩分，即當(dāng)每分鐘篩下的煤粒重量不超過59時(shí)，篩分結(jié)束。
(2)人工篩分
可以按機(jī)械篩分一樣，將篩子從大到小疊好，也可分幾次進(jìn)行，先把試樣放
在較大篩子中進(jìn)行篩分。完成后，把留在底盤上的煤粒倒入較小孔徑的篩子中篩
分。但同樣，在每一次幾個(gè)篩子篩分的最后進(jìn)行檢查性篩分。
人工篩分的全過程也要15min。篩分時(shí)，要將篩網(wǎng)端平，在左右方向上擺，要
均勻地進(jìn)行，不可猛烈敲打振動(dòng)，更不要全樣品外漏和飛揚(yáng)(要用蓋子將最上面的
篩子蓋好)。首先篩分約3min后，用軟干毛刷子仔細(xì)刷篩底一次，再篩約2min，
刷篩底一次；接著再篩5min刷篩底一次，最后再篩5min結(jié)束。
17
對(duì)于用較大孔徑的篩子篩分時(shí)，可適當(dāng)減少篩分時(shí)間，但應(yīng)進(jìn)行檢查性篩分
合格為原則。
篩分結(jié)束后，要從上到下輕輕地將疊在一起的篩子分開，分別將篩子底部用
軟干毛刷子刷干凈，然后倒入已經(jīng)寫有篩子的盤子中，并逐個(gè)地在上稱重，其總
重量應(yīng)與篩分前的重量一致，誤差不得超過士5％，否則應(yīng)予和重做。
2．2．3數(shù)據(jù)整理與分析
(1)計(jì)算出兩篩網(wǎng)的平均孔徑西
盔=壘{魚(mm或∥m) (2．10)
Z
式中dI——上面篩子的孔徑；
比——下面篩子的孔徑；
對(duì)于最上面的篩子(如10毫米的篩子)，其平均孔徑為它本身(即磊=10毫米)，
對(duì)于最下面的篩子，其平均孔徑磊等于該篩子孔徑的二分之一。
(2)計(jì)算重量份額
重量份額而是停留在每一個(gè)篩子上試樣的重量R與試樣總重量之比。對(duì)試樣
總重量為5009而言，即
p
礦孟(2Ⅲ)
(3)計(jì)算平均粒徑d
平均粒徑是所有各項(xiàng)平均孔徑與其對(duì)應(yīng)的試樣份額乘積之和，即
扣Σtt (2．12)
‘一J J 、7
(4)繪制粒度分布曲線
粒度分布曲線是以粒徑磊為橫坐標(biāo)，以西所占重量百分?jǐn)?shù)xi為縱坐標(biāo)而繪制
的一和粒度特性曲線，它可以清楚地看出顆粒大小分布情況。
為了能更直觀的分析顆粒分布情況本文采用餅狀圖來表示各粒度所占的質(zhì)量
百分比。如表2．5一表2．12和圖2．2～圖2．9所示：
分析表2．5～表2．12實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出，在平煤天安與鞏義金鼎摻混比例分
別是3：1、l：1、及3：1的混煤中，先磨后混摻混方式的混煤，小于160目的顆
粒粒度群所占百分比均大于先混后磨的同比例混煤(小于160目的顆粒群所占比例
分別是：摻混比例為l：3時(shí)，68．1 3％VS 64．78％；摻混比例為l：1時(shí)，71．08％VS
64．1％；摻混比例為3：1時(shí)，70．85％VS 59．87％)。這說明先磨后混方式中細(xì)小顆
粒群所占比例相較先混后磨方式的大，由于顆粒小，細(xì)煤粉份額較多，內(nèi)部傳熱
熱阻小，在相同的加熱速率下，其綜合燃燒性能就優(yōu)于相同摻混比的先混后磨混
煤。
在2 5平煤大安篩分?jǐn)?shù)據(jù)
1 8()月<160日>200日
圖2 3先路肝魁平鞏1：3粒度分布餅狀目
=霉圓 流詈詈洲 嵌袋一黼耋詈Ⅲ
喪2 7屯洮后磨甲鞏l：3篩分?jǐn)?shù)據(jù)
粒度D(日) >80 80～100 120～100 14肌120 160～140 1 80～160 200～180 <200
平均粒徑(mm)018 0165 01375 01275 01225 0105 0 085 0 0375
卣分比(％1 IO 34 4 86 9 02 4 45 6 5s 25 6 10 58 28 6
2凰655％、—■㈣蕊秘曩■ r。M??
粒度D(目1 >80 8¨100 120～too 14¨120 16¨140 18¨160 200～180<200
平均粒輕(mm)018 0165 0l 375 01275 01225 0105 0 085 O 0375
卣分比(％) 6 6 8 5 6l 8 4 75 2 89 25 5 14 5 30 38
26 2％
4 5％
200日<180U>200H
38％
幽2 5先磨厲混平鞏1：】牡度分布餅狀陶
=== m黜洲洲 嵌袋袋 叫∞ⅢⅢ?㈨
炭2 9九泄肝磨下鞏l：l篩分?jǐn)?shù)據(jù)
29 86％
刳2 7 先磨后棍平鞏3：1豐立度分m餅狀阿
<160>Z00¨
=冒口 =；㈣∞鋤㈤ 漿袋一 齠薹薹?
覆一
在2lI丸混后磨、F鞏3l篩分?jǐn)?shù)據(jù)
粒度D(目) >80 80～1 00 1 20～l 00 140～120】60～140 180～i60 200～l 80 <200
平均粒釋(mm)018 0165 0l 375 01275 01225 0105 0 085 0 0375
卣分比(％1 12 49 7 89 10 39 5 36 4 05 21 9 8 41 29 51
●—“l(fā)“)¨‘|『5<)”>∞8fJ
口【2?{80 80～loo 120～100 140一120 160一140 180～160 20¨l 80<200
平均粒衽(mm) 018 0165 01375 01275 01225 0105 0 085 0 0375
自分比(％) 2 86 4 61 7 05 2 68 4 57 2 86 401 6 35 2l
目2 9鞏義金鼎粒度分布餅狀附
?n10 012 0“n?18
l二3*m#}A＆／-
圖2．IO不同摻混方式l：3混煤篩分曲線
腳211不同摻混方式l：l混煤篩分益線
O*?n12 0???∞
3：l**#}i％，_
圖2 12不同摻混方式3：1混煤篩分曲線
兩種不同摻掘方式下，先磨后混摻混方式相較于先混后磨摻混方式的混煤，
前一種混煤中顆粒較小的煤粉所占比例要大于后～種摻混方式，由于細(xì)煤粉份額
較多，其燃燒性能可能就要優(yōu)于相同摻混比的混煤。
2．3小結(jié)
本章介紹了煤的工業(yè)分析和粒度分布的原理和測(cè)定方法，測(cè)定了兩種單煤和
兩種不同摻混方式下六個(gè)混煤試樣的水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳含量以及不同
摻混方式下所得混煤試樣的顆粒分布情況。
(1)混煤中揮發(fā)分的含量隨著煙煤(平煤天安)比例的增加而增加：但在不同摻混
方式下，相同摻混比例的混煤其揮發(fā)分含量略有差別。產(chǎn)生這種差別的主要原因
是由于先磨后混方式所得混煤中煤粉顆粒粒度更加均勻，較小粒度顆粒份額(比重)
較大，其受熱更加均勻，氣體成分更容易逸出。
f2)從不同摻混方式下的粒度測(cè)試看．先磨后混方式所得棍煤中顆粒較小的煤
粉所占比例要大于先混后磨所得混煤。
罐
飛一隧∞
m
∞
*
*
”
∞
”
o
第三章不同摻混方式混煤熱重實(shí)驗(yàn)及燃燒特性分析
本章采用熱重分析法，在空氣氛圍中，對(duì)燃燒性能相差較大的煙煤和無煙煤
及其以兩種不同摻混方式下按不同比例摻混得到的混煤進(jìn)行燃燒性能熱分析實(shí)驗(yàn)
研究。并根據(jù)對(duì)不同摻混方式下不同配比混煤的TG、DTG曲線的變化情況進(jìn)行分
析比較，從而了解不同摻混方式下混煤燃燒特性的基本規(guī)律以及影響因素，并得
出兩種不同摻混方式的優(yōu)劣。
3．1熱重分析法概述
熱分析是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一類技術(shù)。
在熱分析技術(shù)中，熱重法使用最為廣泛。熱重法是在程序控制溫度下借助熱天平
以獲得物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)，是研究物質(zhì)分解動(dòng)力學(xué)的重要手段之
一，具有試樣用量少，熱解速率快并能在測(cè)定溫度范圍內(nèi)研究原料受熱發(fā)生熱反
應(yīng)的全過程等優(yōu)點(diǎn)。通過各試樣的熱分析，可以了解單、混煤受熱過程中的基本
變化規(guī)律，為研究混煤燃燒過程提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
3．2實(shí)驗(yàn)儀器介紹
(1)用途及使用范圍
本次實(shí)驗(yàn)所使用的儀器是由北京光學(xué)儀器生產(chǎn)廠生產(chǎn)的WCT-2型熱天平。該
微機(jī)差熱天平為高溫型(wCT-1為中溫型的)微機(jī)化的DTA．TG．DTG同時(shí)分析儀，
它可以對(duì)微機(jī)試樣同時(shí)進(jìn)行差熱分析，熱重測(cè)量及熱重微分測(cè)量，廣泛應(yīng)用于化
學(xué)、物理學(xué)、地理、生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域以及化工、冶金、地質(zhì)、電工、陶瓷、
輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)林等行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)、科研單位及廣大院校。
wcT-2型微機(jī)差熱天平是目前國產(chǎn)最新、最先進(jìn)的熱分析儀器。用途十分廣
泛，可進(jìn)行物質(zhì)的能得到物質(zhì)的相轉(zhuǎn)變，凝聚體系的相圖，固體的熱分解，有固
體參加的化學(xué)反應(yīng)，試樣的要求、純度和鑒定，無機(jī)固體的表面吸附物質(zhì)的測(cè)定，
催化活性和多相反應(yīng)速度的研究，液晶，鐵電轉(zhuǎn)換一一居里點(diǎn)，聚合物，煤及其
有關(guān)的含碳物質(zhì)，石油及其有關(guān)產(chǎn)物，纖維，炸藥、推進(jìn)劑和煙火，水凝水泥，
玻璃和陶瓷，配位化合物，空間研究的應(yīng)用，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相變，分解化合、脫水、
吸附、解析、熔化、凝固、升華、蒸發(fā)等現(xiàn)象的研究；可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行鑒別分析，
組份分析，還可進(jìn)行熱參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定。
wCT_2型微機(jī)差熱天平適宜于研究物質(zhì)的相變、分解、化合、脫水、吸附、
解吸、熔化、凝固、升華、蒸發(fā)等現(xiàn)象及對(duì)物質(zhì)作鑒別分析、組分分析、熱參數(shù)
24
測(cè)定和動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定等。該差熱天平帶有真空及氣氛控制系統(tǒng)，可以在真空、
靜態(tài)氣氛及流動(dòng)性氣氛下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
(2)主要技術(shù)指標(biāo)
溫度范圍：
調(diào)溫速度：
程序方式：
差熱量程：
熱重量程：
微分量程：
坩堝容積：
室溫～1500(中溫型為室溫～1100)(℃)
O．1～40，間隔0．1(℃／min)
升溫、保溫、降溫，可分十段設(shè)置
±10、±25、±50、±100、±250、±500、±1000、±2500(uV)
l、2、5、10、20、50、100、200、500，(mg)
2、5、10、20、50(mV／min)
0．06m1
電調(diào)零范圍：±50mg
微機(jī)系統(tǒng)：486或486以上微機(jī)(隨市場(chǎng)而定)
內(nèi)存容積：≥8M
顯示器：37cm彩色
繪圖儀：DXY系統(tǒng)，八筆彩色
繪圖面積：184mm×260mm，A4紙
3．3實(shí)驗(yàn)基本原理及影響因素研究
3．3．1實(shí)驗(yàn)基本原理
WCT-2型微機(jī)差熱天平其基本原理是測(cè)定在溫度程序控制下，樣品質(zhì)量變化
