固硫剂及添加剂对燃煤燃烧特性影响的研究.doc

固硫剂及添加剂对燃煤燃烧特性影响的研究 0 引言 煤粉燃烧特性对锅炉的设计和运行有着重要的影响，因此对煤粉燃烧特性参数的研究是很有必要的，其燃烧特性参数主要有着火温度、、最大失重温度、燃烧剩余量、燃烬温度等[1]。确定着火温度的方式很多，本实验采用TG 和DTG 曲线来确定煤的着火点。具体方法是在DTG 曲线中过峰值作垂线与TG 曲线相交于一点，过该点做TG 曲线的切线，与TG 开始失重曲线的平行线相交的点所对应的温度为着火温度。当煤粉达到着火温度燃烧时，反应速度会迅速增加。最大失重温度为燃烧速率最大时对应的温度。从DTG 曲线看，就是峰值处对应的温度。对于存在多次燃烧的燃烧过程，每个峰值对应此燃烧阶段的最大失重温度。最大失重率为快速失重过程中的失重率。燃尽余量是燃烧过程结束后的残余量。本论文中均以900℃时的余量作为燃尽余量。由于煤在锅炉中的燃烧过程十分复杂，直接求解煤在锅炉真实燃烧条件下的燃烧特性参数很困难，但是可以利用实验来模拟煤粉在锅炉里面的燃烧过程。煤粉燃烧特性的实验方法多种多样，本实验研究煤样燃烧特性实验均在热重分析仪上进行。 1 实验原料及方法 1.1 实验原料 实验中所用的原料煤是山西无烟煤，所用的电石渣来自西安。 根据有关文献已经知道工业碱基废料[2,3]电石渣中的主要成分是氢氧化钙，有少量钙是以碳酸钙的形式存在于电石渣中的，现在由电石渣中Ca 元素的含量完全按氢氧化钙进行折算，可以折算出电石渣中氢氧化钙的含量为78.23。 1.2 实验仪器和方法 采用美国 TA 仪器公司生产的Q50 同步热分析仪SDTDTA/TGA 联用），实验条件通空气；样品煤用量7.0mg 左右；温度范围251000℃；升温速率20℃/min；为了了解煤样燃烧过程中硫析出情况，选用200 目以下煤样在热分析仪上做实验。其中TG 曲线表示物料随温度变化时开始分解、燃烧和失重的温度、区间、失重量和剩余量（灰分）等。DTG 曲线是TG 曲线的微分线，求出得物料在某一时刻瞬时失重速度，定量表示燃烧、分解的失重速度和程度。确定着火温度的方式很多，本实验采用TG 和DTG 曲线来确定煤的着火点。具体方法是在DTG 曲线中过峰值作垂线与TG 曲线相交于一点，过该点做TG 曲线的切线，与TG 开始失重曲线的平行线相交的点所对应的温度为着火温度[4]。当煤粉达到着火温度燃烧时，反应速度会迅速增加。 选取的煤样 1 为原煤；2 为加入了固硫剂电石渣，Ca/S 为2；3 为加入了固硫剂电石渣，Ca/S 为2，然后加入添加剂1 Fe2O3；4 为加入了固硫剂电石渣，Ca/S 为2，然后加入添加剂4Na2CO3；5 为加入了固硫剂电石渣Ca/S 为2，然后加入添加剂4Na2CO3、4SiO2、4Al2O3 和1Fe2O3。 2 燃烧特性参数的分析比较 2.1 单个煤样的热重曲线分析 从的TG 曲线可以看出，原煤的热失重曲线上出现一个转折点，也就是说原煤在整个燃烧过程中为一段燃烧。当温度在25℃-100℃之间时，热重曲线略微向下移，这是因为煤样中含有一定的水分，在其加热过程中，水分逐渐挥发，水分的挥发引起煤样失重0.6。 随后发生缓慢的氧化反应，此时虽有放热，但尚未着火。在温度达到535.13℃（着火点）时煤样开始燃烧，失重曲线呈明显下降趋势，到576.46℃时，为DTG 曲线上的最高点，该点对应的温度为燃烧过程中反应速度最快时的温度，失重速率达到最大值。此后失重曲线继续下降，至613.70℃时，失重曲线不再下降，曲线趋于平缓，燃烧基本结束，煤样在800℃时的残渣剩余量为9.353，在快速燃烧过程中煤样的失重率为91.00。 由加入了电石渣且Ca/S 为2 的煤样是通过二次燃烧才达到终点的，表现为失重曲线出现两个峰，其中第一个较为明显，这说明第一段燃烧较为剧烈，且为煤样的主要燃烧区间。加入了电石渣且Ca/S 为2 的煤样，当温度在25℃-100℃之间时，曲线未显示明显的变化，在其加热过程中，水分逐渐挥发，水分的挥发引起煤样失重0.57。