无烟煤与石油焦燃烧的热分析曲线研究

张翼祥

【摘 要】本文对于无烟煤和石油焦的燃烧的特点进行全面的分析和研究，并且对两者的着火特点和燃尽特点进行研究。通过热分析曲线对两者的着火、燃尽及可燃性特点指数进行计算，并且推算在非等温燃烧过程中的综合燃烧指数。通过本文实验表示，石油焦的燃烧特点和无烟煤的燃烧特点相同，虽然较低挥发无烟煤的着火和燃烧速度较快，但是燃尽性能却较差。

【关键词】无烟煤；石油焦；燃烧；热分析曲线

石油焦是一种石油加工工业的副产品，世界中的石油焦最大使用工业就是水泥工业，之后是石油焦燃烧后生产炼铝，石油焦的燃料发电及供热消耗量并不多。一般石油焦具有高发热值、高挥发分质量分数及低灰份质量分数，所以使用石油焦作为燃料能够有效降低渣质量分数和燃料比。在现代煤炭资源不断缺乏的背景下，对于取代部分燃料用煤物质研究具有重要的作用。基于此，本文就从微观结构分析，对石油焦和无烟煤的微观差异进行研究，分析两者的燃烧热分析曲线。

1 .实验

1.1实验产品

本文使用兩种无烟煤及四种石油焦作为研究对象，表1为两种无烟煤和四种石油焦的工业、元素分析，通过表1可以看出来，无烟煤的干燥无灰基挥发分较低，石油焦和无烟煤具有明显的差别，其主要特点就是发热量比无烟煤高，并且灰份较低，固定的碳含量较高 【1】。

1.2实验仪器和过程

本文实验使用德国STA449型号分析仪进行，实验过程中的气氛O2和N2两者的比为21：79，流量设置为100ml/min，其主要目的就是能够对实际炉内的燃烧情况进行真实的模拟，升温的速率为25℃/min，最开始的温度为30℃，结束时的温度为1350℃，选择10mg左右样品即可。实验过程为：将选择的样品放入到仪器中，在恒温中加热氧化并且燃烧，对样品质量在温度不断升高过程中的变化进行记录，从而得出热重曲线，并且通过相应的软件进行分析，对比并且研究无烟煤和石油焦两者的着火、可燃性、燃尽特性和综合燃烧方面的关系【2】。

2.结果

2.1石油焦和无烟煤的失重曲线及失重速率曲线

图1为石油焦和无烟煤的燃烧的失重曲线，图2为石油焦和无烟煤的失重速率曲线，通过两图可以看出来，O2和N2两者的比为21：79，两者的燃烧主要包括三个阶段，第一个阶段为：在温度不断升高的过程中，水分也在不断的析出，内在水不断的流失；第二个阶段为： 在挥发分析之后着火，失重速率曲线不断的下降，并且值不断扩大；第三个阶段为：在可燃质不断消耗完毕之后，失重速率曲线逐渐评分， 进入到燃尽阶段，燃烧失重曲线也在不断平衡。

石油焦和无烟煤两者的燃烧曲线大致上相同，但是也存在不同。通过失重曲线分析，所有样品的失重具有明显的先后顺序，石油焦为开始失重，将挥发分吸出，之后无湮灭开始将挥发分析出，析出挥发分越早表示初期着火燃烧越好，表示石油焦着火燃烧比无烟煤更快、从失重速率曲线分析，石油焦最快到达失重速率，无烟煤失重速率较大，表示后期燃烧就小伟强烈。从两种曲线中能够看出来，可以对煤种燃烧困难与否进行定性判断，但是不能够对其综合燃烧、可燃烧及燃烧特性进行定量分析，这并不满足高效使用低灰煤和石油焦的需求【3】。

2.2升温速度对着火和燃尽的影响

称取一定的石油焦和无烟煤样品，分别在10℃、20℃、30℃每分钟的升温速度中实现热重实验，图3为不同升温速度对石油焦热重微分图。

通过图3表示，石油焦着火点不会在升温速度改变过程中发生改变，但是燃尽温度会在升温速度不断增加过程中而不断增加。最大的升温速度在升温速度不断增加的过程中有所减少，以此表示燃烧热性指数是在升温速度不断增加过程中不断减少。因为升温为线性增加，升温速度不断增加，导致石油焦在高温温度的停留时间较短，燃尽相同质量的石油焦的时间较长。在锅炉实际运行过程中，石油焦在进入炉腔过程中会快速加热，加热速度对石油焦的燃尽具有重要的作用，因为石油焦在达到着火温度过程中的时间就会缩短【4】。表2是石油焦和无烟煤的着火温度，通过表2可以看出来，石油焦着火温度较低，并且之后着火性能较好。

2.3无烟煤和石油焦的综合燃烧特点

为了能够深入研究煤粉的着火及燃尽特点，从而为电厂提供全面的参考，本文使用综合燃烧特点指数SN表示煤着火和燃尽特点。如果加热燃烧过程中缓慢，燃烧反应就是着火阶段为通过化学动力学因素进行控制，表示为：

dw/dt=A*exp（-E/（R*T））

A表示前因子，T表示煤粉的颗粒温度，通过上式进行求导，并且使T=Ti，整理得到公式为：

（dw/dt）T=Ti*（1/T2i）=R/E*（d/dT）（dw/dt）T=Ti

R/E为煤的活性，如果E越小，表示反应能力就越强。表3为无烟煤和石油焦的综合燃烧特点，通过表3可以看出来，无烟煤的综合燃烧特点最佳，之后是石油焦，表示综合燃烧特性指数能够将可燃质的综合燃烧特点精准的表现出来【5】。

3.结论

通过本文研究能够为电站锅炉燃用无烟煤和石油焦提供参考基础，尤其是低挥发分无烟煤。并且表示，石油焦的着火燃烧特点和无烟煤相同，着火温度较低，并且具有良好的可燃性，但是燃尽特点较差，这和其中具有较高的固定碳含量具有密切的关系，所以在使用过程中要注意。

参考文献：

[1]吕当振， 李文军， 段学农，等. 无烟煤与石油焦燃烧特性的对比试验研究[J]. 湖南电力， 2013（s2）：42-44.

[2]李长平. 4种无烟煤和1种石油焦燃烧特性的同步热分析试验研究[J]. 大陆桥视野， 2016（18）.

[3]权改革. 无烟煤基炭阳极氧化特性及其原料特性的研究[D]. 中国矿业大学， 2014.

[4]石伟锋， 任耀剑， 孙智. 低灰煅烧无烟煤与铝用石油焦的性质比较[J]. 煤炭技术， 2011， 30（11）：228-230.

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