與溫度之間關(guān)系的技術(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果所形成的溫度和質(zhì)量之間的關(guān)系曲線，稱為熱
重(TG)曲線。該儀器主要由以下幾部分組成：
(1)第一部分為儀器主體，它包括加熱系統(tǒng)和稱重系統(tǒng)兩部分組成，加熱部分
由硅碳管電爐組成，其升溫的終止溫度范圍為為120℃～1500℃，升溫速率可由計(jì)
算機(jī)設(shè)定，升溫速率范圍為O．1列min～40科min，可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)置不同
的升溫速率和終止溫度。稱重系統(tǒng)主要由天平組成，它可單獨(dú)使用或通過測(cè)量分
析程序在線使用。同時(shí)可連續(xù)記錄實(shí)驗(yàn)過程中的樣品質(zhì)量，其量程為O～500mg。
(2)第二部分即恒溫水浴系統(tǒng)，主要由加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和循環(huán)泵組成，其
主要作用是為天平系統(tǒng)提供一個(gè)恒定的溫度環(huán)境，從而確保測(cè)量的精確性。一般
情況下，恒溫水浴的水溫調(diào)整應(yīng)至少比室溫高出2℃，以此來避免室溫變化對(duì)天平
測(cè)量精度的影響。其具體工作過程為由控制系統(tǒng)設(shè)定恒溫溫度，由加熱系統(tǒng)執(zhí)行，
并將水體加熱到設(shè)定溫度并恒溫，然后由循環(huán)泵將恒溫水體在天平和恒溫水浴系
統(tǒng)間循環(huán)，以此來保證天平系統(tǒng)在測(cè)量過程中溫度恒定。
(3)第三部分即氣體循環(huán)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)包括氣源(鋼瓶)、流量計(jì)和管路系統(tǒng)組
成。目的是為熱重分析儀提供所需的氣氛氣體和保護(hù)氣體。保護(hù)氣體主要采用各
種惰性氣體(如氮?dú)獾?，目的是為了使實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的氣體盡快排出，以免對(duì)實(shí)
驗(yàn)儀器造成損害。氣氛氣體則根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌捎貌煌臍怏w，如進(jìn)行各種
材料的熱解實(shí)驗(yàn)，則采用惰性氣體作為氣氛氣體；如進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，則根據(jù)不同
的實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟捎醚鯕饣驂嚎s空氣作為氣氛氣體。本實(shí)驗(yàn)主要是研究不同摻混方式
下混煤的燃燒特性，故采用空氣作為氣氛氣體。
(4)第四部分即控制和數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)和熱分析儀專用的
測(cè)量軟件和分析軟件組成。測(cè)量軟件的主要功能為控制熱分析儀的正常運(yùn)作，可
通過測(cè)量軟件設(shè)定不同的實(shí)驗(yàn)條件，如：實(shí)驗(yàn)的終止溫度、升溫速率和采樣速率
等各種參數(shù)，從而設(shè)定不同的實(shí)驗(yàn)條件；另外測(cè)量軟件還可實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)過程中
的各種原始數(shù)據(jù)，如：加熱時(shí)間、溫度以及與溫度相對(duì)應(yīng)的樣品質(zhì)量。分析軟件
則可對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中所采得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析計(jì)算，求取各種參數(shù)，另外還
可對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，滿足其他各種計(jì)算的需要。
3．3．2實(shí)驗(yàn)影響因素研究
熱重法(TG)是在溫度程序的控制下，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度之間的關(guān)系的技術(shù)。
這里值得一提的是，定義為質(zhì)量的變化而不是重量變化是基于在磁場(chǎng)作用下，強(qiáng)
磁性材料達(dá)到居里點(diǎn)時(shí)，雖然無質(zhì)量變化，卻有表觀失重。而熱重法則指測(cè)試試
樣在受熱過程中實(shí)質(zhì)上的質(zhì)量變化【4引。
任何一種分析測(cè)量技術(shù)都必須考慮到測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性和重復(fù)性。為了
要得到準(zhǔn)確性和重復(fù)性好的熱重測(cè)定曲線，就必須對(duì)能影響其測(cè)定結(jié)果的各種因
素仔細(xì)分析。影響熱重法測(cè)定結(jié)果的因素，大致有下列幾個(gè)方面：儀器因素、實(shí)
驗(yàn)條件、參數(shù)的選擇和試樣的影響因素等等。
首先分析析儀器因素。在熱重法測(cè)定中，常常會(huì)發(fā)生熱重基線漂移現(xiàn)象，也
就是說，熱重基線漂移造成了一種試樣質(zhì)量損失或質(zhì)量增加的假象。這種漂移主
要與加熱爐內(nèi)的氣體浮力和對(duì)流作用有關(guān)。當(dāng)試樣受熱時(shí)，周圍的氣體因溫度升
高而膨脹，造成密度變小。結(jié)果氣體對(duì)試樣支持器及試樣的浮力也隨之減小，在
熱天平中表現(xiàn)為質(zhì)量增加。與浮力效應(yīng)同時(shí)存在的是對(duì)流的影響。由于天平系統(tǒng)
置于常溫之下，而試樣周圍的氣體受熱變輕形成向上的熱氣流。這種熱空氣對(duì)流
在天平上引起試樣的表觀質(zhì)量損失。假如加熱爐頂有出氣通道，這種空氣造成的
表觀質(zhì)量損失尤為顯著。如果氣體外溢受阻，上升的熱氣流會(huì)置換上部溫度較低
的氣體，而下降的氣流會(huì)對(duì)試樣支架進(jìn)行沖擊，產(chǎn)生表觀質(zhì)量增加。
另外，存放熱重測(cè)定的試樣容器一坩堝對(duì)熱重曲線有不可忽視的影響。可從
坩堝的大小、形狀和結(jié)構(gòu)材料三個(gè)方面加以討論。坩堝的大小和形狀主要與試樣
的裝填量有關(guān)。當(dāng)試樣量較多時(shí)，使用的坩堝深而且大，造成氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散困
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難，容易使熱重曲線終止溫度和高溫偏移。一般選用的坩堝要輕，傳熱好，有利
于克服氣體產(chǎn)物擴(kuò)散和傳熱不暢造成的滯后對(duì)TG曲線的影響。對(duì)于材質(zhì)，應(yīng)選擇
對(duì)試樣、中間產(chǎn)物、最終產(chǎn)物和氣氛沒有反應(yīng)活性和催化活性的材料作為坩堝的
材質(zhì)。在本次實(shí)驗(yàn)中采用A1203坩堝。在使用鉑坩堝時(shí)，尤其要注意不能用于含磷、
硫、鹵素的高聚物試樣。因此，對(duì)于不同的試樣最好選用不同的坩堝。
其次，要分析實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇對(duì)熱重法測(cè)定結(jié)果的影響。這些實(shí)
驗(yàn)條件和參數(shù)包括升溫速率、實(shí)驗(yàn)氣氛等等。
(1)升溫速率：試樣的升溫速率是靠熱量在介質(zhì)經(jīng)過試樣坩堝再至試樣之間的
傳遞進(jìn)行的。于是，在加熱的爐子和試樣之間形成了溫差。由于試樣的性質(zhì)、尺
寸以及試樣本身的物理或化學(xué)變化引起的熱焙的變化，試樣內(nèi)部形成了溫度梯度。
當(dāng)升溫速率增加，這種溫差也隨之增大。結(jié)果導(dǎo)致熱重曲線的起始溫度和終止溫
度偏高。若提高升溫速率，曲線向高溫方向推移。通常熱重法測(cè)定時(shí)采用的升溫
速率多為5℃／min～40℃／min居多。實(shí)踐表明，熱重法測(cè)定的升溫速率不宜選得的
太快，對(duì)傳熱差的高分子試樣一般選用5～10℃／min，對(duì)傳熱好的金屬一般可選用
10～20℃／min。在作熱重法測(cè)定時(shí)，一定要標(biāo)明升溫速率。
(2)實(shí)驗(yàn)氣氛：熱天平周圍的氣氛對(duì)熱重法的測(cè)定有很顯著的影響。如燃燒反
應(yīng)，要求在實(shí)驗(yàn)過程中有氧氣存在，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，可以通入純氧氣或?
氣；如果是熱解反應(yīng)，則要求通入其他的惰性氣體，以保證反應(yīng)空間內(nèi)是一個(gè)無
氧的環(huán)境。
熱重法可在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)氣氛下進(jìn)行測(cè)定。如果反應(yīng)是可逆的分解反應(yīng)，進(jìn)行
熱重測(cè)定時(shí)采用靜態(tài)氣氛，雖然隨著升溫，分解速率增大，但由于試樣周圍的氣
體濃度增大又會(huì)使分解速率下降。另一方面，由于爐內(nèi)氣體的對(duì)流又會(huì)造成樣品
周圍的氣體濃度不斷地變化。這些因素會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
(3)試樣的影響：試樣對(duì)熱重測(cè)定的影響主要有兩個(gè)方面：即試樣量和試樣粒
度。對(duì)于試樣量，當(dāng)試樣用量多時(shí)，試樣內(nèi)部形成的溫差也大，當(dāng)表面達(dá)到分解
溫度后，要過一定時(shí)間才能使內(nèi)部也達(dá)到分解溫度。一般來講，試樣用量增加會(huì)
使TG曲線向高溫方向偏移。當(dāng)試樣用量在熱天平靈敏度范圍內(nèi)的話，試樣用量盡
量少為好。但有時(shí)為了提高測(cè)定靈敏度，也有增加試樣用量的情況。試樣粒度對(duì)
熱傳導(dǎo)、氣體擴(kuò)散有較大的影響。粒度越小，比表面積越大，反應(yīng)速率越快，熱
重曲線上的起始溫度和終止溫度降低，反應(yīng)區(qū)間變小。同時(shí)要求試樣裝填要顆粒
均勻，為了得到能重復(fù)的結(jié)果，操作時(shí)盡量做到試樣裝填情況一致。
(4)對(duì)于儀器本身的原因，由于條件限制我們只能嚴(yán)格按照其操作規(guī)程進(jìn)行操
作，以此來保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確。具體措旌主要有：在儀器安裝、調(diào)試完成以后，
首先需要用標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，通過利用其自帶的軟件和測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)樣品所
取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成標(biāo)準(zhǔn)的溫度校正文件和靈敏度校正文件，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)
27
行其他后繼的測(cè)量。對(duì)于坩堝的選用，在生物質(zhì)熱解過程中我們選用了A1203坩堝，
其對(duì)我們所測(cè)試的樣品有較高的穩(wěn)定性。為了保證測(cè)量的精度，測(cè)量所用的A1203
坩堝必須預(yù)先進(jìn)行熱處理到等于或高于其最高測(cè)量溫度。除此之外，在各種不同
