第32卷,總第188期《節(jié)能技術(shù)》Vol 32 Sum. No. 1882014年11月,第6期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYNov.2014,No.6錫林浩特褐煤燃燒特性熱重分析趙炬明(東北電力設(shè)計院國際分公司,吉林長春130021)摘要:利用熱重分析儀獲得了升溫速率分別為10K/mn、30K/min、50K/min和70K/min下錫林浩特褐煤的燃燒失重特性曲線,計算了著火溫度、燃盡溫度、最大失重速度等燃燒特性參數(shù)。采用Coas- Redfern法計算出反應動力學參數(shù):活化能E和頻率因子A。結(jié)果表明,隨著升溫速率升高,其著火溫度降低,燃盡時間增加。關(guān)鍵詞:褐煤;燃燒;熱重分析中圖分類號:TK6文獻標識碼A文章編號:1002-6339(2014)06-0527-03Thermogravimetric Analysison Combustion Characteristicsof Xilinhaote LigniteZHAO Ju-mingNortheast Electric Power Desing Institute, Changchun 130021, China)Abstract: The combustion characteristics of Xilinhaote lignite were studied by thermogravimetric analysisat different heating rate(10 K/min, 30 K/min, 50 K/ min and 70 K/min). The initiation point, burnouttime, burnout temperature and maximum weight loss rate were calculated with the test date. The kineticparameters, activation energy E and frequency factor A, were studied by Coats-Redfern thermalanalytical method. Results show the burnout time increases and the ignition temperature decresaes with risingheating rateKey words: lignite; combustion; thermogravimetric analysis0引言析煤燃燒反應機理和反應特性,為煤燃燒利用提供有價值的信息4。我國褐煤儲量豐富,利用方式以燃燒為主,研究錫林浩特褐煤是我國內(nèi)蒙古地區(qū)的典型褐煤,褐煤燃燒特性具有重要意義。熱重分析廣泛用于煤本文釆用熱分析方法,分析了該煤種的燃燒特征參燃燒特性研究-3,通過熱重曲線分析可以獲得著數(shù),進行反應動力學參數(shù)計算。火溫度、燃盡溫度、最大失重溫度、最大失重速率等特征參數(shù)通過計算反應動力學參數(shù)可以進一步分1熱天平實驗1.1實驗樣品選取和制備收稿日期2014-09-16修訂稿日期2014-10-23將采集的錫林浩特(XLHT)褐煤研磨、篩分,?；痦椖繃铱萍贾斡媱澱n題(2028BA2B03):河北省教度為140目(109μm)以下,密封保存。煤粉樣品工作者筒介:矩明(190-),男本科,高級工程師,主要從事能業(yè)分析和元刻中國煤化工源工程設(shè)計研究。CNMHG表1錫林浩特(XLHT褐煤工業(yè)和元素分析煤種業(yè)分析%元素分析d%XLHT35.2646.766.7911.1921134.072.204.9521.450.301.2實驗工況熱重分析儀為瑞士 Mettler- Toledo公司生產(chǎn)2--30K/min3--50K/min的TGA/SDT85le型熱重分析儀。實驗中,將15mg左右的煤樣置于熱天平坩堝中,用50mL/min的氮氣吹掃熱天平,整個吹掃過程進行30min后充分排出反應系統(tǒng)中的雜質(zhì)氣體,然后以20K/min加熱到378K,恒溫5min,除去樣品中的水分,然后通入氧氣,以不同加熱速率加熱至1273K,最后在1273K繼續(xù)通人30%、50mL/min氧氣并恒溫5min。升溫800100012001400速率分別為:10K/min、30K/min、50K/min和70min圖1不同升溫速率下的TG曲線由于從室溫升溫到378K階段只是為了脫除外在水分,而對于煤粉而言,溫度達到1273K時燃燒已趨于反應完全,達到1273K之后再恒溫一段時間,是為了使反應更充分。