第2卷,總第122期《節(jié)能技術(shù)》Vol 21, Sum. No. I2003年1月,第6期ENERGY CONSERV ATION TECHNOLOGYNoy.2003,No.6基于熱重一紅外聯(lián)用方法的煤質(zhì)熱解特性分析蘇桂秋,盧洪波,崔暢林(東北電力學(xué)院動力工程系,吉林吉林13202)摘要:利用熱重-紅外聯(lián)用分析儀,對煤的工業(yè)分析、熱解過程進(jìn)行實駿研究,同時用傅立葉變外光譜儀對揮發(fā)分產(chǎn)物進(jìn)行了實時分析,使煤的工業(yè)分析結(jié)果、熱解特性參數(shù)、熱解產(chǎn)物分析在一次測定過程中同時獲得。關(guān)鍵詞:熱重;傅立葉變換紅外光譜儀;工業(yè)分析;熱解中圖分類號:TQ533文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文算綿號:1002-6339(200)06-008-03Analysis of Coal Pyrolysis Performance Base on TG-FTIR MethodSU Gui-qiu, LU Hong-bo, CUI Chang-linDepartment to Thenmal Power Engineering, Northeast China Institute of Electric Power Engineering, Jilin 132012, China)Abstract The proximate analysis and the pyrolysis process of coal are studied by means of the TG-FTIR interconnectanalyzer. At the same time, the voltammeter is analyzed with the FtIR in the real time. It showed that all these experimental results can be obtained at the same time in the process of the experimentKey words: thermogravimetry; fourier transform infrared spectrometer; proximate analysis; pyrolysi1引曹通過相應(yīng)管道載出系統(tǒng)煤是我國現(xiàn)階段的主要能源之一,也是電站鍋爐與工業(yè)鍋爐的主要燃料如何有效利用煤這一不可再生能源并且充分考紅外光譜慮到對環(huán)境的影響是人們普遍關(guān)注的問題。長期以來,人們分析儀直在努力探索煤的反應(yīng)機理及燃燒的內(nèi)在規(guī)律,以期提高煤燃燒的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性(,同時在對煤燃燒產(chǎn)物的環(huán)保處理2以及新的潔凈燃燒技術(shù)的應(yīng)用上也進(jìn)行了大量的研究工作(3),而所有這些研究都是建立在對煤燃燒的基本特性充分了解的基礎(chǔ)上的?？梢岳脽嶂胤治龇▽γ旱臒峤馓匦赃M(jìn)行研究45,但其1熱重-紅外聯(lián)用分析測試系統(tǒng)熱解產(chǎn)物需要用其它儀器再進(jìn)行二次分析。目前比較新的分析22實驗條件方法—熱重-紅外聯(lián)用方法正引起人們的重視熱重分析法輸送管溫度200℃;氣體池溫度220℃;氮氣流量80m/minTC)是在程序溫度控制下測量物質(zhì)質(zhì)量與溫度之間關(guān)系的方加熱速率50℃/min;氧氣流量20m/mn;煤樣粒度<02m,空法;傅立葉變換紅外光譜儀(FIR)是一種時間響應(yīng)快、靈敏度高氣干燥基18±2mg;煤種:(1)團(tuán)林子煤,(2)雞西煤,(3)七臺河的分析儀器。