的實(shí)驗(yàn)條件下，在測(cè)量樣品之前，需要在相同的實(shí)驗(yàn)條件下做基線，然后在基線
的基礎(chǔ)上進(jìn)行樣品的實(shí)際測(cè)量，以此來克服熱重基線的漂移，避免試樣質(zhì)量損失
或質(zhì)量增加的假象，提高測(cè)量的精度。
3．4單、混煤熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
3-4．1熱重實(shí)驗(yàn)曲線及分析
本次實(shí)驗(yàn)中采用05×1．5mm氧化鋁坩堝，試樣為兩種單煤粉、不同摻混方式
所得三種質(zhì)量配比的混合煤粉。實(shí)驗(yàn)基本條件為：試樣lOmg左右，TG量程為10mg，
DTG量程為10mg，min，起始溫度為室溫，終止溫度為1000℃，升溫速率分別為
20℃／min，空氣氣氛下實(shí)驗(yàn)，使用henven軟件控制并得到原始數(shù)據(jù)和曲線圖。
圖3．1～圖3．8是實(shí)驗(yàn)曲線圖，實(shí)驗(yàn)曲線圖是通過數(shù)據(jù)圖象處理軟件Odgin對(duì)
數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得出的，首先用記事本將實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)打開，粗選一下數(shù)據(jù)，將不
合理的數(shù)據(jù)刪去，然后導(dǎo)入Excd中，由于實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)以毫克為計(jì)量單位，為了
形象地說明生物質(zhì)熱解隨溫度失重的百分率，用下式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
TG轉(zhuǎn)換公式為【49】：
姍艫I鬟掣到“毗m， BD
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圖3．1平煤天安煤TG曲線圖3．2先磨后混1：3混煤TG．DTG曲線
將得出的結(jié)果導(dǎo)入Excel中，利用式(4．1)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后用Origin7．5軟件導(dǎo)
入數(shù)據(jù)，然后生成曲線圖，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的標(biāo)明等處理，Ori茁n軟件是Windos平臺(tái)
下用于數(shù)據(jù)分析，工程繪圖的軟件，它的功能大，各國科技工作者均使用該軟件。
從圖3．1的TG曲線上可以看出平煤天安單煤300℃前是煤中失去水份過程因
此失重可i明顯，從400℃開始揮發(fā)分析山失重明顯加快，井在到達(dá)合適溫度時(shí)丌始
著火燃燒，到900℃_左右時(shí)基本趨勢(shì)趨于平緩，達(dá)到最大失重量。在DTG曲線E
可以看出．從300℃左右曲線，r始上升到530℃左右到達(dá)最大值，然后丌始迅速下
降，溫度在700℃時(shí)下降趨勢(shì)丌始減緩，當(dāng)溫度到達(dá)900℃時(shí)又迅速下降。530℃
時(shí)曲線達(dá)到峰值，印揮發(fā)分析出并燃燒達(dá)到最大值，達(dá)到最大失重速率，然后開
始F降。從530℃=j|=始揮友分開始減少逐漸并引燃焦碳，當(dāng)溫度到達(dá)900℃左右時(shí)
焦碳迅速燃燒，DTG曲線迅速下降，950℃左右基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
圈3 3先混后磨l：3混煤TG．DTG曲線圖3 4先磨后混1：I拖煤TG—DTG曲線
圖3 2TG曲線上可以看出400℃前足煤中失去水份過程因此失重不明顯，從
450℃開始揮發(fā)分析出失重明顯加快，并在到達(dá)合適溫度時(shí)丌始著火燃燒，到900
℃左右時(shí)基本趨勢(shì)趨于平緩，達(dá)到最大失重量。DTG曲線上可以看出。從400℃
左右曲線開始上升到650℃左右到達(dá)最大值，然后開始迅速下降，溫度在800℃時(shí)
下降趨勢(shì)開始減緩．當(dāng)溫度到達(dá)900℃時(shí)又迅速下降，930℃左右達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
圖3 3TG曲線上可以看出450℃前是煤中失去水份過程因此失重不明顯．從
450℃開始揮發(fā)分析出失重明顯加快，并在到達(dá)合適溫度時(shí)開始著火燃燒，到900
℃左右時(shí)基本趨勢(shì)趨于平緩，達(dá)到雖大失重量。DTG曲線上可以看出，從400℃
左右曲線開始上升到650℃左右到達(dá)最大值，然后開始迅速下降，溫度在750℃時(shí)
下降趨勢(shì)開始減緩，當(dāng)溫度到達(dá)900℃時(shí)叉迅速下降，在950℃左右基本達(dá)到穩(wěn)定
狀態(tài)。
圖3 4TG曲線上町以看出400℃前是煤中失去水份過程因此失重不明顯，從
450℃開始揮發(fā)分析出失重明顯加快，并在到達(dá)合適溫度時(shí)開始著火燃燒，到750
℃左右時(shí)基本趨勢(shì)趨于平緩，達(dá)到培大失重量。DTG曲線上可以看出，從400℃
左右曲線開始上升在510℃左右形成一個(gè)小的波峰，這個(gè)可能是山于煙煤的揮發(fā)分
析皚到達(dá)溫度先著火而形成，到650℃左右到達(dá)最大值，然后開始迅速下降，當(dāng)溫
度到達(dá)800℃時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
{陡i T(D
圖3 5先棍后磨1：1混煤TO．DTG曲線圖
圖3．5TG曲線上可以看出400℃前是煤中
450℃左右開始揮發(fā)分析出失重明顯加快，并在
800℃左右時(shí)基本趨勢(shì)趨于平緩，達(dá)到最大失重
℃左右曲線開始上升到650℃左右到達(dá)最大值，
830℃時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
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T n，
3 6先磨后混3：l混煤T6．DTG曲線
失去水份過程因此失重不明顯，從
到達(dá)合適溫度時(shí)開始著火燃燒，到
量。DTG曲線上可以看出，從400
然后開始迅速下降，當(dāng)溫度到達(dá)
∞
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圖3 7先混后磨3 l混煤TG-DTG曲線圈3 8鞏義金鼎煤TG．DTG雎線
圖3．6TG曲線上可以看出400℃前是煤中失去水份過程因此失重不明顯，從
450℃左右開始揮發(fā)分析出失重明顯加快，并在到達(dá)合適溫度時(shí)開始著火燃燒，到
800℃左右時(shí)基本趨勢(shì)趨于平緩，達(dá)到最大失重量。DTG曲線E可以看出，從400
℃左右曲線開始上升到530℃左右到達(dá)最大值，然后開始下降，到620℃左右變的
緩慢，到700℃左右時(shí)迅速下降，當(dāng)溫度到達(dá)800℃時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
圖3 7TG曲線上可以看出400℃前是煤中失去水份過程因此失重不明顯，從
450℃左右開始揮發(fā)分析出失重明顯加快，并在到達(dá)合適溫度時(shí)開始著火燃燒，到
920℃左右時(shí)基本趨勢(shì)趨于平緩，達(dá)到最大失重量。DTG曲線上可以看出，從400
℃左右曲線開始上升到540℃左右到達(dá)最大值，然后開始下降，到640℃左右變的
緩慢，到850℃左右時(shí)迅速下降，當(dāng)溫度到達(dá)920℃時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
圖3．8中TG曲線上可以看出500℃前是煤中失去水份過程因此失重不明顯，
從550℃開始揮發(fā)分析出失重明顯加快，并在到達(dá)合適溫度時(shí)開始著火燃燒，到
950℃左右時(shí)基本趨勢(shì)趨于平緩，達(dá)到最大失重量。DTG曲線上可以看出，從450
℃左右曲線開始迅速上升在600℃左右到達(dá)最大值，然后開始迅速下降，當(dāng)溫度到
達(dá)850℃時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
3．4．2單煤和不同摻混方式下混煤的燃燒特性
由于混煤不同組分煤種之間的相互影響、相互作用，其燃燒特性：著火特性、
燃燼特性、穩(wěn)燃特性等和單一煤種相比都有較大的差異，尤其當(dāng)組分煤種的煤質(zhì)
差異較大時(shí)，這種差異更加明顯哪】。
為了更好的描述煤的燃燒特性，檢測(cè)不同摻混方式下混煤的著火特性、燃燒
穩(wěn)定性、燃燼特性方面的區(qū)別，本文利用常用的著火溫度、燃燼溫度、最大失重
速率以及其對(duì)應(yīng)的最大溫度等特征參數(shù)，對(duì)單煤和不同摻混方式下混煤進(jìn)行分析，
并利用可燃性指數(shù)、穩(wěn)燃性指數(shù)以及綜合燃燒特性指標(biāo)，分別對(duì)兩種單煤和不同
摻混方式下的混煤進(jìn)行計(jì)算分析，判斷兩種摻混方式下混煤燃燒特性的優(yōu)劣性。
3．4．2．1燃燒特征溫度和特征參數(shù)的確定
1．著火溫度乃
熱重曲線詳細(xì)描述了煤在燃燒過程中的水分蒸發(fā)、揮發(fā)分析出、著火、燃燒
及燃燼各個(gè)階段中的重要變化及相應(yīng)的變化速度。通過對(duì)試樣記錄曲線的研究，
能確定它們的著火溫度。煤粒在升溫的過程中被外來能量加熱和干燥，lOO℃以上
煤中的水分逐漸蒸發(fā)，隨著溫度的進(jìn)一步升高揮發(fā)分析出，失重量增加，當(dāng)達(dá)到
某一溫度時(shí)，氧化速度迅速增加，失重突然加劇，以及放熱突然加快的瞬間溫度，
可以稱其為著火溫度“。著火溫度“的高低是在外熱源加熱條件一致時(shí)，燃料被點(diǎn)
燃難易程度的一種外在反映，可以直接用來比較煤本身的燃燒性能。著火溫度“
的大小反映了煤種的著火性能或煤種活化能的高低，其數(shù)值越小，表明該煤種著
火越容易。利用熱分析曲線TG和DTG可以得到煤粉的燃燒溫度，從而確定其著
火溫度【51】。如圖3．9所示在DTG曲線上，過峰值點(diǎn)A作垂線與TG曲線相交于一
點(diǎn)B，過B點(diǎn)作TG曲線的切線與TG開始曲線的平行線交于一點(diǎn)C，則此點(diǎn)所對(duì)
應(yīng)的溫度就是通常所說的著火溫度。
2．燃燼溫度砌
燃燼溫度可以定義為煤樣可燃部分燃燒掉98％燃料量時(shí)即TG曲線趨于平緩
時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度砌，該溫度所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為燃燼時(shí)間【521。一般情況下，燃燼所需
時(shí)間越短，其燃燼性能就越好。
3．最大失重速率(最大燃燒速率)(d刪f)用甜
DTG曲線是重量變化速率作為溫度或時(shí)間的函數(shù)被連續(xù)記錄而得到的，DTG
曲線上出現(xiàn)的各種峰對(duì)應(yīng)著TG曲線的各個(gè)重量變化階段，并且峰下的面積與樣品
對(duì)應(yīng)的重量變化是成正比的【531。在熱天平試驗(yàn)中，最大失重速率反映了煤的燃燒
速度。峰值的大小代表失重速率的大小，所以可以從TG．DTG圖上看到最大峰即
最大失重速率(d舢fh口J以及其對(duì)應(yīng)的溫度即為最大失重速率對(duì)應(yīng)最大溫度％甜。
最大失重速率(d刪f)小。的值越大則表明試樣的燃燒越劇烈，最大失重速率對(duì)應(yīng)最
大溫度L。，越低則表明越容易形成較高的燃燒溫度，燃燒越穩(wěn)定。