对热重曲线图进行分析，可知煤样的着火点、燃尽温度等特征值，该煤样的着火点温度是537.19℃。在温度超过着火点之后，热重曲线呈迅速下降的趋势，在温度为578.92℃时，达到DTG 曲线上的最高点，该点对应的温度为燃烧过程中反应速度最快时的温度，失重速率达到最大值。 以后，失重曲线下降的速度也较快，至温度619.55℃时，曲线不再下降而趋于平缓，这是燃烧的结束温度，也是煤样燃烧的结束点即燃烬点，此煤样在快速燃烧阶段重量损失了81.28。最后煤样剩余量为19.29，比前面原煤的灰渣量有明显增多，说明固硫剂电石渣在此钙硫比下有不错的固硫效果。 由可知，为加入了电石渣，Ca/S 为2 且加入1 Fe2O3 的煤样是通过二次燃烧才达到终点的，表现为失重曲线出现两个峰，其中第一个较为明显，这说明第一段燃烧较为剧烈，且为煤样的主要燃烧区间。加入了电石渣，Ca/S 为2 且加入1 Fe2O3 的煤样，当温度在25℃-100℃之间时，曲线未显示明显的变化，在其加热过程中，水分逐渐挥发，水分的挥发引起煤样失重0.66。对热重曲线图进行分析，可知煤样的着火点、燃尽温度等特征值，该煤样的着火点温度是537.03℃。在温度超过着火点之后，热重曲线呈迅速下降的趋势，在温度为578.97℃时，达到DTG 曲线上的最高点，该点对应的温度为燃烧过程中反应速度最快时的温度，失重速率达到最大值。在668.56℃左右又出现一次小的失重，这是因为固定碳在此时燃烧失重，第二段燃烧结束时，重量减少了2.734。最后煤样剩余量为19.44， 比前面电石渣的灰渣量有所增多，说明添加剂Fe2O3 有不错的固硫促进效果。以后，失重曲线下降的速度也较快，至温度685.11℃时，曲线不再下降而趋于平缓，这是燃烧的结束温度，也是煤样燃烧的结束点即燃烬点，此煤样在快速燃烧阶段重量损失了79.67。 由为加入了电石渣，Ca/S 为2 且加入4 Na2CO3 的煤样是通过二次燃烧才达到终点的，表现为失重曲线出现两个峰，其中第一个较为明显，这说明第一段燃烧较为剧烈，且为煤样的主要燃烧区间。加入了电石渣，Ca/S 为2 且加入4 Na2CO3 的煤样，当温度在25℃-100℃之间时，曲线未显示明显的变化。对热重曲线图进行分析，可知煤样的着火点、燃尽温度等特征值，该煤样的着火点温度是538.64℃。在温度超过着火点之后，热重曲线呈迅速下降的趋势，在温度为577.50℃时，达到DTG 曲线上的最高点，该点对应的温度为燃烧过程中反应速度最快时的温度，失重速率达到最大值。在663.61℃左右又出现一次小的失重，这是因为固定碳在此时燃烧失重，第二段燃烧结束时，重量减少了2.843。最后煤样剩余量为20.81，比前面电石渣的灰渣量有所增多，说明添加剂Na2CO3 有不错的固硫促进效果。以后，失重曲线下降的速度也较快，至温度680.37℃时，曲线不再下降而趋于平缓，这是燃烧的结束温度，也是煤样燃烧的结束点即燃烬点，此煤样在快速燃烧阶段重量损失了78.42。 由可知，为加入了电石渣，Ca/S 为2 且加入4Na2CO3、4SiO2、4Al2O3 和1Fe2O3的煤样是通过二次燃烧才达到终点的，表现为失重曲线出现两个峰，其中第一个较为明显，这说明第一段燃烧较为剧烈，且为煤样的主要燃烧区间。加入了电石渣，Ca/S 为2 且加入4Na2CO3、4SiO2、4Al2O3 和1Fe2O3 的煤样，当温度在25℃-100℃之间时，曲线未显示明显的变化。对热重曲线图进行分析，可知煤样的着火点、燃尽温度等特征值，该煤样的着火点温度是538.08℃。在温度超过着火点之后，热重曲线呈迅速下降的趋势，在温度为577.03℃时，达到DTG 曲线上的最高点，该点对应的温度为燃烧过程中反应速度最快时的温度，失重速率达到最大值。在668.78℃左右又出现一次小的失重，这是因为固定碳在此时燃烧失重，第二段燃烧结束时，重量减少了2.624。最后煤样剩余量为20.47，比前面电石渣的灰渣量有所增多，说明复合添加剂有不错的固硫促进作用。