无烟煤与石油焦燃烧的热分析曲线研究

2017-11-06张翼祥方大炭素新材料科技股份有限公司

大陆桥视野 2017年20期

张翼祥 / 方大炭素新材料科技股份有限公司

无烟煤与石油焦燃烧的热分析曲线研究

张翼祥 / 方大炭素新材料科技股份有限公司

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。

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

本文使用两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】。

表1 两种无烟煤和四种石油焦的工业、元素分析

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。

图1 石油焦和无烟煤的燃烧的失重曲线

图2 石油焦和无烟煤的失重速率曲线

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。

图3 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。