各試樣的溫度參數(shù)和最大失重速率見表3．1。
3．4．2．2燃燒評(píng)價(jià)指標(biāo)
為了全面評(píng)價(jià)混煤的燃燒性能，本文采用可燃性指數(shù)C6、綜合燃燒特性指數(shù)、
穩(wěn)燃指數(shù)G來對(duì)比兩種摻混方式對(duì)混煤燃燒特性的影響。
1．可燃性指數(shù)【541c6
可燃性指數(shù)a主要反映煤樣燃燒前期的反應(yīng)能力，該值越大，煤的可燃性
越好。其定義式為：
C6=(機(jī)／df)一／Z2 (3·1)
式中砰一著火溫度，℃；
(d刪f)mⅡ廣_最大失重速率，m∥min。
2．穩(wěn)燃性指數(shù)【54】G
煤的燃燒穩(wěn)定性是鍋爐運(yùn)行，特別是變負(fù)荷運(yùn)行工況下能否穩(wěn)定著火的重要
指標(biāo)，它既反映著火難易程度，又體現(xiàn)煤種著火后的燃燒情況。其定義式為：
G=(dw／df)一／互乙(3．2)
式中砰一著火溫度，℃；
(d刪f)朋口廠_最大失重速率，m∥min；
％口廠_最大失重速率所對(duì)應(yīng)的溫度，℃。
3．綜合燃燒特性指數(shù)【55】S
因?yàn)閷?duì)于緩慢加熱的燃燒，燃燒反應(yīng)初期即在著火階段，可認(rèn)為是屬于化學(xué)
反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制區(qū)，即由化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素控制反應(yīng)速度，并可近似地用
A丌henius定律表達(dá)燃燒速率‘561， 即：
(警卜xp【．礎(chǔ)酬(3．3)
式中(爿一燃燒速度；
彳——指前因子o
B一活化能；
32
尺——?dú)怏w常數(shù)。
對(duì)(3．3)式求導(dǎo)，整理得
叁一曇一(I詈—)I。=I=—(爿I一專 ●僅’4，4-
Ed丁k出／ k出J丁2 、7
在著火點(diǎn)有：
嘗曇(戩乃=(锨五專B5，
E df L df／r：￡L出／M丁2 、7
或： 要票f等]c胳：迎堂囂型鱉(3．6)
E d八山／7’：瓦(d∥／出并：￡巧2死、7
式中(詈)ilax一最大燃燒速度．
(詈)i；z一著火’溫度下的燃燒撼
(警)二一平均燃燒速度．
五——燃燼溫度：
乃——-著火溫度。
式(3．6)左邊可作如下解釋：眺表示煤的活性，E值越小。反應(yīng)能力越高；
殺(d∥／df)；：乃為燃燒速度在著火點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率，其值越大，表明著火越猛烈；
(d形／山k／(d形／m)；：7：為燃燒速度峰值與著火時(shí)燃燒速度之比；(d形／df乙／瓦為平均
燃燒速度與燃燼溫度之比，其值越大，表明燃燼越快。這幾項(xiàng)的乘積綜合反映了煤粉的
燃燒特性。
將式(3．6)右邊簡(jiǎn)記為：
s=(d形／出k(d矽／出Z。／Z2瓦(3．7)
綜合燃燒特性指數(shù)S全面反映了試樣的著火和燃燼性能，S的值越大說明試樣
的綜合燃燒性能越好。
各試樣的燃燒特性評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值見表3．1。
3．4．2．4燃燒特性分析
圖3．1 0為兩種單煤的TG．DTG曲線，圖3．11～圖3．13分別為不同摻混方式下
33
相同摻混比例的TG．DTG曲線圖。
從圖3．10中TG曲線可以看出鞏義金鼎煤的TG曲線明顯比平煤天安的右移，
這說明鞏義金鼎的揮發(fā)分析出以及著火燃燒要落后于平煤天安，平煤天安煤的著
火溫度低，鞏義金鼎煤的著火溫度高，說明平煤天安由初始穩(wěn)定狀念達(dá)到活化狀
態(tài)所需要的能量較小，所以著火溫度低；而鞏義金鼎煤由初始穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到活化
狀態(tài)需要吸收較多的能量，因此著火溫度較高，比平煤天安高出了近150℃。并
且鞏義金鼎煤的失重量明顯小于平煤天安的失重量，這同前人的煙煤比無煙煤更
容易著火燃燒的結(jié)論相吻合。
表3．1燃燒特性指數(shù)
∞
嶼
¨
苷
Q3毛
心3
基
n1
n。
n1
枷蜘啪哪!0∞
T(℃)
∞
¨
n33
{
旨
姑一
基
n1
nO
圖3．9著火溫度確定示意圖圖3．10兩種單煤TG．DTG曲線
圖3．10DTG曲線上可以看出平煤天安的波峰明顯比鞏義金鼎的波峰偏向于左
側(cè)，而且高于鞏義金鼎的波峰。這說明平煤天安的最大失重速率大于鞏義金鼎，
而％甜小于鞏義金鼎。煤著火后失重速率越高，其所對(duì)應(yīng)溫度L口工越低，越容易
形成較高的燃燒溫度，燃燒越穩(wěn)定， 燃燼程度也越好。最大失重速率反映的是試
樣在著火后燃燒的強(qiáng)度，最大失重速率越大，試樣在著火后燃燒越劇烈，燃燒溫
竹
∞
町
∞
m
∞
∞
∞
∞
∞
S
9上
度也越高，燃燒越穩(wěn)定。由圖3．10和表3．1的數(shù)值可以得出平煤天安的著火、燃
燼、燃燒穩(wěn)定性能好于鞏義金鼎。這同煙煤燃燒性能比無煙煤燃燒性能好的結(jié)論
吻合。
枷咖鯽1咖
T∞
∞
n●
∞
02瓷
目
a1 b
∞
也1
枷瞄咖'仰
T∞
n7
∞
n5
n40
n3夸
∞宕
Q1
nO
圖3．1l不同摻混方式l：3TG-DTG曲線圖3．12不同摻混方式l：1TG-DTG曲線
由表3．1可得出在不考慮摻混方式的情況下，隨著平煤天安煤比例增加，混煤
的著火溫度逐漸減小，并且其溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于難著火煤鞏義金鼎在相同條件下的
著火溫度，這和其他學(xué)者在無煙煤中摻入煙煤能改變其著火溫度的結(jié)論【57’58l相符
合。對(duì)于兩種不同摻混方式的混合煤粉，圖3．12中先磨后混方式下試樣的TG曲
線的斜率明顯大于先混后磨試樣的斜率而且其失重明顯早于先混后磨試樣，結(jié)合
圖3．14可以看出先混后磨方式所得試樣的著火溫度高于先磨后混試樣，說明先磨
后混試樣著火更容易。從表3．1和圖3．14中還可以看出無論哪種方法得到的混合
試樣其著火溫度都低于難燃煤的著火溫度，并且先磨后混摻混方式的著火溫度要
低于先混后磨摻混方式的著火溫度，這說明少量的煙煤摻混比例就能明顯的降
n5
n4
"一
暑且
＼
吆3
2o
n1
∞
e∞
5∞
5∞
踟
520
已湖
，
柏O
枷
枷
420
枷咖啪1咖∞ ∞ ∞ ∞
T∞ 平煤天安含量(帕
圖3．13不同摻混方式3：lTG．DTG曲線圖3．14不同摻混方式混煤著火溫度
低混煤的著火溫度，并且在相同的條件下先磨后混的摻混方式更有利于混煤的著
火燃燒。
同樣從表3．1和圖3．1 1中可知，平煤天安和鞏義金鼎相比，其燃燼溫度更低，
35
∞
∞
∞
砷
∞
∞
∞
∞
^毒v
2
也可以說明平煤天安的燃燼性能更好。當(dāng)兩種煤相混時(shí)，燃燼性能好的煤占的比
例越大，混煤的燃燼性能也越好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知兩種煤混合后所得混煤的燃燼溫
度有了很大的改善，并且先磨后混摻混方式所得試樣的燃燼溫度要低于先混后磨
摻混方式所得試樣的燃燼溫度，這說明按先磨后混的摻混方式所得混煤的燃燼性
能優(yōu)于先混后磨的摻混方式。
從表3．1、圖3．14～圖3．17中可以看出，相同摻混比例、相同實(shí)驗(yàn)條件下，不
同摻混方式的混煤燃燒熱重曲線基本趨勢(shì)相同，但在具體表現(xiàn)形式上稍有差別。
可以很明顯地看出，先磨后混摻混方式下的混煤，其燃燒速率相較先混后磨摻混
方式的混煤燃燒速率大(其中摻混比例為1：1時(shí)表現(xiàn)尤為突出，先磨后混摻混方式
下混煤的最大燃燒速率為0．61838，而先混后磨方式下混煤的最大燃燒速率就為
O．399)，并且燃燒過程更集中(先磨后混摻混方式下，失重主要集中在330℃～780
℃溫度區(qū)間，而先混后磨摻混方式，失重溫度范圍要寬些，大約在330℃一830℃溫
度區(qū)間)。
伽∞
∞O
一咖p
卜
咖
咖
囈
O．20
■ n'B
×
蟠“’6
擺
掣
鬃o(hù)．¨
囂
O．12
n10
40 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 卯∞ m ∞
混煤中平煤天安臺(tái)量(％) 平煤天安含量(％)
圖3．15不同摻混方式下混煤燃燼溫度圖3．16不同摻混方式下混煤穩(wěn)燃指數(shù)
由以上分析可知混煤的著火性能取決于煙煤所占比例，其綜合燃燒性能隨著
煙煤比例的增大而增強(qiáng)，在所選取的比例中以平煤天安和鞏義金鼎3：l時(shí)燃燒性能
為最好。從表3．1中可看出，在各種摻混比例下，先磨后混摻混方式下的混煤其著
火溫度、燃燼溫度、及最大燃燒速率對(duì)應(yīng)溫度都比先混后磨摻混方式下的混煤低；
其最大燃燒速率在相同的摻混比例下，基本上也比先混后磨摻混方式下的混煤大。
在鞏義金鼎中加入了平煤天安煤后混煤的可燃性指數(shù)∞增大，表明該試樣的燃燒
性能變好；同時(shí)穩(wěn)燃指數(shù)G和燃燒綜合特性指標(biāo)S都有所增大，這表明在難燃的
無煙煤鞏義金鼎中摻入煙煤平煤天安，可以改善其著火溫度；同樣還可以看出按
照先磨后混的摻混方式得到的混合煤粉其各項(xiàng)參數(shù)也都優(yōu)于先混后磨的摻混方
式。
36
3．5小結(jié)
加∞ 40 ∞ ∞ 70 ∞
平煤天安含量(％)
圖3．17不同摻混方式下混煤綜合燃燒特性指數(shù)
本章介紹了熱重實(shí)驗(yàn)基本原理及其影響因素，并對(duì)各試樣在相同的實(shí)驗(yàn)條件
下進(jìn)行了熱重實(shí)驗(yàn)，且著重分析了兩種摻混方式下的混煤的著火溫度A、燃燼溫
度砌、最大失重速率以(d刪f)辨似及其對(duì)就的最大溫度砌似。對(duì)混煤的可燃性指
數(shù)C6、綜合燃燒特性指數(shù)S、穩(wěn)燃指數(shù)G進(jìn)行了對(duì)比。
(1)在相同的實(shí)驗(yàn)條件下無煙煤的著火、燃燼性能、燃燒穩(wěn)定性能都明顯比煙
煤的差。作為無煙煤的鞏義金鼎著火溫度比平煤天安高出了l 50℃；平煤天安的最
大失重速率大于鞏義金鼎，且％甜小于鞏義金鼎。失重速率越高，其所對(duì)應(yīng)溫度
L口工越低，越容易形成較高的燃燒溫度，燃燒越穩(wěn)定，燃燼程度也越好。
(2)在相同升溫速率、質(zhì)量比的情況下，先磨后混方式下的混煤同先混后磨方
式下的混煤相比，其各項(xiàng)著火特性、燃燒特性都有所改善，先磨后混方式優(yōu)于先
混后磨方式。
(3)另外在相同升溫速率、質(zhì)量比的條件下，先磨后混摻混方式下所得混合煤
粉同先混后磨摻混方式所得煤粉相比，前者的綜合燃燒特性指數(shù)S、可燃性指數(shù)
C6、穩(wěn)燃性指數(shù)G都優(yōu)于后者。
37
4
2
O
8
6
4
1
，
，
O
O
O
臺(tái)H×∞籟霉趟搬瓔饕姐婚
第四章燃燒動(dòng)力學(xué)研究
在上一章中對(duì)熱重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，利用著火溫度、燃燼溫度、最大
失重速率及其對(duì)應(yīng)最大溫度、可燃性指數(shù)C6、穩(wěn)燃性指數(shù)G、綜合燃燒特性指數(shù)
S對(duì)不同摻混方式下三種比例的混煤進(jìn)行了研究，得到了相關(guān)的規(guī)律?；罨苁欠?
應(yīng)物的基本粒子由非活化狀態(tài)達(dá)活化狀態(tài)所需能量。燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)是描述煤與
氧反應(yīng)性能最基本的參數(shù)。在燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)中，活化能是一個(gè)十分重要的參數(shù)，
它代表反應(yīng)物的分子由初始穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榛罨肿铀栉盏哪芰?。活化能比?
