造气炉渣燃烧特性的实验研究.pdf

中国电机工程学会第十届青年学术会议 ·吉林 造气炉渣燃烧特性的实验研究 谭平 刘洪鹏 贾春霞 孙佰仲 王擎 (东北电力大学能源与工程学院 吉林省 吉林市 132012) 摘要：本文采用高温微量热天平对三个不同种类的造气炉渣进行了燃烧试验，考查不同种类以及不同升温速率对燃烧的 影响,得到了温度范围为 30～1100℃,在 10、20 和 50℃/min 三种不同升温速率下的燃烧特性曲线。确定了三种造气炉渣的 着火温度、可燃性指数、稳燃指数和燃烧特性指数。用分布活化能模型（DAEM）求出了造气炉渣的燃烧动力学参数，三种样 品的转化率在 0α 0.3 的范围内表观活化能急剧下降; 在[0.3,0.9]表观活化能随转化率的变化平缓,S1,S2 和 S3 在此期 间活化能E 的平均值分别为：221.3kJ/mol、181.4kJ/mol、199.01kJ/mol; 转化率在0.9α 1表观活化能呈增大趋势。三 种样品燃烧后期频率因子 A 和活化能 E 之间的补偿效应发生了明显分段,为造气炉渣的综合利用提供了理论的基础。 关键词：造气炉渣；热分析；燃烧特性；DAEM；补偿效应 1、引 言 在中国中小型合成氨厂中，共有约 800 多家使用无烟煤或焦炭造气。受石油资源限制，中国化工生产适 宜采用的气源为天然气和煤气。以天然气为原料生产的合成氨，产品质量好，投资低于以煤气化为原料的 合成氨，燃料成本高于煤气化。但受中国天然气资源与地域分布的限制，今后若干年，中国仍需大量发展 以煤气化为主的合成氨和其他它化工生产。在化肥生产过程中，造气炉排出的炉渣由于其发热值和挥发份 比一般煤炭低、难于燃烧和利用，通常将其作为废弃物排掉。这不仅浪费了大量的能源，而且加重了对环 境的污染。因为炉渣中含未燃尽的碳引起烧失量的超标，又使炉渣无法用来制造建筑材料，影响了对其进 行综合利用。因此很有必要对造气炉渣进行回烧利用[1] 。由于造气炉渣含灰量高、发热量仅为 4180KJ/Kg 左右这个特点,在循环流化床这种燃烧方式比较合适[2],它可以充分利用循环流化床的适应性广、燃烧效率 高、环境污染少的特点.本文采用热分析的方法对造气炉渣的燃烧特性进行了研究,为造气炉渣在循环流化 床中的燃烧提供理论方面的依据. 2、试验研究 2.1 试验仪器 本试验采用上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂生产的高温微量热天平 WRT-3P。测量温度范围：室 温~1450℃(工作温度：1350℃)；升温速率：0.1~40℃/min；天平灵敏度：1 微克(10-3 毫克) ；样品容量： 最大试样质量是 2 克；试验气氛：均采用压缩空气。 2.2 实验样品 试验样品来自于吉林海龙化肥厂和吉林通化化工股份有限公司的造气炉渣，样品编号分别为S1、S2、 S3，经研磨筛选，粒径变化范围在0~0.2mm之间，样品重量控制在10mg以内。样品的工业分析和元素分 析见表1。 表 2-1 造气炉渣的工业分析和元素分析 矿 编 工业分析(%) 元素分析(%) 区 号 C H N S M V A FC Q (kJ /kg) ad ad ad ad ad ad ad ad net,ar 海龙 S1 0.29 0.94 76.71 22.06 5344.58 21.49 0.49 0.05 0.07 S2 0.25 1.35 68.12 30.28 8931.34 29.94 0.69 0.08 0.02 通化 S3 0.21 0.92 79.54 19.33 4646 18.23 0.46 0.07 0.09