TG-FIR聯(lián)用的分析方法具有準(zhǔn)確、靈敏、重現(xiàn)性煤,(4)彎溝煤(5)舒蘭煤(6)東盛煤好可實時監(jiān)測等特點它是當(dāng)前煤質(zhì)研充領(lǐng)域進(jìn)行動態(tài)特性分23實驗步驟析的新工具。本文就是在一定的條件下對不同煤質(zhì)進(jìn)行了熱重煤的工業(yè)分析項目包括:水分Mad揮發(fā)分Vad、灰分Aad及紅外聯(lián)機實驗研究表明該方法可以在一次實驗過程中同時固定碳OaH四項。實驗程序溫度采用cB(煤的工業(yè)分析方獲得煤的工業(yè)分析、熱解特性參數(shù)熱解產(chǎn)物分析等結(jié)果。法》快速測定法的溫度。煤樣在氮氣條件下,從室溫升至150℃2系統(tǒng)組成及實驗步驟(褐煤升溫至200℃)后恒溫l0min,在TG曲線上(參見圖2)得失2.!實驗分析測試系統(tǒng)重百分率W1,(W-W)為Mad繼續(xù)升溫至900℃恒溫7min,得實驗分析測試系統(tǒng)如圖1所示美國E公司生產(chǎn)的熱重分失重百分率啊2,(W-W2)為Vad;將溫度降至820℃,加入氧氣,析儀通過氣體輸送管和氣體池與紅外光譜分析儀連成一體,并恒溫40min或灼燒至恒重測得剩余物質(zhì)質(zhì)量百分率R為Aad,分別與各自的控制、顯示打印設(shè)備相連樣品的揮發(fā)分由氮氣外為計由斯蟲林由氨氣載入氣體池,由中國煤化工收稿日期2003-0-16修訂確日期2008-10-163實驗CNMHG作者簡介:蘇桂秋(197-)女吉林永青人東北電力學(xué)院動力系能3.1工業(yè)分析與紅外光譜跟蹤分析源工程實驗室工程師,主要從事能源與動力工程方面的科研和實驗教學(xué)工作。用TG法對不同的煤樣進(jìn)行工業(yè)分析,其分析結(jié)果與常規(guī)國標(biāo)法的結(jié)果列于表1中。由表1可以看出,兩者的測試值吻合較峰,在3710m-1、235m-處有CO2吸收郵,在218m好誤差在實驗室規(guī)定的允許范圍內(nèi)。同時通過對煤樣的重復(fù)212cm處有CO吸收峰,在3575cm-處有H0吸收峰,在性實驗,發(fā)現(xiàn)TG法測得的工業(yè)分析結(jié)果具有很好的重現(xiàn)性。1340m1、167cm處有SOh吸收峰在1734cm-1、60km-處有表1TG法與國標(biāo)實驗法工業(yè)分析結(jié)果對照羰基吸收峰,在2985cm-1、211cm-1、1470m-處有其它烷烴的FCad吸收峰。舒蘭褐煤煤化程度低熱解氣體產(chǎn)物多,因此在圖4上T/常規(guī)TG/常規(guī)TG/常規(guī)TG/常規(guī)同時顯示了多組分的紅外吸收峰。085/0.861625/166948.76433.9734,0424.69/24.3642.10/42.463167/31.8730.90/1.01761/17.141.86/42.263962/39.643.32/3.328.37/8.5737.06/37.4950.87/50.620∞104/10.531.68/32.027.8/27.78292629.70由圖2的T曲線、mG曲線程序升溫曲線,可得出煤的下列熱解特性參數(shù)(如表2所示)(1)揮發(fā)分初析點(onet點)溫度、時間;圖4舒蘭煤450℃熱解產(chǎn)生氣體的紅外光譜(2)揮發(fā)分最大釋放速度即DrG曲線峰值(dw/dt)32不同實驗煤種的熱解特性(3)對應(yīng)于(dW/dt)的溫度Tm、時間;由圖5可見,不同煤種在相同的升溫速率(0℃/min)下熱解(4)(dW/dt)/(dW/d)a=1/3的溫度區(qū)間△T(5)揮發(fā)分釋放特性指數(shù)D時揮發(fā)分析出時間析出溫度最大釋放速度均不相同D=(dW/d)=(T*△T13),其中(dW/dt)a越大揮發(fā)分釋放越強烈;T越低、△T越小,揮發(fā)分的釋放高峰出現(xiàn)得就越早、越集中,對著火也就越有利;反之則越不利于著火。