火溫度更能從本質(zhì)上描述煤的著火性能為了進(jìn)一步了解不同摻混方式對(duì)混煤燃燒
特性的影響，本章將從燃燒動(dòng)力學(xué)方面對(duì)兩種不同摻混方式下所得混煤做進(jìn)一步
的研究。
4．1熱重動(dòng)力學(xué)概述
熱重法【59】(TG)是在程序控制下，測(cè)量物質(zhì)與溫度之間關(guān)系的技術(shù)。它具有速
度快、試樣用量少、對(duì)反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物不需要進(jìn)行分析，還可以對(duì)反應(yīng)的全過
程進(jìn)行研究，因此它是研究化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的重要手段之一。本文采用熱重法對(duì)
混煤燃燒動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。
4．1．1反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式
燃燒過程的反應(yīng)方程式可以用熱重動(dòng)力學(xué)的基本表達(dá)式表示如下：
A(固體)一B(固體)+C(氣體) (4．1)
根據(jù)熱重曲線，先求出變化率Q： 口口=—：—衛(wèi)L—一：=—竺— (144．．2Z)1 ％一，‰z帆‘。
式中，聊r試樣起始質(zhì)量；
肌——試樣在時(shí)間t時(shí)的質(zhì)量；
研∞——試樣反應(yīng)結(jié)束時(shí)的質(zhì)量；
則，分解速率為：
式中， 七為速率常數(shù)。
根據(jù)A丌henius公式
一警=：KI七，QZ)- 山、7 (4．3)
七=彳P盯(4．4)
式中，彳——頻率因子，
D一活化能，
R——?dú)怏w常數(shù)。
(4．3)中的函數(shù)k(0【)取決于反應(yīng)機(jī)理。對(duì)于簡(jiǎn)單反應(yīng)，
后(口)=(1一口)4 (4．5)
(4．5)式中n為反應(yīng)級(jí)數(shù)，將(4．5)和(4．4)代入(4．3)，則可以得到燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
方程的一般表達(dá)式為：
—等—：=彳彳PP{劇(1I一l一口口)”l ((44．．66)l
df 、7 、7
4．1．2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法
利用熱天平研究反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程，常采用兩種實(shí)驗(yàn)方式‘60】：等溫方式和非等
溫方式。等溫法(或稱靜態(tài)法)是用化學(xué)法或其它物理方法研究動(dòng)力學(xué)時(shí)普遍采用的
方法，是使樣品處在恒溫的狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。非等溫法(或稱動(dòng)態(tài)法)，指的是
試樣的溫度是隨時(shí)間按線性方式變化的，試樣在不同溫度下的質(zhì)量由熱天平連續(xù)
記錄下來。其主要優(yōu)點(diǎn)在于可以從一條熱重曲線上獲得有關(guān)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，并且
是在從開始到結(jié)束的整個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)對(duì)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行觀測(cè)。本文采用非等溫法。
從實(shí)驗(yàn)測(cè)定的熱重曲線獲得反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)的常用數(shù)學(xué)處理方法有微分
法和積分法。微分法需要用到精確的微商熱重?cái)?shù)據(jù)，而微商熱重?cái)?shù)據(jù)往往是熱重
數(shù)據(jù)數(shù)值微分然后平滑處理之后的結(jié)果，并且曲線對(duì)試驗(yàn)條件較敏感，存在較大
的誤差。對(duì)于煤粉的燃燒來說，由于固體本身參與了反應(yīng)，因此這個(gè)過程氣固兩
相的催化動(dòng)力學(xué)反應(yīng)是不相同的。煤粉燃燒反應(yīng)中，高分子主鏈發(fā)生無規(guī)則烈解，
并且反應(yīng)的進(jìn)行有賴于氣體的擴(kuò)散，涉及相界面控制，所以不適宜應(yīng)用微分法研
究其動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化。由于以上原因本文采用積分法進(jìn)行燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求
解。
4．2燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)求解與分析
4．2．1燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)求解原理
對(duì)于熱重分析的非等溫過程，溫度T和時(shí)間T存在如下關(guān)系：
乒乃邯·f (4．7)
式中，乃卜一升室溫溫速；率。
聯(lián)立方程(4．6)、(4．7)，并整理可以得到：
39
等=妒(·一口)”
對(duì)方程(4．8)兩邊積分處理得到：
旖=號(hào)pr
播=參等(-一警)e沖(一蠢)
對(duì)方程式(4．10)積分，整理，兩邊取對(duì)數(shù)，得
當(dāng)n≠1時(shí)，
當(dāng)n=1時(shí)，
h[箭H鼢警)愕
h[半]=ln[篙(t一警)]-畚
(4．8)
(4．9)
(4．10)
(4．11)
(4．12)
式(4．11)和(4．12)且口為Coats-Redfempu方程
由于對(duì)一般的反應(yīng)溫區(qū)和大部分的E值而言’寺》1，(1一警卜所以方程(4．11)和(4．12)右端第一項(xiàng)幾乎都是常數(shù)，因此，當(dāng)n≠1時(shí)，lIl[籬]對(duì)；
作圖；而當(dāng)n_l時(shí)，lnI蘭丐}墮l對(duì)；作圖，兩種情況下都能得到一條直線，此
直線的斜率為一簧，由直線的斜率和截距可以確定反應(yīng)的活化能和頻率因子。
4．2．2燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求解和數(shù)據(jù)分析
本文在描述煤的燃燒機(jī)理時(shí)，將DTG曲線分為兩部分，在DTG峰值的前后
分別采用不同的燃燒機(jī)理模型來描述。反應(yīng)機(jī)理函數(shù)豇@)=(1一口)”中的反應(yīng)級(jí)數(shù)n
在DTG峰值前后分別選取O．2，0．3，0．5，O．75，1．0，1．5，2．O。當(dāng)n≠1時(shí)， hl[籬]為縱坐標(biāo)，吾為橫坐標(biāo)作圖，然后對(duì)所得曲線進(jìn)行擬合；而當(dāng)n2l
時(shí)，lnI二坐參型I為縱坐標(biāo)，對(duì)；為橫坐標(biāo)作圖，然后對(duì)所得曲線進(jìn)行擬合得到擬
合方程表示為Y=A+BX。為了作圖方便把方程(4．1 1)和(4．12)中等式左側(cè)用】nG(a)
表示。
本文以平煤天安煤為例列出詳細(xì)計(jì)算過程。
蝰前濡唐區(qū)間為460～530℃．蝰后濡席區(qū)間為530～590℃。
40
表4．1平煤大安峰前參數(shù)表
-'．8
．2-o
一鋤∞
o
三
“
利用表4．1的數(shù)據(jù)做擬合曲線圖如下：
1．26 1．2B 1．3D 1翌1．3． 1麓
1，r(×lO’
圖4．1峰前n=0．2擬合曲線
1．2B 1．∞ 1．藿1．M '蕊
1，r(×l呻
圖4．3峰前n=0．5擬合曲線
41
．2●
'．2B 1．2B '∞ 'j2 1 3． 1冀
1，r(×ln
圖4．2峰前n=O．3擬合曲線
1．2B 1．2B 130 1．蟹1．軸1．∞
1廠r(×1噸
圖4．4峰前n=O．75擬合曲線
拍
一口一o
uI
—e)ouI ^B)oul
．4$
-12
．1．●
-'-e
一百
呈·1J
1．為1．2B 1∞ 1衛(wèi)'爿’蕊
1，r(xl吶
圖4．5峰前n_1．5擬合曲線
1舶1重1曩1墨
1，r(×l叻
圖4．7峰前n=1擬合曲線
1瑚1翌1捌1屆
1，r(×103l
圖4．6蜂前n-2擬合曲線
1．俺"8 1j時(shí)'．復(fù)
們。(×1噸
圖4．8峰后n=0．2擬合曲線
表4．2峰前擬合方程相關(guān)參數(shù)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)
從以上數(shù)據(jù)可以得出峰前，n=l時(shí)，線形關(guān)系最好，擬合方程為
Y=9．58777—8．6113X。所以后(口)=(卜口)1是最適合用來描述該段反應(yīng)機(jī)理的方程。
活化能E=71．56265 kJ／mol，頻率因子A=2．51×106 S‘1
42
舢
一B)ouI
表4．3平煤天安峰后參數(shù)表
利用表4．1的數(shù)據(jù)做擬合曲線圖如下：
矗6
i
萬．a(chǎn)7
三
．¨
'’6 118 1∞ 1忽1盈1墨
1，r(xln
圖4．9峰后n=O．3擬合曲線
1．'B 1．侶1．∞ 1衛(wèi)’捌'a
1廠r(×tn
圖4．1l峰后n=0．75擬合曲線
43
田
o
C
'．侶1．他1皿1丑1盈'蓋
1，r(xI的
圖4．10峰后n=O．5擬合曲線
”6 1．他1∞ 1五1塒1石
1，r(×l的
圖4．12峰后n=1．5擬合曲線
一e)o
uI
一_一o
uI
m2
也3
州
也5
言舶
。
三也7
電8
．09
-1D
1'6 '．'8 1曲1衛(wèi)1塒1篇
1，r(×Ioal
圖4．13峰后n=2．0擬合曲線
也5
也6
也7
也8
言
宅∞
●-
。1D
．1．1
．1上
1．16 1．'8 1．2D 1．22 '．硝'．26
1廠r(×l的
圖4．14峰后n=1．0擬合曲線
表4．3峰后擬合方程相關(guān)參數(shù)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)表
從以上數(shù)據(jù)可以得出峰后，n=2時(shí)，線形關(guān)系最好，擬合方程為
Y=9．3 102-8．25963X。所以后他)=(1一口)2是最適合用來描述該段反應(yīng)機(jī)理的方程。
活化能E=68．63753 kJ／mol，頻率因子A=1．83×106 S～。
利用同樣的方法求鞏義金鼎和兩種不同摻混方式下的6個(gè)混煤試樣的動(dòng)力學(xué)
參數(shù)如表4．4所示，最適合的反應(yīng)級(jí)數(shù)和線形關(guān)系最好的擬合方程如表4．5所示。
表4．4鞏義金鼎及混煤峰前動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)
表4．5鞏義金鼎及混煤峰前反應(yīng)級(jí)數(shù)和擬合方程
試樣溫度范圍頻率因子A(s‘1) 活化能E(kJ／m01) 相關(guān)系數(shù)
由表4．3和表4．7可以看出在本文給出的實(shí)驗(yàn)條件下，反應(yīng)指數(shù)并不和其他學(xué)
者得出的煤的燃燒反應(yīng)通常描述為一級(jí)反應(yīng)【62。671的結(jié)論一致。從本文所選的級(jí)數(shù)
來看是二級(jí)反應(yīng)較多，對(duì)于所選煤種可能二級(jí)反應(yīng)更適合些，反應(yīng)級(jí)數(shù)和煤種以
及反應(yīng)條件有關(guān)。但本文還是通過計(jì)算選擇了相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最接近1的，線形
關(guān)系最好的反應(yīng)級(jí)數(shù)來計(jì)算得出動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
表4．7鞏義金鼎及混煤峰后反應(yīng)級(jí)數(shù)和擬合方程
45
：，=¨j＼j、＼。≮：、。。+一勰 ：Ij＼＼ -鬻-鬻22 LΣ筆懇∞ ∞ ∞ ∞ ’∞
T獻(xiàn)女*t∞
5不同摻混方式r峰前活化能目4 l 6不同摻混方式下峰后活化能
表4 4、表4．6以及圖4 15、4 16可以看出，無煙煤(鞏義金鼎)的活化能值最
大，煙煤r平煤天安)的最?。疅o論哪種摻混方式下的混煤活化能值都介于無煙煤和
