科蘋惘報開發(fā)與經(jīng)濟SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY2009年第19卷第1l期文章編號:1005-6033(2009)11-014004生物質(zhì)與煤的混合燃燒實硏究程樹仁!,劉亮2(1.山西電力職業(yè)技術(shù)學院山西太原,030021;2長沙理工大學湖南長沙,410076)摘要:為了解生物質(zhì)和煤的混燃特性,利用熱天平對生物質(zhì)、煤及其混合試樣進行了熱重實臉研究,考察各試樣的著火溫度、燃燒速率最大時溫度、燃盡溫度和最大燃燒速率等燃燒特征參數(shù),并對實驗數(shù)據(jù)進行了分析處理,求出了反應(yīng)的動力學參數(shù)活化能E和頻率因子A。結(jié)果表明同煙煤比較,生物質(zhì)有較低的燃燒特征溫度和較快的燃燒速率;在煙煤中加入生物質(zhì)共燃后,著火燃燒提前,同時可以獲得更好的燃盡特性。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);煤;混燃特性;熱重實驗;動力學參數(shù);實驗研究中圖分類號:TK16文獻標識碼:A能源與環(huán)境是當今世界發(fā)展的兩大主題,是人們關(guān)注的焦衰1試樣工業(yè)分析點。隨著全球工業(yè)進程不斷加快經(jīng)濟發(fā)展飛速增長,化石能源分析工業(yè)分析%消耗不斷增加,而化石能源的過度開采和使用給環(huán)境保護帶來樣品揮發(fā)分灰分了巨大的壓力,人們深刻地認識到化石能源的有限性和環(huán)境污24554227[10539301282染問題這就要求開發(fā)出有利于改善環(huán)境的可冉生能源。而在各花生殼7255838715637017027種可冉生能源中,生物質(zhì)能是唯一可有效存儲太陽能的可再生955239673484155175能源、,對其的合理開發(fā)和高效利用將有助于緩解國民經(jīng)濟快速花生先煤=1500424043674219388發(fā)展對能源需求的壓力。另外,生物質(zhì)是一種清潔的可再生能花生殼煤=13351648334062261829.1674源它的硫氮含量均較低灰分也很少,所以燃燒后S02,NO2和瓜子殼煤=15567023009441920602灰塵的排放量比化石燃料小得多。同時生物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境具有[子殼煤=1335172389325836284199CO2零排放的特點這對減輕日益嚴重的大氣煙塵酸雨現(xiàn)象、溫失重數(shù)據(jù)進行微分處理繪出微分熱重曲線DG,見圖1-圖7。室效應(yīng)必將有著非常重要的作用2我國是農(nóng)業(yè)大國,生物質(zhì)資源十分豐富我國生物質(zhì)能占0次能源總量的33%,是僅次于煤的第二大能源習。生物質(zhì)在我國能源消耗中占有舉足輕重的地位在全部能源消耗中約占20%,在農(nóng)村能源消費中約占生活用能的70%4。我國生物質(zhì)資源大部分是單獨燃燒,利用效率低能量損失嚴重不僅造成大氣污染還嚴重破壞生態(tài)環(huán)境因此采用生物質(zhì)與煤混燒的方法提高-2345利用效率具有重要意義。在大型的燃煤電廠中使用生物質(zhì)與煤混合作為原料不僅提高了生物質(zhì)的利用效率同時設(shè)備不需要020040060080010001200進行太大的改動降低了投資費用。所以對生物質(zhì)與煤混燒進溫度rC行深入的理論研究具有十分重要的現(xiàn)實意義圖1煤的燃燒特性曲線1樣品采集本次實驗用生物質(zhì)為花生殼與瓜子殼干燥后研磨并篩分采集140日花生殼粉和瓜子殼粉作為實驗的分析樣品;煤樣采用寧鄉(xiāng)煤炭壩煙煤,140目。2生物質(zhì)與煤的工業(yè)分析實驗對煤樣、花生殼、瓜子殼單獨試樣及其混合試樣(按1:1,13的質(zhì)量比例混合進行工業(yè)分析,工業(yè)分析結(jié)果見表1。