利用热天平对电厂混煤燃尽特性的实验研究

电力18讯：    近年来，我国的许多大型电站锅炉燃用混煤。混煤的燃烧特性不同于单一煤种，其中燃尽特性方面也与单一煤种存在着较大的差异［1～5］。利用热天平来研究煤的燃烧性能，最常用的方法是以热分析曲线的比较来判断煤的可燃性。热重分析方法常用于燃煤的非常规分析，包括确定煤的着火温度(ti)、燃尽温度(tn)、可燃质份额(R)、可燃质最大燃烧速度［(DTG)max］等。通过这些特征数据可以确定各种煤样在相同情况或可比条件下的燃烧性能。热重分析方法对于单一煤种研究较多，对于混煤的研究才刚刚起步。

在煤粉炉中，煤粉进入炉膛后，加热速度高达(105～106)℃／s，挥发份会很快释放并迅速燃烧，随后煤焦继续燃烧。挥发份大量释出与燃烧的时间为0.1 s左右，煤焦燃尽时间为1 s左右。可见，煤焦在煤粉燃烧中所占的份额是主要的，利用热天平对于煤焦的研究可以定性地探寻煤粉的燃尽特性。

本文针对电厂常用的无烟煤与烟煤、褐煤与无烟煤、褐煤与烟煤之间的混煤作为研究对象，利用热天平对单一煤种和不同掺烧比下的混煤煤焦的燃烧特性曲线进行比较，通过分析得到判别两煤种混煤燃尽特性的综合判别指数Hj，通过它来确定混煤的燃尽性能。

1  实验方法与数据分析

本文试验采用的是WCT-2高温型微机差热天平，该天平可对微量试样同时进行差热分析、热重测量和热重微分测量。试验升温速率为40℃／min，煤样在流动空气介质中燃烧，空气为下进上出方式。试验用煤的煤种为无烟煤、烟煤、褐煤，其工业分析见表1。






1.1  单一煤种煤焦的热分析曲线

三种煤煤焦的热分析曲线见图1。从图1可以看出，烟煤与褐煤煤焦的TG、DTG、DTA曲线以烟煤、无烟煤与褐煤所组成的混煤作为研究对象，对其燃烧特性进行分析。三煤种煤焦的着火温度、最大失重率(DTG)max及其对应温度、煤焦稳燃指数S见表2。由于烟煤与褐煤的成分比较接近，其煤焦的热分析曲线基本相同。









1.2  混煤煤焦的热分析曲线

试验工况及混煤煤焦的特征参数见表3～5。热分析曲线分别为图2～4。






在煤焦的热分析曲线中，由DTG曲线可以得到最大燃烧速度(DTG)max以及其对应温度T，由DTA曲线可以得到放热峰宽。其中最大燃烧速度(DTG)max反映了煤燃烧过程中最大失重量的大小，其对应温度T越大，该煤焦最大失重峰越靠后，燃烧所需温度越高。由图2～4可以看出，烟煤与褐煤混煤焦的热分析曲线基本是一样的，而且不随掺烧比的变化而改变，而无烟煤与烟煤、无烟煤与褐煤煤焦的变化比较明显，随无烟煤掺烧量的增大，其着火温度和最大失重率对应温度均向后移，且放热峰后移程度更加明显。

2  两煤种混煤燃尽特性指数Hj的确定

利用综合性指标来判别煤粉的燃烧性能不外乎着火性能和燃尽性能两方面。焦炭是煤燃烧放热的主要部分，焦炭燃烧时间较长，在煤粉炉中，它占煤粉燃烧时间的90%以上。因此，焦炭的燃烧情况，不仅影响煤燃烧过程的各个阶段，也影响煤的燃烧效率。

煤焦稳燃指数S(S＝(DTG)max／(ti×T))能较好地反映煤焦前期燃烧的状况，S值越大表明该煤焦的着火性能越好，燃烧稳定性较好［6］。煤焦的燃烧特性曲线DTG前段中(dG／dτ)／(dG／dτ)max＝1／2与(dG／dτ)max所对应的温度区间ΔT1／2称为前半峰宽，表示煤焦前期燃烧的集中程度。后段(dG／dτ)max与(dG／dτ)／(dG／dτ)max＝1／2所对应的温度区间ΔT1／2′称为后半峰宽，反映焦炭燃尽的集中耗时程度。令ΔTq＝ΔT1／2，ΔTh＝ΔT1／2′，ΔT＝ΔTq＋ΔTh。ΔT所对应的DTG曲线下所包围的面积为煤焦可燃质聚集燃烧份额的大小，ΔT越大煤焦可燃质聚集份额越多。ΔTh／ΔT表示煤焦后期燃烧的聚集程度，它可间接反映煤焦后期燃烧的快慢。ΔTh／ΔT的比值越小，表明煤焦燃尽所需时间越短，混煤后期燃烧所需时间越少；反之，后期燃烧所需时间越长，燃尽情况越差。对于不同掺烧比的上述混煤，ΔTh／ΔT与不同掺烧比之间的关系如表6、7所示。通过煤焦稳燃指数S与燃尽程度(ΔTh／ΔT)的有机结合，可以得到一个反映煤焦整体燃烧过程的燃尽指数。因此，通过对混煤煤焦燃烧特性曲线的比较，提出用混煤综合判别指数Hj来判别两煤种混煤煤粉燃烧的燃尽特性。具体公式如下：

Hj＝(DTG)max／(ti・T・ΔTh／ΔT)

式中ti――着火温度；

(DTG)max――最大失重率；

T――最大失重率对应温度；

ΔT――DTG总峰宽温度差；

ΔTh――DTG后半峰宽温度差。

Hj的大小反映了混煤燃尽性能的好坏，其值越大燃尽性能越好。对于掺烧性质差异较大的两不同煤种的混煤，Hj的大小与掺烧比的关系如图5、6。可见不同的掺烧比对应的Hj值不同，基本呈单调线性关系。









3  结论

(1) 挥发