煙煤之間。這說明煙煤的活性最大，其由初始狀態(tài)達(dá)到活化狀態(tài)所需能量最小，
這和上一章中分析得到的煙煤的著火溫度最低的結(jié)論一致。隨著平煤天安比例增
加，相應(yīng)階段的活化能基本都在降低，這說明摻入煙煤f平煤天安)有利于燃燒，這
和燃燒評(píng)價(jià)指標(biāo)的結(jié)論也一致?？梢?，易著火煤的摻混對(duì)難著火煤的著火性能改
善有很大幫助。當(dāng)摻混比例大干50％毗上時(shí)，隨著平煤天安比例增加，活化能繼
續(xù)下降，且下降的幅度更大，或者說下降的更急，這也與著火溫度的變化情況基
本相同。同時(shí)還可以看出，不同溫度段的煤的活化能和頻率因子之間存在一種關(guān)
系，即在相同下，活化能增大，頻率因子也增大，頻率因子增加幅度比活化能的
大。
兩種不同的摻混方式下比較。從表4．3～4 7．圖4 15和圖4．16可以看出在相
同的摻混比例下，峰前先磨后混的方式比先混后磨方式的活化能和頻率因子都要
低，其變化趨勢(shì)基本上是由隨著煙煤(平煤天安)摻混比例的增加而變急；峰后兩種
摻混方式活化能的變化隨著煙煤(平煤天安)摻混比例的增加整體趨勢(shì)是減小，先磨
后混方式在小于25％時(shí)表現(xiàn)的較急，大于25％小于50％時(shí)又相對(duì)變緩，當(dāng)比例大
于75％時(shí)變化趨勢(shì)明顯變急。先混后磨方式在小于25％時(shí)降低速度比先磨后混快，
在25％到50％區(qū)倒時(shí)反而比先磨后混的變化更快，尤其在50％到75％區(qū)間基本沒
有什么變化。然后又急劇下降。另外一點(diǎn)不同于峰前的是在I：1比例時(shí)先磨后混
方式的活化能小于先混后磨方式。總體來說兩種摻混方式的規(guī)律是先磨后混方式
的話化能較先混后磨方式的小，這也和卜一章中的著火特性相符臺(tái)。
4．3小結(jié)
本章從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)入手，介紹了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基本表達(dá)式以及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的
求解過程，對(duì)單煤和兩種不同摻混方式下的混煤動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行比較分析。得出：
(1)反應(yīng)級(jí)數(shù)和煤種以及反應(yīng)條件有關(guān)，并不是所有的反應(yīng)級(jí)數(shù)都是一級(jí)的。
(2)鞏義金鼎的活化能大于平煤天安的活化能，在鞏義金鼎中摻混平煤天安，
隨著平煤天安摻入量的增加混煤的活化能將會(huì)逐漸變小并趨近于平煤天安的活化
能，并且混煤的活化能始終介于兩種成分煤之間。
(3)在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，兩種不同的摻混方式所得混合煤粉的活化能比較表
明，先磨后混摻混方式下的混煤活化能小于先混后磨方式，這與上一章所得燃燒
特性比較所得結(jié)果相符合，進(jìn)一步說明了先磨后混方式比先混后磨方式更能發(fā)揮
混煤燃燒特性的優(yōu)越性。
47
第五章臥式爐半工業(yè)試驗(yàn)和電廠工業(yè)試驗(yàn)研究
為檢驗(yàn)不同摻混方式的實(shí)際燃燒狀況，在臥式煤粉燃燒爐上進(jìn)行了不同摻混
方式下的混煤燃燒試驗(yàn)，通過對(duì)不同摻混方式下混煤燃燒的飛灰含碳量的對(duì)比，
從而確定兩種不同摻混方式下混煤燃燼特性的優(yōu)劣。并根據(jù)課題組在湖南華電某
發(fā)電公司3、4號(hào)300MW鍋爐上進(jìn)行的工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證本文結(jié)果。
5．1臥式爐半工業(yè)試驗(yàn)研究
5．1．1臥式爐簡(jiǎn)介
本次實(shí)驗(yàn)采用的是長(zhǎng)沙理工大學(xué)燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要組件為一臥
式爐以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。臥式爐主要組成部分為：爐膛燃燒室本體、燃油系統(tǒng)、
煤粉倉、煤粉絞龍、給料電機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)、空氣加熱器、二次風(fēng)分配器、引風(fēng)
機(jī)、旋風(fēng)分離器等組成。試驗(yàn)系統(tǒng)如圖5．1所示。
圖5．1臥式煤粉爐燃燒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖
5．1．2臥式爐系統(tǒng)組成
燃燒臺(tái)本體：煤燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)的爐膛呈～字型布置，由下部的鋼架支撐，以保
證爐膛的整體性。燃燒室橫截面為0．4×0．5m，長(zhǎng)度為4m，燃燒器從上到下布置
為上二次風(fēng)、中二次風(fēng)、下二次風(fēng)。燃燒室熱負(fù)荷為16×104kcal／h，斷面熱負(fù)荷
為9．2×105kcal／h，爐膛根據(jù)測(cè)試需要布置看火孔、測(cè)量孔、人孔及防爆門。爐墻
48
由里向外依次為耐火混凝土、普板、硅酸鋁纖維氈、泡沫石棉，最外層由不銹鋼
板作外包裝。
送風(fēng)系統(tǒng)：由送風(fēng)機(jī)來的冷空氣經(jīng)過爐膛尾部的空氣預(yù)熱器、電加熱器加熱
到250℃，再經(jīng)分配器分別送往一、二次風(fēng)噴口，通過閥門調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的流量。
引風(fēng)系統(tǒng)：煙氣經(jīng)過炮膛發(fā)問的空氣預(yù)熱器冷卻和旋風(fēng)分離器的除塵，由引
風(fēng)機(jī)通過排煙通道排到大氣中。
空氣預(yù)熱系統(tǒng)：空氣預(yù)熱器采用電加熱器，一共9根電加熱絲，分成3組，
每三根電加熱器為一組，每組采用△接線法，每組的功率是18kw。
燃料輸送系統(tǒng)：煤粉倉的煤粉在給粉絞龍的推動(dòng)下，進(jìn)入落粉管，與一次風(fēng)
混合進(jìn)入燃燒室，給粉絞龍用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，給粉量可以調(diào)節(jié)。
燃油系統(tǒng)：燃油系統(tǒng)由油泵、油槍和儲(chǔ)油罐組成，油泵為特制柴油齒輪泵，
油槍采用兩個(gè)特制油中級(jí)儲(chǔ)油罐為1m×lm×1m。
燃燒器：燃燒器從上到下布置為上二次風(fēng)、中二次風(fēng)、一次風(fēng)、下二次風(fēng)。
對(duì)煤粉早期混合影響較大的是中二次風(fēng)和下二次風(fēng)，下二次風(fēng)要起托粉作用，所
以下二次風(fēng)率保持不變，通過改變中二次風(fēng)和上二次風(fēng)之間的風(fēng)量分配來達(dá)到分
級(jí)送風(fēng)的效果。一次風(fēng)率設(shè)計(jì)值為34％，過量空氣系數(shù)為1．25，給粉量為36kg／ll，
一、二次風(fēng)溫為350℃。
5．1．3計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
5．1．3．1計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控任務(wù)
燃料和空氣供給系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警與保護(hù)：針對(duì)不同種類的燃料，建
立煤、輕油燃燒的切換模塊，合理組織燃料的入爐，包括一、二次風(fēng)分配，前吹
掃，自動(dòng)點(diǎn)火，火焰檢測(cè)，燃燒投切等，并給出相應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、上下限報(bào)警與
超高值保護(hù)信號(hào)。
送風(fēng)量的監(jiān)測(cè)、控制：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制送風(fēng)量，保證爐膛內(nèi)燃料燃燒。
爐膛負(fù)壓的監(jiān)測(cè)、控制：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐膛負(fù)壓，并控制負(fù)壓在(．30～．50)Pa范圍。
爐膛前、中、后部的溫度、爐膛出口煙溫、排煙溫度的監(jiān)測(cè)與報(bào)警實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
爐膛的前部、中部和后部的溫度，同時(shí)對(duì)爐膛尾部的出口煙溫、排煙溫度進(jìn)行實(shí)
時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)極限溫度報(bào)警。
供風(fēng)、冷卻、除灰、煙氣系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警與保護(hù)一、二次風(fēng)溫、風(fēng)壓
檢測(cè)，空預(yù)器進(jìn)出口溫度及電加熱溫度檢測(cè)，一、二次風(fēng)量檢測(cè)，煙氣氧量在線
檢測(cè)等，控制各參數(shù)在正常的范圍之內(nèi)，并對(duì)其進(jìn)行超限報(bào)警與保護(hù)。同時(shí)提供
燃燒介質(zhì)采樣口，以便進(jìn)行煤粉顆粒等的采樣分析。
著火可視化檢測(cè)：通過布置在爐膛前部的火焰探頭，得到著火火焰圖像，通
過計(jì)算機(jī)處理后，得到著火火焰溫度分布、著火距離等，以指導(dǎo)相應(yīng)的燃燒調(diào)整
49
和分析。
5．1．3．2監(jiān)控系統(tǒng)
溫度采集系統(tǒng)：溫度監(jiān)控利用熱電偶采集溫度值，熱電偶將測(cè)得的溫度值以
4～20mA的電流輸入計(jì)算機(jī)模擬量采集板卡，計(jì)算機(jī)經(jīng)過處理得出熱電偶測(cè)得的
溫度值。
流量壓力采集系統(tǒng)：流量壓力采集系統(tǒng)中一次風(fēng)和上中下三個(gè)二次風(fēng)的采集
利用管道中的差壓，用差壓變送器測(cè)出其差壓，以4～20mA的電流輸入計(jì)算機(jī)模
擬量采集板卡，計(jì)算機(jī)經(jīng)過處理得出管道中一二次風(fēng)的流量。
爐膛負(fù)壓利用爐膛和大氣的差壓用差壓變送器測(cè)量，差壓變送器輸出4～
20mA的電流輸入計(jì)算機(jī)模擬量采集板卡，計(jì)算機(jī)經(jīng)過處理得出爐膛內(nèi)部的負(fù)壓
值。
火焰監(jiān)控系統(tǒng)：火焰監(jiān)控系統(tǒng)采用CCD彩色攝像機(jī)拍攝，SDK～2000視頻卡
采集圖像。通過CCD火焰探測(cè)器獲得鍋爐爐膛火焰的燃燒信息，經(jīng)過計(jì)算機(jī)圖像
處理，得出火焰溫度圖像。
5．2試驗(yàn)方法和步驟
在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中嚴(yán)格按照燃燒試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)操作說明書來進(jìn)行操作動(dòng)作。
(1)檢查燃燒試驗(yàn)臺(tái)的每個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)備是否正常。
(2)在確認(rèn)燃燒試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)備都處于正常狀態(tài)則可以進(jìn)行試驗(yàn)，先將系統(tǒng)總電
源打開，系統(tǒng)控制設(shè)備通電，打開本次試驗(yàn)所需的控制和監(jiān)控設(shè)備。本次試驗(yàn)為
打開變頻器控制柜內(nèi)部【鼓風(fēng)機(jī)】、【引風(fēng)機(jī)】、【油泵】、【給煤機(jī)】【計(jì)算機(jī)柜】和
【本柜控制】空氣開關(guān)。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，打開監(jiān)控程序，將變頻器控制柜控制打向
【計(jì)算機(jī)控制】，電加熱器控制柜控制打向【遠(yuǎn)操】。