5006003生物質(zhì)與煤混合燃燒的熱重分析實驗中國煤化工CNMHG性曲線實驗在空氣氣氛中進行,升溫速率:20℃min;試樣質(zhì)量:10從TG曲線上可以看出煤的燃燒過程基本集中在一個溫度mg;溫度變化范圍:20℃-1000℃。間,而生物質(zhì)、生物質(zhì)與煤共燃時存在著較為明顯的兩個區(qū)31實驗結(jié)果間即揮發(fā)分的析出和焦炭的燃燒階段。隨著煤在混合試樣中比在燃燒特性實驗中得到各種試樣的TG曲線對T曲線的例的增大,燃燒過程逐漸向高溫區(qū)域移動。對應(yīng)的DTG曲線上也140程樹仁劉亮生物質(zhì)與煤的混合燃燒實驗研究本刊E- mail:bjb@ bsxinfo nel科技論壇0100200300400500600溫度圖3瓜子殼的燃燒特性曲線圖7瓜子殼煤13的燃燒特性曲線初期揮發(fā)分的大量析出,從而導致了燃燒的第一階段形成。3.2燃料的燃燒特性和火特性分析在燃料燃燒的過程中,影響揮發(fā)分析出的因素也直接影響燃料的著火燃燒。影響揮發(fā)分析出的主要特性參數(shù)有6:揮發(fā)分初析溫度T;揮發(fā)分最大釋放速率即峰值(dGdn)-;對應(yīng)于(dC)的溫度T。等。其中;T越小,則表明燃料的著火性能越佳;(dG/d)越大,表明揮發(fā)分釋放程度劇烈;T越小,則表明揮發(fā)分釋放越快,此時燃燒就容易在較低的溫度下進行。010020030040050060070080同時,將DG曲線上燃燒后期的G點作為初始燃盡點,在G點以后,DTG曲線趨于平直曲線波動于零值附近;其所對應(yīng)圖4花生殼煤1:1的燃燒特性曲線的溫度用T來表示,T的大小反應(yīng)試樣的燃盡特性—7越小劂表明燃料試樣容易燃盡;其與揮發(fā)分初析溫度T的差值越小06反映該燃料燃燒過程時間越短燃料放熱反應(yīng)越集中。表2為燃料燃燒過程中主要燃燒特性參數(shù)值。表2燃料燃燒主要特性參數(shù)實驗數(shù)據(jù)試樣∧~【心 C/dt)/(mg/min)/花生殼2684730538283花生殼煤12676531489花生殼煤=13268473172523300.40665.56瓜子殼瓜子殼煤1[200209332圖5花生殼煤1:3的燃燒特性曲子殼煤:13261712546692042p32.1揮發(fā)分的析出特性和著火特性分析從表2可以看出,花生殼、瓜子殼的揮發(fā)分初析溫度遠低于煤樣的揮發(fā)分初析溫度。生物質(zhì)燃燒時T為260℃左右;煤單獨燃燒時,T為40℃左右;在生物質(zhì)和煤混燒時,T較接近于生物0000質(zhì)燃燒時的溫度,與煤比較大大降低,基木可以認為混合物的T是單質(zhì)生物質(zhì)的初始燃燒溫度。從(dG)的數(shù)據(jù)來看,生物質(zhì)在較低溫度(300℃左右)時,釋放揮發(fā)分劇烈;而在混燒時(dGd)所對應(yīng)的溫度T基本上也處在300℃左右。在生物0.2100200300400500600700800質(zhì)與煤混燃時隨著煤的比例增大揮發(fā)分最大釋放速率越來溫度PC越小(混燒花生殼283-096040;混燒瓜子殼637→1.250.59)。從DTG曲線可以看出,在燃燒前期生物質(zhì)的曲線峰狹長6瓜子殼煤1:1的燃燒特性曲線峰值很高,表明其揮發(fā)分釋放劇烈集中,因而著火容易,而單獨可以看出在生物質(zhì)生物質(zhì)與煤混燒的情況下其過程曲線一的煤燃門冒,沮齔葉所亞成的曲線峰類似于單獨般出現(xiàn)兩個尖峰燃燒明顯分為兩個階段其尖峰形狀隨試樣混的生物中國煤化工這說明在煤中摻入生物合比不同而相異對于生物質(zhì)來說第一個燃燒階段的DG曲線質(zhì)后CNMHG度下即可析出因此改的峰偵遠大于第二個燃燒階段的DTG曲線的峰值,燃燒主要集善了煤的看火性鹿。