D是一個綜合判定指數(shù),D值越高,煤的著火溫度越低,煤的著火性能就越好y wlRw amenDTGSVDTG?圖5不同煤種50/min升溫速率下的熱解TG、mG曲線表2列出了不同實驗煤種的熱解特性參數(shù),其中褐煤揮發(fā)分析出快、溫度低、D值較高,煤的著火溫度較低;對于無煙煤,由于揮發(fā)分含量較低,很難析出,D值較低,煤的著火溫度高,一般D>2E-06時煤的著火性能較好,不存在著火困難,本實驗圖2程序溫度曲線及舒蘭煤的TGDG曲線得到舒蘭煤的D值為2E-5。由FTR實時跟蹤實驗獲得的紅外三維譜圖如圖3所示,可表2不同煤種的熱解特性參數(shù)(升溫速率為50℃/min以驗證實驗的四個階段:水分析出;揮發(fā)分析出,譜圖上有明顯D的吸收峰出現(xiàn),出峰最強點與⑩G曲線峰值點相應(yīng)檢測時間無554,18276.9明顯滯后;固定碳燃燒加入氧氣后2385~296m處存在CO224559318.131.46l1514.33150.202E-05CO的強烈吸收峰;燃盡階段,無吸收峰34460317.930631051563246.455E-06由FTR檢測可知,煤在揮發(fā)分物質(zhì)析出后,加入氧氣使17.68定碳燃燒的過程中產(chǎn)生的氣體只有CO2,而對環(huán)境造成污染的其5403.9317091.4135483.08192.002E-05它氣體在熱解過程中基本釋放完畢。因此實驗著重分析煤在06431.140.7756489.83291.855E900℃前的熱解過程中氣體的釋放信息。2525圖6不同升溫速率雞西煤的TG、DG曲線0015003000250020001900100諫率對T曲的影3舒蘭煤實驗過程的紅外三維譜圖中國煤化工mi,90/m,00℃舒蘭褐煤的揮發(fā)分含量較高,在450℃時熱解產(chǎn)生的氣體紅CNMHG圖6)。由圖6可以看外光譜(圖4)上可以看出,在305cm-1、1304m-1有cH吸收出隨升溫速率時增大DmG田線嵊值加大,反應(yīng)的起始溫度和終止溫度均增高,T℃G曲線向高溫側(cè)移動,產(chǎn)生熱滯后現(xiàn)象。因煤的熱解過程是煤燃燒、氣化、液化的初級階段,煤的熱解煤的熱解是吸熱反應(yīng),同時煤的導(dǎo)熱性能差故反應(yīng)的進(jìn)行和特性如揮發(fā)分析出時間析出溫度、析出過程等都是與鍋爐設(shè)計揮發(fā)分的析出需要一定的時間。當(dāng)升溫速率增加時,由于部分和運行密切相關(guān)的特性指標(biāo),研究煤的熱解特性可以對煤在鍋樣品來不及揮發(fā)、部分結(jié)構(gòu)來不及分解,需要在更高的溫度下?lián)]妒內(nèi)有效燃燒以及煤的熱加工等提供依據(jù)。發(fā)和分解而產(chǎn)生熱滯后現(xiàn)象。實驗還發(fā)現(xiàn)熱滯后現(xiàn)象并不與升溫速率成正比增長,當(dāng)升溫速率過快時,TG曲線的起始溫度1)李晗,黃恰民,于洪彬等爐溫度對扁球狀型煤著火時間影響和終止溫度增高反而不明顯。升溫速率過快D℃曲線出現(xiàn)明顯實驗研究(J.節(jié)能技術(shù),20121(0):32-3的雙峰,析出物質(zhì)開始發(fā)生變化。隨升溫速度的增加煤樣總失〔2〕安晶,李振華.工業(yè)鍋爐的煙氣脫硫技術(shù)(刀).節(jié)能技術(shù),2003,21重量開始增加(4):35-373)宋行強楊冬,馬振興,鍋爐潔凈燃煤新方案—分離燃燒(J結(jié)論節(jié)能技術(shù),2003,21(3):6采用T法對煤進(jìn)行的工業(yè)分析結(jié)果與國標(biāo)法測定值相符4朱學(xué)棟朱子彬等.煤化程度和升溫速率對熱分解影響的研究并且具有很好的重現(xiàn)性。實驗可以與熱解過程同步完成分析.