(3)開啟引風(fēng)機(jī)，將引風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率調(diào)到最大50Hz，15秒之后打開鼓風(fēng)機(jī)，
將鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率調(diào)到最大50Hz，對(duì)整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的通道進(jìn)行吹掃。
(4)用電加熱器加熱空氣升高爐膛平均溫度至100℃左右
(i)吹掃5分鐘之后將鼓風(fēng)機(jī)頻率調(diào)至10Hz，引風(fēng)機(jī)頻率調(diào)至20Hz，此時(shí)
爐膛負(fù)壓為一10Pa左右，保持爐膛負(fù)壓不變，微調(diào)引風(fēng)機(jī)。
(ii)開電加熱器，打開第一組電加熱絲，用電加熱器加熱空氣來升高爐膛溫
度。
(iii)加熱半小時(shí)之后關(guān)閉第一組電加熱絲，打開第二組電加熱絲繼續(xù)加熱升
高爐溫。
(iv)在第二組電加熱絲加熱半小時(shí)后關(guān)閉第二組電加熱絲，同時(shí)打開第一組
和第三組電加熱絲，加快爐膛升溫。
50
(v)在第一組和第三組電加熱絲同時(shí)被打開半小時(shí)后爐膛平均溫度達(dá)到loo
℃左右，此時(shí)將第一組和第三組電加熱絲關(guān)閉，打開第二組電加熱絲，使電加熱
器出口空氣溫度保持在250℃。做完這些操作后準(zhǔn)備投油點(diǎn)火升溫。
(5)投油燃燒提升爐膛溫度至1200℃
(譏)用1．5號(hào)油嘴來點(diǎn)火，燃燒半小時(shí)使?fàn)t膛前部平均溫度升至500～800
℃，爐膛尾部平均溫度升至200～400℃。
(誠)1．5號(hào)油嘴燃燒半小時(shí)之后，爐膛前部平均溫度升至500～800℃，爐膛尾
部平均溫度升至200～400℃。用第二根油槍上4號(hào)油嘴，將4號(hào)油嘴的油槍放進(jìn)
爐膛點(diǎn)火燃燒后將1．5號(hào)油嘴關(guān)閉退出爐膛。根據(jù)煙氣氧量指示，加大送風(fēng)量，將
鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率調(diào)制13Hz，使煙氣氧量保持在6～8％；增大引風(fēng)機(jī)運(yùn)行至25Hz，
同時(shí)微調(diào)引風(fēng)機(jī)頻率，使?fàn)t膛負(fù)壓保持在．10Pa左右，使?fàn)t膛溫度繼續(xù)上升。
(Viii)4號(hào)油嘴燃燒半小時(shí)之后爐膛前部平均溫度為800～l000℃，爐膛尾部平
均溫度為400～500℃。將第一根油槍換上6．5號(hào)油嘴，將第一根油槍進(jìn)入爐膛點(diǎn)
火燃燒，6．5號(hào)油槍點(diǎn)燃之后將4號(hào)油嘴的油槍關(guān)閉退出爐膛。根據(jù)煙氣氧量指示，
加大送風(fēng)量，將鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率調(diào)至26Hz，使煙氣氧量保持在6～8％；增大引風(fēng)
機(jī)運(yùn)行頻率至34Hz，同時(shí)微調(diào)引風(fēng)機(jī)頻率，是爐膛負(fù)壓保持在．10Pa左右，繼續(xù)
加熱爐膛。
(iX)用6．5號(hào)油嘴燃燒O．5小時(shí)之后爐膛前部平均溫度達(dá)到1100～1200℃，
爐膛尾部平均溫度為500～600℃。準(zhǔn)備投煤粉燃燒。
(6)投煤粉燃燒，調(diào)整送風(fēng)量和一、二次風(fēng)量的比例，使煤粉脫離燃油獨(dú)立燃
燒。
(x)打開給煤機(jī)，給煤機(jī)頻率調(diào)至3Hz，小煤量煤粉投進(jìn)爐膛，關(guān)閉6．5號(hào)油
嘴，停止燃油燃燒，同時(shí)根據(jù)煙氣氧量指示調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的頻率來調(diào)節(jié)送風(fēng)量，引
風(fēng)機(jī)則根據(jù)爐膛負(fù)壓來調(diào)整，使?fàn)t膛負(fù)壓維持在．10Pa左右。調(diào)節(jié)總送風(fēng)量和一次
風(fēng)、上中下二次風(fēng)的風(fēng)量，觀察煤粉的燃燒情況，使之形成火焰。如果爐膛前部
溫度下降至looO℃，則插入油槍助燃提升爐膛溫度，待爐膛溫度升至給煤前水平，
就關(guān)閉油槍，繼續(xù)調(diào)節(jié)送風(fēng)量和引風(fēng)量。
(I)經(jīng)過30分鐘的調(diào)節(jié)送風(fēng)量和抽風(fēng)量，煤粉終于在沒有投油的情況下形成
火焰。此時(shí)鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)頻率12Hz，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率28Hz，爐膛負(fù)壓．15Pa，一次
風(fēng)量25m3／h，上二次風(fēng)量11m3／ll，中二次風(fēng)量25m3／Il，下二次風(fēng)量13m3／h。此時(shí)
煙氣氧量為15．O％。此時(shí)不是鍋爐的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，還需繼續(xù)調(diào)節(jié)。
(II)加大給煤量繼續(xù)調(diào)節(jié)，經(jīng)過20分鐘的調(diào)節(jié)終于使?fàn)t膛處于最優(yōu)運(yùn)行狀
態(tài)，此時(shí)給煤機(jī)運(yùn)行頻率7．8Hz，給煤量為40kg／ll，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率為24Hz，引
風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率為36Hz，爐膛負(fù)壓．18Pa，煙氣氧量7．18％，一次風(fēng)量60m3／h，上二
次風(fēng)量18m3／h，中二次風(fēng)量20m3／h，下二次風(fēng)量30m3／h。
(7)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，做完試驗(yàn)，準(zhǔn)備關(guān)閉燃燒試驗(yàn)臺(tái)。
(8)關(guān)閉給煤機(jī)，停止投入煤粉，停止電加熱器，增大引風(fēng)機(jī)頻率至50Hz，
鼓風(fēng)機(jī)頻率降至lOHz，連續(xù)吹掃冷卻8～lO小時(shí)，待爐膛溫度降至100℃左右即
可停止鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，斷開系統(tǒng)電源，打開爐膛蓋板，檢查爐膛，提取爐灰進(jìn)
行飛灰含碳量的測(cè)定。
5．3試驗(yàn)結(jié)果與分析
5．3．1試驗(yàn)煤質(zhì)分析
本試驗(yàn)煤種采用某電廠典型煙煤(平煤天安)和典型無煙煤(鞏義金鼎)，并按照
不同摻混方式及三個(gè)不同的摻混比例得到六個(gè)混煤試樣。所有試樣的工業(yè)分析見
表2．4。嚴(yán)格遵守上述實(shí)驗(yàn)方法和步驟進(jìn)行煤粉在臥式爐上的燃燒試驗(yàn)。
5．3．2臥式試驗(yàn)爐運(yùn)行情況
臥式試驗(yàn)爐由于油槍啟動(dòng)電磁閥故障，小油槍霧化噴嘴燒壞，在點(diǎn)火啟動(dòng)過
程中，改用手動(dòng)閥開啟動(dòng)，并用大油槍直接點(diǎn)火，由于臥式爐尾部積灰較多，剛
開始點(diǎn)火時(shí)，爐內(nèi)溫度低、霧化油過多，爐內(nèi)負(fù)壓不穩(wěn)，波動(dòng)較大，通過調(diào)試及
運(yùn)行一段時(shí)間后，負(fù)壓基本穩(wěn)定，爐內(nèi)最高溫度上升到1200℃時(shí)，情況好轉(zhuǎn)。待
爐膛前部平均溫度達(dá)到1100一1200℃，爐膛尾部溫度達(dá)到500～600℃。準(zhǔn)備投煤粉
燃燒。
投煤粉燃燒，調(diào)整送風(fēng)量和一二次風(fēng)量比例，使煤粉脫離燃油獨(dú)立燃燒并穩(wěn)
定。
記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，做完試驗(yàn)，準(zhǔn)備關(guān)閉燃燒試驗(yàn)臺(tái)。
關(guān)閉給煤機(jī)，停止投入煤粉，停止電加熱器，增大引風(fēng)機(jī)頻率至50Hz，鼓風(fēng)
機(jī)頻率降至10Hz，連續(xù)吹掃冷卻8～10小時(shí)，待爐膛溫度降至100℃左右即可停
止鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，斷開系統(tǒng)電源，打開爐膛蓋板，檢查爐膛，提取爐灰進(jìn)行飛
灰含碳量的測(cè)定。
按以上步驟重復(fù)進(jìn)行各種試驗(yàn)煤粉的燃燒試驗(yàn)。
5．3．3試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與分析
各次試驗(yàn)前，在爐膛中前部及后部分別放置了兩塊取樣板，在燃燒試驗(yàn)完成
后，取出，收集飛灰樣，進(jìn)行飛灰含碳量的測(cè)定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2
從臥式爐試燒情況來看，由于每次實(shí)驗(yàn)完全燒煤前，都必須投油進(jìn)行，且燒
煤燃燒不穩(wěn)定時(shí)，也必須投油輔助燃燒，因而導(dǎo)致所取飛灰試樣做燒失實(shí)驗(yàn)時(shí)總
體含碳量數(shù)值較高，但比較各次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，亦可發(fā)現(xiàn)一些基本規(guī)律：爐后飛灰含
碳量總體來說，要比爐膛前部取樣點(diǎn)飛灰含碳量低，這是由于試驗(yàn)操作引起的，
52
在爐膛前半部取樣點(diǎn)附近．由于燃燒不穩(wěn)、配風(fēng)不均等原因，使得部分燃料來不
及燃燒或燃燒不完全就沉積下來，因而相對(duì)米|兌，其含碳量要高于爐膛后部飛扶
俞碳量。
襲5 l 異燃料臥式爐燃燒后灰樣中E灰古碳鼙一覽表
飛灰古碳量(％
燃料種類
臥式爐前部墩樣點(diǎn)灰樣臥式爐后部取樣點(diǎn)灰樣
十m*女☆t～W軟女}t∞
圖5．2爐前灰樣含量與摻混方式的關(guān)系圖5．3爐后扶樣含量與摻混方式的
關(guān)系
從圖5．2和圖5 3可以看出：在相同的摻混方式下隨著往無煙煤(鞏義金鼎)中
添加煙煤(平煤天安)比例的增加，飛狄含碳量明顯減少。各種摻混比例情況下，先
磨后混摻混方式對(duì)飛灰含碳量有一定的影響。對(duì)爐膛前半部取出的灰樣分析得出，
先磨后混摻混方式所得混煤在臥式爐燃燒后其飛灰含碳量要低于先混后磨摻混方
式下所得混煤屯灰含碳量，其最大差值發(fā)生在摻混比例為l：1時(shí)，兩種摻混方式
下飛灰含碳量相差l 76％f28 79％>27 03％1；在爐后取樣分析的結(jié)果更加顯著，其
飛攻含碳量差別達(dá)4 88％(22 9％>l 8 02％)，這說明摻混方式對(duì)混煤的燃燼特性有較
大影響。即先磨后混摻混方式的混煤的燃燼特性要優(yōu)于先混后磨摻混方式。
5．4電廠工業(yè)試驗(yàn)研究
基于不同摻混方式的混煤燃燒特性研究是大唐集團(tuán)公司湖南分公司2007年科
技攻關(guān)項(xiàng)目《大型電站鍋爐混煤摻燒及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性研究》的子課題，本子課題的
主要內(nèi)容是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的熱重實(shí)驗(yàn)、顆粒分布、臥式爐燃燒試驗(yàn)。攻關(guān)項(xiàng)目中
的另外部分是由湖南省電力公司試驗(yàn)研究院主持的混煤燃燒模型研究和電廠中實(shí)
際工業(yè)試驗(yàn)研究，課題組根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，在電廠中依據(jù)其實(shí)際情況做
了相關(guān)的試驗(yàn)研究。針對(duì)不同電廠實(shí)際情況提出了“分磨制粉、爐內(nèi)混燒”和“分
磨制粉、倉內(nèi)摻混、爐內(nèi)混燒”【68】的具體實(shí)施方法。“分磨制粉、倉內(nèi)摻混、爐內(nèi)
