煤颗粒热膨胀量与破碎特性的研究.pdf

中固T程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编譬：064078 煤颗粒热膨胀量与破碎特性的研究 姚海傅培舫周怀春余娜马启磊 华中科技人学煤燃烧国家重点实验室．湖北省武汉市430074 E·mail：yaohai-l@163．corn) (TEL：0278506 摘要：煤颗粒的热膨胀破碎特性直接影响流化床锅炉的运行效率·奉文利用热机械分析仪(TMA)测定丫 小州种类小l州街度的型煤和原煤的受热膨胀的特性，并对部分破碎微观形貌进行了FSEM观察；通过旋 转炉内的燃烧试验研究丫热膨胀特性和燃烧破碎的关系。研究表叨，煤颗粒相：燃烧过程中其热膨胀破 碎主要发生在挥发分析出阶段；内部挥发份的析出会使颗粒内压增大丽产生膨胀，进而产生细小裂纹 并破碎；挥发分越高，颗粒密度越大，其热膨胀形变牢越大，越容易发生破碎现象；主要挥发分析出 后热膨胀引起的破碎可以忽略。 关键词：煤燃烧，热膨胀，热破碎，TMA，FSEM， 1引言 煤的粒径分布对循环流化床锅炉的燃烧特性、运行工况和运行的经济性具有重要的 影响。煤的膨胀破碎特性对循环流化床锅炉中煤的粒径分布具有决定性的作用，同时煤 粒的破碎对于细小颗粒物的形成有十分重要的影响【¨。有学者利用D管炉研究了在温度 床的燃烧中，入床燃料质量的主要部分为大颗粒(大于lmm)。有研究表明，人颗粒在 流化床锅炉内IEd,颗粒更容易发生破碎现象，这是由于大颗粒中含有的挥发分和各种孔 隙结构，在燃烧的过程中，会发生脱挥发分而引起的内外压差，·同时由于内部温度梯度 而产生热应力l”，使得较人的煤颗粒由于内部压力的改变，首先发生膨胀破碎。而较小的 粒径具有较高的比表面，同时挥发物的挥发率也较高，因此，内部压力较低，破碎发生 得不够剧烈14]。利用煤颗粒燃烧过程中多孔煤焦颗粒不均衡破碎模型的研究表明颗粒主 要的破碎发生在燃烧的早期阶段，同时飞灰的组成和煤焦的反应也是破碎的重要影响因 素【5l；利用Solomon模型可以建立单颗粒煤的一维破碎模型，研究煤颗粒在燃烧过程中 的热破碎现象【6l：利用逾渗理论对碳破碎过程中碎片质量、临介孔隙率和粒径分布进行 了预测f7】，并建立单颗粒煤一--4维燃烧破碎模型，研究了孔隙率与煤焦破碎的关系。总之， 现有的研究只是在各种燃烧条件下。对颗粒在燃烧后的各种裂纹及孔隙结构的观察推测 出颗粒在燃烧过程中可能的破碎原因；或者通过各种数学模型，利用计算机模拟出颗粒 在燃烧过程中的破碎。并没有对不同煤种的颗粒在整个受热过程中的膨胀特性及其膨胀 形变量有很明确的表述。 本文利刚静态热分析仪测定了不同煤的热膨胀特性，并利用场发射扫描电子显微镜 (FSEM)对其膨胀破碎后的微观形态进行了观察，并以对应煤种在马弗炉中的燃烧破碎 特性进行了对比研究。 基金项t-t：罔家臼然科学攘仑资助项1：1【No 19l 2实验部分 2．1原料 试验所用的煤样为某电厂480t／h循环流化床实际使用的煤种，选用煤样的工业分析 和元素分析如下表： 表1用煤丁业分析和元素分析 工业分析届 元索分析／％ 、 煤种 MarVat AairFC8／ Ha．r N盯 Sat Oall Ca．r 庇山煤 6．52 12．3 41．9639．2l2．780．86 0．5 0．88 46．5 朝川洗中煤 ll 18．0 15．6655．343．5 1．241．11 3．89 63．6 西区韩庄煤矸石 4．24613．4 64．6617．702．05 0．5 2．193．12 23．24 张村煤 7．31817．4 22．9l52．4l3．41 1．181．25 2．1861．76 2．2样品制备 2．2．1压制样品的制备 3mm，选用不同的压强，将试验用煤压