煤粉燃烧特性的实验研究方法和应用实例分析.pdf

煤粉燃烧特性的实验研究方法及应用实例分析 武蜓工业大擘材料学院硅酸盐工程中心谢峻转冯小平 肖天来易晋珍 在工业窑炉中，承泥窑是最早以煤粉为燃料的热工设备之一，但对煤粉的燃烧和火焰 的研究，却远远不如锅炉和发电行业那么充分。近年来，为降低水泥成本，利用廉价燃料， 保护环境，欧洲成立了专门的研究机构，为加深对水泥窑内煤粉燃烧过程的认识，开展了 许多研究工作，使燃料的燃烧技术有了很大发展，并实现了石油焦、无烟煤等低括性燃料 在干法水泥生产中的成功应用。在我国，有关煤粉的燃烧问题也已开始引起人们的重视，并 已开展了燃烧器的煤粉燃烧过程数值模拟[1】、分解炉中煤粉燃烧特点分析[2]、无烟煤的催化 燃烧”o及高硫煤的脱硫…等研究课题，取得了一定成果，但就全水泥行业来讲，对煤粉燃烧 问题的深层次理论探讨，还没有引起广泛重视。对此，我们就几年来武汉工业大学硅酸盐 工程中心研究工作，针对有关煤粉燃烧的实验研究情况，结合目前必威体育精装版研究成果，做一个 较系统的总结，仅供水泥同行参考借鉴。 一、煤的静态燃烧实验研究 煤的静态燃烧实验，即煤粉处在堆积状态，进行有关的煤粉燃烧实验分析。 由于受实验测试设备的限制，目前要获得煤耢燃烧失重的有关信息，还其能使煤粉处 在堆积状态下进行实验，因此静态燃烧实验仍是一个很重要的研究方法。除大家所熟悉的 煤的工业分析外，静态燃烧实验还可以得到更多的有关燃烧特性的信息。 1．失重分析 ， 首先在通空气状态下，通过煤粉的失重分析，可以获得煤粉燃烧特性曲线，即微分失 重(dw／ck)与时闯的关系曲线和微分失重与温度的关系曲线。通过对瞄线的分析，可以获 得煤的起燃、煤的最大燃烧速度以及煤燃尽所需要的时间等信息。这些值尽管与实际煤粉 燃烧时数值有区别，但在进行不同煤质比较时，还是具有根重要的参考价值。 其次，在惰性气体保护状态下，进行煤粉失重分析，可以获得煤的挥发分释放特性，随 后再对惰性气体下得到的焦炭进行失重分析，可以得到有关焦碳燃烧信息，这些均可为煤 的挥发分释放及焦炭燃烧动力学研究提供重要数据，为深人探讨媒粉燃烧机理创造条件。 除以上研究内容外。通过对煤粉在一定温度、一定时间的失重量分析，还可以进行煤 的燃烧效率研究，具体方法如下；准确称量19煤样置于瓷舟，850C保温lOmin，冷却后称 重得砰‘，继续保温30rain，确保煤粉燃尽，称重得缈。，_嘲矸0，矸，n(Ⅳ。—酊)分别为燃 烧残余物重量和其中灰分的质量分数，若此时用w。，W0表示人炉煤样质量和其中灰分的质 量分数，则燃烧率R可用下式计算： ， 。 ， Ⅳ，(1一Ⅳ。) 一一 ．“2 J一面葡j丽 ， 本实验室从美国力可公司购置的MAC一500仪器及国产微重分析仪，可根据需要，同时 194 进行多组样品失重分析，目前这两台设备已是我们进行煤粉研究的重要手段。 2．差热分析 差热分析在很多领域应用较广，已为人熟知，但其在煤粉燃烧研究中的作用并没有被 人们所熟悉，借助差热分析仪，开展煤的燃烧过程研究，已为我们提供了很重要的信息，特 别是与上述失重分析对应，可以更确切地获得煤燃烧过程中各种反应发生的过程，如水的 吸热反应、挥发分的起燃、固定碳的起燃以及最终煤粉燃尽的温度点等。 3．X一射线衍射、扫描电镜及图象处理 、 通过这些现代微观结构分析手段，可以进行燃烧灰烬的矿物组成定性分析及孔骧结构 观察，从而获得有关煤的结渣、燃尽程度以及矿物组成等信息。另外通过x射线小角衍射 分析及图象处理可以获得有关参数，使运用分形理论预测煤粉燃烧结果成为可能。 二、煤的动态燃烧实验研究 ． ． j 静态实验中煤的燃烧工况与实际煤粉的燃烧有很大差距，因此静态实验所得的定性分 析结果应在动态燃烧实验台上进一步证实。为此我们开发建设了