中在較低的溫度下;但隨著煤的摻混比例增大燃燒逐漸集中322最大燃燒速率和燃盡特性分析后一階段;而對于單一的煤燃燒來說,在DTG曲線上只有一個大由DTG曲線上的最大極值點來確定最大燃燒速率(dCd的尖峰區(qū)域這是由于生物質(zhì)中含有大量的揮發(fā)分,因而在燃燒(基本上對應(yīng)揮發(fā)分最大釋放速率)其對應(yīng)的溫度為T。從從程樹仁,劉亮生物質(zhì)與煤的混合燃燒實驗研究本刊E-mail:bjb@sxinfo.net科技論壇表2可以看出:對于單一的生物質(zhì)燃燒來說燃燒的最大速率出從圖8可以看出,隨著生物質(zhì)所占比例的增加燃燒特性指現(xiàn)在燃燒前期所處的溫度低于300℃;對于單一的煤燃燒來說,數(shù)S變化很大(花生殼摻混比從0%到75%時,燃燒特性指數(shù)從燃燒的最大速率出現(xiàn)的時間較晚所處的溫度較高大于500℃;1.06上升到759;相應(yīng)的,瓜子殼也從106上升到10.1,反映出在生物質(zhì)和煤混燒的情況下,隨著混合比例不同,其燃燒的最大在煤中摻混生物質(zhì),可以使燃料的著火和燃燒特性得到明顯的速率出現(xiàn)的時間和溫度也不同。例如煤:花生殼=1:1時,最大燃燒改善速率處于燃燒前期,所處的溫度較低(315℃),主要是因為此時揮發(fā)分占優(yōu);而在揮發(fā)分的含量相對較少的情況下(如花生殼:4生物質(zhì)與煤混合燃燒的動力學分析煤=1:3),最大燃燒速率處于后一燃燒階段(溫度為523℃),所處生物質(zhì)采用一級反應(yīng)機理方程的溫度較高。生物質(zhì)的最大燃燒速率較大,其中瓜子高達637fa)=(1-a),n=1mg/min,而生物質(zhì)與煤混合后最大燃燒速率明顯降低很多。總的來說在煤中加入生物質(zhì)后,燃燒的最大速率增大且有前移的趨式中:a為失重百分數(shù),a=W票,為起始時的質(zhì)量甲勢,所處的溫度較煤來說有所降低,這表明在煤中加入生物質(zhì)為最終質(zhì)量W為溫度T時的質(zhì)量。根據(jù)Coas- Redfern法得:后,最大燃燒強度有所提前。對于初始燃盡點G來說,在煤中加入生物質(zhì)后溫度有所降低(如由833℃降低到649℃),這是由于l"只2)-是(1-2x2)加入生物質(zhì)后,使得著火燃燒得以在較短的時間、較低的溫度下對l(2)-}作圖應(yīng)為一直線進而從該直線的斜率和發(fā)生,從而延長了整個燃燒的溫度區(qū)間,可以獲得更好的燃盡特性截距可得動力學參數(shù)E和A,計算結(jié)果見表33.23燃燒特性指數(shù)S表3花生殼、瓜子殼和煙煤及混合物熱解動力學參數(shù)對于緩慢加熱的燃燒過程,燃燒反應(yīng)初期(即在著火階段)試樣溫度間rEJ·mol_Mmin1_R可認為是屬于化學反應(yīng)動力學控制區(qū),即由化學反應(yīng)動力學因煤350-640846560051-09438素控制反應(yīng)速度,并可近似地用 Arrhenius定律表達燃燒速率刀花生亮40-2455983495912-0990425956-09809花生殼煤240-30101446-0.99358dG/dT=Aexp[-E/(RT)]43025.83式中:dGdT為燃燒速度;A指前因子。對上式求導,整理得:82209905花生殼煤240-3454421270-099169E(:1:)(2)163瓜子殼8429在著火點按文獻[8有燃燒特性指數(shù)S:925845(dG/dT)(dG/dT)瓜子殼煤2035604874073815090式中:(dC/dT)為最大燃燒速度;(dG/dT)為平均燃燒速瓜子殼:煤230-34070.98838度;Tc為燃盡溫度;T為著火溫度。S是煤的綜合特性指標,S值=13「45060454919033-0912越大,煤的燃燒特性越佳。