以后，失重曲线下降的速度也较快，至温度688.44℃时，曲线不再下降而趋于平缓，这是燃烧的结束温度，也是煤样燃烧的结束点即燃烬点，此煤样在快速燃烧阶段重量损失了77.15。 2.2 煤样的热重曲线分析比较 为了更好的了解固硫剂和添加剂[5,6]对燃烧特性的影响，将五种实验煤样的TG 曲线拟合在一张图中所示。其中1 是原煤的热重曲线，2 是只加入固硫剂电石渣的煤样热重曲线，3 是加入主固硫剂电石渣，Ca/S 为2 且加入1的Fe2O3 的煤样热重曲线，4 是加入固硫剂电石渣，Ca/S 为2 且4的Na2CO3 煤样的热重曲线，5 是加入固硫剂电石渣，Ca/S为2 且4Na2CO3、4SiO2、4Al2O3 和1Fe2O3 的煤样的热重曲线。 从可以看出，加入主固硫剂的四种煤样所得到的热重曲线走势相同，最后剩余的煤渣量都比原煤燃烧时要多，这也体现了主固硫剂的固硫作用。煤样1,2,3,4,5 的曲线在低温区重量变化不太明显，而在高温区出现了明显的变化，说明主固硫剂和添加剂的作用已经显现。煤样2,3,4,5 在高温区变化不太明显，但也可以看出细微差别，加入添加剂的三条曲线在只加入主固硫剂电视渣的上方。主要表现在燃烧结束点剩余量的变化，随着添加剂的加入，残余量也随之呈规律性的增大。从图中还可以看出，原煤的热重曲线和加入还有一个不同点，原煤热重曲线经过一次快速下降燃烧就基本结束，而加入固硫剂和添加剂之后还有一次微小的下降过程，在700℃左右才趋于平缓。 从中可以看出，原煤析出的硫分最多，固硫效果最差。添加电石渣后析出的硫分减少了，加入添加剂后析出的硫分又有所降低。同时，剩余的灰渣量也在增加，扣除反应剩余的固硫剂和添加剂后，也说明固硫产物量增加了。高温时，TG 曲线接近直线，这也说明加入固硫剂和添加剂的煤样燃烧后生成了热稳定性很高的固硫物相。 3 总结 本文主要就煤炭燃烧特性进行了初步的研究，主要考察了原煤的燃烧特性参数以及固硫剂和固硫添加剂的加入对煤炭燃烧特性的影响，得出以下结论。 1 添加了电石渣的煤样固硫物相并不稳定，在高温下又继续发生分解释放出硫分，导致固硫率偏低。热分析实验表明，加入添加剂的煤样提高了氧化钙的利用率，煤样燃烧后生成了热稳定性更高的固硫物相，同时发现，煤渣质量增重了，固硫率增大是主要原因。 2 在燃烧实验中，固硫剂和添加剂的加入使煤样燃烧特性产生一定变化，随着固硫剂和添加剂加入量的增大，煤样的着火点和燃烬点都呈现逐渐增大的趋势，这说明固硫剂和添加剂的加入使煤样的燃烧反应向不利的方向发展，使整个燃烧区间向高温方向移动。而且固硫剂和添加剂的加入使煤样的燃尽剩余量均有所增大。原煤的残余量为9.35，而加入电石渣使钙硫比取2.0时在1000℃时的残余量为19.29，剩余量增加了9.94。 3 固硫剂和添加剂的加入使煤样的燃烧过程变得较为复杂，燃烧由原煤的一段燃烧变成两段燃烧，与次对应，在DTG 曲线中出现了两个峰，第二段燃烧主要是灰粒中包裹的碳粒和矿物质在后期的燃尽过程。从整个燃烧过程来看，加入固硫剂和添加剂的煤样的燃尽时间延长，曲线较原煤平缓。 4 热重分析技术的广泛应用基于这样几个原因能自动收集和处理数据；燃烧结束后可以方便对产物进行分析。 中国医学论文网专业提供医学论文发表服务，并提供大量社会医学论文，如有业务需求请咨询网站客服人员 参考文献 [1] 向银花,房倚天,黄戒介等.焦煤的燃烧特性和动力学模型研究[J].煤炭转化,2000,12310-15 [2] 吴晓静,赵玉祥.浅析电石渣的综合利用途径[J].江苏环境科技,2004,1765-66 [3] 路春美.钙基材料用于燃煤锻烧固硫过程研究〔山东大学博士论文].山东山东大学,2002,21-2 [4] 邹学权, 王新红, 武建军, 陈越. 用热重- 差热- 红外光谱技术研究煤粉的燃烧特性[J]. 煤炭转化,2003,12671-73 [5] 徐东耀.燃煤固硫添加剂的研究〔中国科学院博士论文〕.北京中国科学院生态环境研究中心,2000,9 [6] 何绪文.燃煤高温固硫添加剂固硫的促进机理研究.中国矿业大学学报,2001,305480-483