因此這兩個階段在數(shù)據(jù)分析的過程中可以不考慮。以下曲線均為對由378K以不同的升溫速率加熱至1273K的反應階段的EE8三分析。即378K時的重量為燃燒樣品的初始重量,11--10K/min273K為燃燒終點,此時的重量為燃燒樣品的最終2--30K/min3--50K/min重量。4--70K/min2實驗結(jié)果及分析10001200140由熱重曲線及數(shù)據(jù),可得到某一時刻反應的轉(zhuǎn)化率6,即某一時刻試樣減少的質(zhì)量與達到實驗終圖2不同升溫速率下的DTG曲線溫時試樣的總損失質(zhì)量之比由圖1、圖2可知,升溫速率在一定程度上改變了煤的分解歷程,升溫速率會影響到某一溫度時煤(1)樣的剩余質(zhì)量,升溫速率越高在某一溫度時剩余質(zhì)式中m—樣品失水結(jié)束的質(zhì)量;量越大;同時隨著升溫速率的提高,燃燒失重速率明m1某一時刻樣品的質(zhì)量;顯增大,完成整個燃燒的時間會相應縮短。m。—反應結(jié)束時樣品的質(zhì)量。而從表2里的數(shù)據(jù)可以看到,在4個不同的升由試驗數(shù)據(jù)獲得樣品在4個升溫速率下的燃燒溫速率下,煤樣的著火溫度(確定方法見文獻[7])特性參數(shù)如表2所示。具有特定的規(guī)律,即隨著升溫速率的增加,著火溫度表2不同升溫速率下的燃燒特性參數(shù)降低。這說明當升溫速率提高時,煤粉著火提前,著燃燒反應速度峰值火溫度隨之降低漸趨明顯。升溫速率對最大失重速升溫速率最終失重著火溫度燃盡溫度(du/dr)率的影響很大,隨著升溫速率的增加,最大失重速率T:/K TL/KK增大,燃盡溫度(燃燒失重量為總失重量的98%時所對應的溫度)隨之增大,這是因為升溫速率越大,88.19590.57852從室溫加熱到反應終點溫度所需時間越小,雖然溫5088.02573.3100318.0度高,但時間不夠,沒有燃盡,而且在高溫條件下,燃燒處于擴散中國煤化工混合過程就顯得燃盡溫YHCNMHG528·Cumming9、劉輝等人的研究也表明一級反3燃燒動力學分析應可以很好地描述煤粉熱天平燃燒反應過程,燃燒本文采用 Coats- Redfern方法積分,反應選擇反應在不同反應區(qū)間存在多段表觀活化能的現(xiàn)象,一級反應機理函數(shù),求解錫林浩特褐煤熱解反應說明反應溫度增加,燃燒過程遵循不同的反應機理,的動力學參數(shù),見表3。這和本文的研究結(jié)果是一致的。表3煤樣燃燒反應動力學參數(shù)升溫速率′溫度范圍/失重份額頻率因子相關(guān)系數(shù)擬合直線公式K·minlAkJ·mol-559-695y=-7886.7x-1.652815104.065.5710695-8442319.6x-9.380.8354529-73152.76869.40.995731-820y=-4959.1x-6.6495513-738y=-4688.9x-7.27310.9839738-932y=-2782.1x-10.0316.10.9993490-740y=-4115.7x-8.24020.9801740-1025y=-1867.3x-11.45147.371.415.520.9981[3]趙麗紅,楚希杰,辛桂艷煤熱解特性及熱解動力結(jié)論學的研究[].煤質(zhì)技術(shù),2010,34(1):8-11(1)升溫速率在一定程度上改變了煤的分解歷[4]胡榮祖,高勝利,等.熱分析動力學[M].2版北程,升溫速率會影響到某一溫度時煤樣的剩余質(zhì)量,京:科學出版社,2008升溫速率越高,著火溫度降低,煤粉著火提前;平均[5]熊友輝,孫學信動力用煤及燃燒特性的研究手重量損失速率也隨之增大,燃燒反應更加集中;最大段和方法[J].煤質(zhì)技術(shù),1998(9):27-316]王俊宏,常麗萍,謝克昌.西部煤的熱解特性及動失重速率所對應的溫度沒有很明顯的規(guī)律性;燃盡力學研究[]煤炭轉(zhuǎn)化,2000213):1-5溫度隨之增大。[7]祝文杰,周永剛,趙虹,等.用熱天平研究煤的燃(2)對燃燒反應的動力學分析表明,錫林浩特燒特性[J煤炭科學技術(shù),200,32(3):8-1褐煤熱天平燃燒反應為一級反應,燃燒反應分為兩8]盧洪波,徐海軍.煤燃燒特性的熱重實驗研究個階段,升溫速率升高,煤樣各段反應的表觀活化能J.電站系統(tǒng)工程,200622(6:1-13降低。[9 J. 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