本文中借用S來評價試樣的燃燒特性按式(3)可求出各試樣的燃燒特性指數(shù)(見圖8)5結(jié)論700E-008(1)生物質(zhì)較煤而言揮發(fā)分含量高,灰分含量低,易著火燃600E-008500E-008(2)從TG曲線上可以看出,煤的燃燒過程基本集中在一個400E-008溫度區(qū)間,而生物質(zhì)、生物質(zhì)與煤共燃時,存在著較為明顯的兩300E-008個區(qū)間,即揮發(fā)分的析出和焦炭燃燒階段。隨著煤在混合試樣中20比例的增大,燃燒過程逐漸向高溫區(qū)域移動。(3)生物質(zhì)的揮發(fā)分析出溫度要遠低于煤的揮發(fā)分析出溫000E+0001度。在煤中摻入生物質(zhì),可以使煤著火燃燒提前,并可以改善煤0204080100花生殼%的著火性能(4)生物質(zhì)燃燒的最大速率出現(xiàn)在燃燒前期煤燃燒的最大速率出現(xiàn)在燃燒后期。在煤中摻入生物質(zhì),可以使煤燃燒的最大300E-0速率增加且向前移,并可以獲得更好的燃盡特性。2.50E-007(5)對生物質(zhì)與煤混燒進行了動力學分析,建立了合理的動2.00E-007力學模型并求得動力學參數(shù)1.00E-007[1]中國煤化工500E-008CN Ge and Bioenergy, 2000, 19020406080100[2]肖軍,段菁春,王華,等生物質(zhì)與煤共燃研究[小]煤炭轉(zhuǎn)化瓜子殼偉%2003,26(1):127-135圖8燃燒特性指數(shù)S跟生物質(zhì)比例之間的關(guān)系[3]劉豪邱建榮董學文,等生物質(zhì)與煤混燒的燃燒特性研究142科技情報開發(fā)與經(jīng)濟SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT ECONOMY2009年第19卷第1期文章編號:10056033(2009)-0143-03收稿日期:2009-02-20數(shù)控機床可靠性的評定與提高途涇趙建英(1太原理工大學機械工程學院山西太原,030024;2太原鐵路機械學校山西太原,030006)摘要:討論了數(shù)控機床可靠性的評定指標,分析了影響數(shù)控機床可靠性的因素,提出了提高數(shù)控機床可靠性的有效途關(guān)鍵詞:數(shù)控機床;可靠性;評定指標中圖分類號:TG659文獻標識碼:A可靠性是指系統(tǒng)、機械設(shè)備或零部件在規(guī)定的工作條件下“可靠”或“不可靠”這樣籠統(tǒng)的評價上,而必須具體確定可靠性和規(guī)定的時間內(nèi)保持與完成規(guī)定功能的能力。一個系統(tǒng)、一臺設(shè)的數(shù)量。由于可靠性不能用儀表測定,所以衡量可靠性必須進行備,無論其如何先進功能如何全面精度如何高級,如果故障頻研究、試驗和分析,從而做出正確的估計和評定。繁可靠程度差,不能在規(guī)定時間內(nèi)可靠地工作,那么它的使用目前可靠性已從一個模糊的定性概念發(fā)展為以概率論及價值就不高,經(jīng)濟效果就不佳。從設(shè)計規(guī)劃制造安裝、使用維數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)的定量概念。表示產(chǎn)品總體可靠性水平高低的護、更新改造到修復報廢,可靠性始終是系統(tǒng)和設(shè)備的靈魂?？筛鞣N可靠性數(shù)量指標稱為可靠性特征量。其真值是理論上的數(shù)靠性是評定系統(tǒng)和設(shè)備好壞的主要指標之一,它體現(xiàn)了產(chǎn)品的值實際上是未知的。根據(jù)樣本觀測值經(jīng)一定的統(tǒng)計分析可得耐用和可靠程度。到特征量的真值估計值。可靠性是每個產(chǎn)品都有的客觀屬性,數(shù)控機床是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)裝備,其技術(shù)水平高低是是產(chǎn)品到了用戶手中隨著時間的推移,穩(wěn)定保持原有功能的能衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志,而數(shù)控機床的可靠力,也就是對一個產(chǎn)品投入生產(chǎn)使用后無故障工作能力的量性是機床質(zhì)量的關(guān)鍵。