混燒”也就是本文所給出的先磨后混摻混方式。傳統(tǒng)的混煤摻燒方式“爐前摻混、
爐內(nèi)混燒”，指燃料在進(jìn)入原煤倉之前，通過各種手段按一定比例混合均勻后進(jìn)入
磨煤機(jī)中磨制成煤粉，再送入爐內(nèi)燃燒?！盃t前摻混、爐內(nèi)混燒”對(duì)應(yīng)于本文所給
出的先混后磨摻混方式。
表5．2不同方式下電廠運(yùn)行結(jié)果
課題組中的湖南省電力公司試驗(yàn)研究院在湖南華電某發(fā)電公司3、4號(hào)300MW
鍋爐上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，同一工況下多次試驗(yàn)結(jié)果平均值見表5．2。第一種工況的
試驗(yàn)：該電廠使用的是以前一直使用的“爐前摻混，爐內(nèi)混燒"方式，表5．2中可
以得出在滿負(fù)荷情況下其飛灰含碳量平均值為5．35％，爐渣可燃物含量平均值為
4．55％，機(jī)械不完全燃燒損失平均值為2．76％，鍋爐效率平均值為91．14％。
第二種工況的試驗(yàn)：利用“分磨制粉、倉內(nèi)摻混、爐內(nèi)混燒"這種方式從表
5．2中可以得出在滿負(fù)荷情況下，其飛灰含碳量平均值為2．45％，爐渣可燃物含量
平均值為1．81％，機(jī)械不完全燃燒損失平均值為1．21％，鍋爐效率平均值為92．59％。
從兩種試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以看出，相同的鍋爐、同樣煤質(zhì)、同樣負(fù)荷下，“分磨制
粉、倉內(nèi)摻混、爐內(nèi)混燒"下飛灰含碳量比“爐前摻混，爐內(nèi)混燒"下飛灰含碳
量低2．90％，爐渣可燃物含量和機(jī)械不完全燃燒損失分別相應(yīng)降低2．74％、1．55％，
而鍋爐效率升高了約1．5％，相應(yīng)可降低供電煤耗59／kw．h。
通過表5．2和以上分析數(shù)據(jù)可以明顯看出在該電廠試用“分磨制粉、倉內(nèi)摻混、
爐內(nèi)混燒”比原用方式有一定的優(yōu)越性，同時(shí)也證明了本文的先磨后混摻混方式
優(yōu)于先混后磨方式。
5．5小結(jié)
本章主要介紹了臥式燃燒爐的結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)方法，利用臥式爐對(duì)各試驗(yàn)煤種進(jìn)
行了半工業(yè)試驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際電廠工業(yè)試驗(yàn)得出：
(1)從臥式爐燃燒試驗(yàn)看出，平煤天安與鞏義金鼎在不同摻混方式下，其燃燼
水平有較明顯的差異。摻混比例對(duì)燃燼水平也有直接的影響。
(2)隨著煙煤(平煤天安)比例的增加，混煤的燃燼率逐漸提高。
(3)兩種摻混方式中，先磨后混方式下煤粉燃燼率大于先混后磨方式。
(4)兩種工況下工業(yè)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)能明顯看出第二種工況下試驗(yàn)的飛灰含碳量
低、爐渣可燃物含量和機(jī)械不完全燃燒損失的數(shù)據(jù)都低于第一種工況，而鍋爐效
率升高了約1．5％。這就證明了“分磨制粉、倉內(nèi)摻混、爐內(nèi)混燒"比原來采用的
“爐前摻混，爐內(nèi)混燒"方式更能達(dá)到電廠節(jié)能的要求。其結(jié)果同樣驗(yàn)證了本文
先磨后混摻混方式優(yōu)于先混后磨摻方式的結(jié)論。
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結(jié)論與展望
結(jié)論
本文從不同摻混方式入手，選取大唐集團(tuán)湖南分公司某電廠正常燃用的典型
無煙煤(鞏義金鼎)和典型煙煤(平煤天安)，選用三種不同配比按兩種不同摻混方式
制取六個(gè)試樣，對(duì)其以及兩個(gè)單煤試樣進(jìn)行工業(yè)分析、顆粒分布實(shí)驗(yàn)、熱重實(shí)驗(yàn)、
臥式煤粉燃燒爐試驗(yàn)，對(duì)試樣的燃燒特性進(jìn)行了深入的研究。得出如下結(jié)論：
(1)煙煤(平煤天安)具有揮發(fā)分含量高，灰分含量較低，固定碳含量低的特點(diǎn)；
而無煙煤(鞏義金鼎)具有揮發(fā)分含量低，灰分含量低，固定碳含量高的特點(diǎn)。各混
合試樣中水分、揮發(fā)分、灰分及固定碳含量均介于兩種單煤之間?；烀褐袚]發(fā)分
的含量隨著天安煤比例增加而增加；但在不同摻混方式下，相同摻混比例的混煤，
其揮發(fā)分含量略有差別，在先磨后混的摻混方式下，其揮發(fā)分含量在各個(gè)摻混比
例的混煤中都比先混后磨方式要大，并且隨天安煤比例增大，其差別增加。從不
同摻混方式下的粒度測(cè)試看，先磨后混方式所得混煤中顆粒較小的煤粉所占比例
要大于先混后磨所得混煤。
(2)相同的實(shí)驗(yàn)條件下無煙煤的著火、燃燼性能、燃燒穩(wěn)定性能都明顯比煙煤
的差。在相同升溫速率、質(zhì)量比的情況下，兩種不同摻混方式所得混煤相比，其
各項(xiàng)溫度指標(biāo)、最大失重速率，先磨后混方式都優(yōu)于先混后磨方式。并且前者的
綜合燃燒特性指數(shù)S、可燃性指數(shù)C6、穩(wěn)燃性指數(shù)G都優(yōu)于后者。
(3)無煙煤的活化能大于煙煤的活化能，在無煙煤中摻混煙煤，隨著煙煤摻入
量的增加混煤的活化能將會(huì)逐漸變小并趨近于煙煤活化能。混煤的活化能始終介
于兩種成分煤之間。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，兩種不同的摻混方式所得混合煤粉的
活化能比較表明，先磨后混摻混方摻混下的混煤活化能小于先混后磨方式。
(4)通過臥式爐燃燒試驗(yàn)也得出，平煤天安與鞏義金鼎在不同摻混方式下，其
燃燼水平有較明顯的差異。摻混比例對(duì)燃燼水平也有直接的影響。隨著煙煤(平煤
天安)比例的增加，混煤的燃燼率逐漸提高。兩種不同摻混方式中，先磨后混方式
下煤粉燃燼率大于先混后磨方式。并且通過課題組在實(shí)際電廠的運(yùn)行試驗(yàn)也證明
了先磨后混摻混方式的優(yōu)越性。
展望
對(duì)于顆粒分布特性的研究本文使用的是機(jī)械篩分的實(shí)驗(yàn)方法，其中不免會(huì)受
到環(huán)境條件及人為因素影響。燃燒特性還包括結(jié)渣特性、污染物排放特性等，由
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于時(shí)間關(guān)系本文沒有對(duì)其進(jìn)行研究，文只是對(duì)其中的一部分進(jìn)行了分析和研究。
結(jié)合本文所做的工作，本文作者提出以下幾點(diǎn)建議：
(1)為了更全面地研究不同摻混方式下混煤的顆粒分布情況，可以采用激光粒
度儀對(duì)試樣進(jìn)行精確分析。詳細(xì)了解顆粒分布情況，總結(jié)其分布規(guī)律分析其對(duì)燃
燒特性的影響。并且可以把摻混比例做的更多些以便發(fā)現(xiàn)細(xì)微變化規(guī)律。同時(shí)還
可以對(duì)可磨性指數(shù)和煤的破碎機(jī)理進(jìn)行研究，來分析顆粒分布變化規(guī)律的具體原
因。
(2)不同煤種的成分差異比較大，本文選擇研究的煤種是煙煤和無煙煤，不能
代表所有煤種混合燃燒的情況。可以進(jìn)一步對(duì)褐煤、貧煤、的混燃情況進(jìn)行研究。
(3)對(duì)燃燒特性的研究由于時(shí)間原因，本文只研究了著火溫度、燃燼溫度、最
大失重速率和其對(duì)應(yīng)最大溫度以及綜合燃燒特性指數(shù)S、可燃性指數(shù)∞、穩(wěn)燃性
指數(shù)G，還可以從結(jié)渣特性、NOX、SOx的釋放規(guī)律等方面綜合考慮不同摻混方式
對(duì)混煤燃燒特性的影響。另外本文的摻混比例只選用了l：3、1：1、3：1三個(gè)比
例，還可以細(xì)化配比比例進(jìn)行研究。
(4)本文只是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了兩種不同摻混方式對(duì)混煤燃燒特性的影響，通
過以上三個(gè)方面可以確定具體摻混方式的優(yōu)越性。先磨后混方式可以對(duì)應(yīng)電廠中
采用分磨磨制后再采用爐前摻混或者爐內(nèi)摻燒，先混后磨方式就是目前電廠中普
遍采用的原煤混合后進(jìn)行磨制方法。在確定摻混方式后再根據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)行條件、
經(jīng)濟(jì)性等確定這種摻混方式是否真正可行。
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致謝
值此論文完成之際，首先要感謝我尊敬的導(dǎo)師劉亮教授幾年來的悉心教導(dǎo)和
親切關(guān)懷。他一直以嚴(yán)謹(jǐn)求是的學(xué)術(shù)作風(fēng)和敢于探索鉆研的科學(xué)精神指引本文的
完成。他不僅在我的學(xué)業(yè)上付出了極大的心血，而且在生活中也給予了我無微不
至的關(guān)心，劉老師平易近人，樂觀、大度的人生態(tài)度深深的影響了我，他對(duì)我生
活上和學(xué)習(xí)上的幫助令我終身難忘。
感謝陳冬林教授三年來在學(xué)業(yè)上對(duì)我的關(guān)心和指導(dǎo)。
感謝鄢曉忠教授在實(shí)驗(yàn)上給與的指導(dǎo)和幫助。
同時(shí)感謝課題組湖中南省電力公司試驗(yàn)研究院的朱光明博士以及其他成員在
本文撰寫過程中所給予我的幫助。
在論文完成過程中同一實(shí)驗(yàn)室的裴曉沖、孫國超、蔣朝勇、劉唐慶等同學(xué)對(duì)
我提供了無私的幫助，在我的三年研究生期間最難忘的就是平時(shí)與你們的熱烈交
流，有時(shí)候常常為一個(gè)學(xué)術(shù)上的問題爭(zhēng)的面紅耳赤，我想，若干年后這種景象仍
會(huì)在我的腦海中時(shí)常顯現(xiàn)。對(duì)他們表示衷心的感謝，同時(shí)也感謝06級(jí)全體研究生
同學(xué)，是你們讓我度過了三年難忘的美好時(shí)光。
在三年的學(xué)習(xí)生活中，我還得到了其他眾多老師、同學(xué)的熱心幫助，在生活、
學(xué)習(xí)中給予了我很大的關(guān)懷與支持，在此一并向他們表示由衷的謝意!
特別感謝我慈祥的父母和我的女朋友，感謝我的家人，感謝他們?yōu)槲业墓ぷ?
和學(xué)習(xí)提供了強(qiáng)大的精神動(dòng)力，他們對(duì)我的關(guān)愛將激勵(lì)我不斷向前。
62
默會(huì)龍
2009年4月于
長(zhǎng)沙理工大學(xué)能動(dòng)學(xué)院
附錄：攻讀學(xué)位期間參加科研項(xiàng)目和發(fā)表論文情況
參加的科研項(xiàng)目：
[1]中國大唐集團(tuán)公司湖南分公司2007年科技公關(guān)合作項(xiàng)目一一大型電站鍋爐混
煤摻燒及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性研究．項(xiàng)目起止時(shí)間：2007．6～2008．12
[2]2×75t／h循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)及燃燒特性研究．湖南駿泰漿紙有限責(zé)任公司
[3]5#鍋爐除塵除霧系統(tǒng)改造研究．湖南華菱湘潭鋼鐵公司．2007—2008
[4]20t／h進(jìn)口鍋爐節(jié)能改造熱工性能檢測(cè)研究．湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司
2．發(fā)表的論文：
默會(huì)龍，劉亮，白曉玲等．混煤摻混方式對(duì)其燃燒特性的影響研究．電站系統(tǒng)工
程，2009，25(2)：13—15
63
基于不同摻混方式的混煤燃燒特性研究
作者： 默會(huì)龍
學(xué)位授予單位： 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
本文鏈接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1504763.aspx
授權(quán)使用：上海海事大學(xué)(wflshyxy)，授權(quán)號(hào)：ea06ed56-48bb-41ee-8093-9de200a133ee
下載時(shí)間：2010年8月30日

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