目前國產(chǎn)數(shù)控機床的可靠性水平與國外度相比明是偏低,嚴重影響了國產(chǎn)數(shù)控機床的競爭能力,如何合對于機械設(shè)備,可靠性的特征量主要有:可靠度、失效率理、準確地評定數(shù)控機床的可靠性提高國產(chǎn)數(shù)控機床的可靠性故障率、平均無故障間隔時間、平均壽命、有效度等。任何一個特已成為當務(wù)之急。征量只能表示可靠性的某一個特征方面,所以對不同的設(shè)備要使用不同的特征量描述。對于可維修的復雜系統(tǒng),常用可靠度1數(shù)控機床可靠性的評定指標平均無故障間隔時間MTBF( Mean Time Between Failures)等指標可靠性只是一個定性的概念在研究可靠性問題時,還需要來衡址。有定量的指標。一臺設(shè)備的可靠性不能停留在“好或“不好”或?qū)τ跀?shù)控機床來說,如何客觀、正確地評價其狀態(tài),目前尚[]熱能動力工程,2002,17(5):451-454出版社,2002[4]楊亞平,蔡松南方地區(qū)秸稈氣化技術(shù)應(yīng)用特點門中國能9]肖軍沈賴宏,王澤明,等生物質(zhì)加壓熱重分析研究[門燃源,2001(6):31-33.燒科學與技術(shù),2005,11(5)415-420[5]盛昌棟張軍煤粉鍋爐共燃生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的特點和優(yōu)勢[10]李余增熱分析[M]北京:清華大學出版社,1987門]技術(shù)經(jīng)濟綜述,2006,35(3)8-11(責任編輯:戚米莎)[6]聶其紅,孫紹增褐煤混煤燃燒特性的熱重分析法研究[].燃燒科學與技術(shù),20017(1):72-76第一作者簡介:程樹仁,男,1967生,1991年畢業(yè)于長沙電[7]陳鏡泓李傳儒熱分析及其應(yīng)用[M]北京科學出版社,1985力學院電力系電氣技術(shù)專業(yè)政工師,山西電力職業(yè)技術(shù)學院,[8]孫學信燃煤鍋爐燃燒實驗技術(shù)與方法[M]北京:中國電力山西省太原市晉祠路三段160號,030021Experimental Research on Co-combustion of Biomass and CoalCHENG Shu-ren, LIU LiangABSTRACT: In order to obtain the co-combustion properties of biomass and coal, the thermal gravimetric analyses wereused to study the properties of blended samples, the combustibility中國煤化工 8 gnition temperature,peak temperature at maximum weight loss rate, burnout temperainvestigated. After dealing with experimental data, the kinetics paranCNMHGhe experimental resultsshow that the lower ignition temperature and better bumout property can be achieved for the biomass than ceKEY WORDS: biomass; coal; co-combustion properties; thermal gravimetric experiment; kinetics. parametersexperimental research