媒炭特化1992(2):40-47方法比國標(biāo)測定過程簡單、省時、高效,并能獲得多項熱解參數(shù)〔5]聶其紅,孫紹增等.褐煤混煤燃燒特性的熱重分析法研究U.燃熱重-紅外聯(lián)用方法可以對TG法熱解實驗過程中產(chǎn)生燒科學(xué)與技術(shù),2001,7(1):72-76氣體進(jìn)行FTR實時跟蹤分析沒有滯后和返混現(xiàn)象因此T[6)孫學(xué)信,燃煤鍋爐燃燒實驗技術(shù)與方法[M).北京:中國電力出FIR聯(lián)用方法可以作為一種更準(zhǔn)確、方便、快速的研究煤質(zhì)動態(tài)版社,2001〔7朱之培高晉生,媒化學(xué)[M.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1984特性分析方法為研究者使用會會央會會會會會會會會會公會公公會會會會會會會會負(fù)會會會會會會會會六會會六六會六六典典會類典會會會會會會會央(上接第25頁)表33哈三電廠粉煤灰品質(zhì)評定從表3可以看出;從每立方米產(chǎn)品投資額看排序為加氣混從粉煤灰的物理化學(xué)性能分析和粉煤灰的各項性能指標(biāo)礙土<砌筑水泥<粉煤灰燒結(jié)磚<粉煤灰免燒磚<硅酸鹽密實中不難看出,哈三電廠粉煤灰燒失量極低,活性SO2和AL2O含砌塊<粉煤灰地面磚<粉煤灰硅酸鹽水泥每立方米產(chǎn)品用灰量排序為:粉煤灰地面磚>粉煤灰免燒量高達(dá)83.25%,粒徑大部分集中在15-5m之間,m左右的磚>粉煤灰砌筑水泥>硅酸鹽密實砌塊>粉煤灰加氣混凝土>超細(xì)微粒很少。由此可見哈三電廠的粉煤灰屬于優(yōu)質(zhì)低鈣灰粉煤灰燒結(jié)磚>粉煤灰硅酸鹽水泥4哈三電廠粉煤灰綜合利用方案的優(yōu)化每立方米產(chǎn)品利稅排序為:粉煤灰加氣混凝上>粉煤灰地粉煤灰利用的項目很多,如何選擇技術(shù)領(lǐng)先的、符合北方特面磚>粉煤灰燒結(jié)磚>粉煤灰硅酸鹽水泥>粉煤灰硅酸鹽密實點和電廠要求的項目是至關(guān)重要的在選擇項目前,首先對項目砌塊>粉煤灰砌筑水泥進(jìn)行綜合評價。綜合比較的方法是將7種項目的5種指標(biāo)排序相加除以5本文對常用的7種粉煤灰綜合利用項目從以下5個方面進(jìn)后得到綜合排序,如表4所示。行評價:投資額用灰量、節(jié)灰場費、節(jié)土地費利稅;而后逐一排表4的綜合排序為粉煤灰砌筑水泥→粉煤灰地面磚→粉煤序其中投資額按從小到大,其氽4項均為從大到小,結(jié)果詳見灰加氣混凝土→粉煤灰免燒磚→粉煤灰燒結(jié)磚→粉煤灰硅酸鹽豪3幾種利用途徑逐項評價結(jié)果密實砌塊→粉煤灰硅酸鹽水泥投資額用灰量節(jié)灰場費節(jié)土地費單位制品投資排序灰投費排序4/m3單位用制品排序元如m2晶排序元/m3排序粉煤灰加氣混凝土490514.75粉煤灰硅酸鹽水泥120719565.8560.623粉煤灰地面磚45.7165.6]524.62粉煤灰免燒磚27.89粉煤灰砌筑水泥衰4各利用途徑的總體評價(2)煤灰的應(yīng)用應(yīng)以分選灰為主上兩套日產(chǎn)150的分選裝項目名稱綜合排序粉煤灰加氣混凝土置配套一臺日產(chǎn)200t的超細(xì)磨,生產(chǎn)I級灰,可以給電廠帶來可觀的效益。粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰燒結(jié)磚(3)上一條年產(chǎn)30萬立方米的陶粒生產(chǎn)線配套一條年產(chǎn)粉煤灰地面磚30萬立方米的砌塊生產(chǎn)線,一年將可消耗掉近40萬噸粉煤灰粉煤灰硅酸鹽密實砌塊20萬噸干灰可以作為水泥廠的混合材粉煤灰免燒磚3.6粉煤灰砌筑水泥〔1)何風(fēng)山必須重視粉煤灰的綜合利用[]粉煤灰綜合利用,2001,5結(jié)論2粲天仁粉煤灰中各類顆粒的分選方法概述[J硅酸鹽學(xué)報(1)哈三電廠粉煤灰燒失量極低活性SQ2和AL2含高(4):13達(dá)832%,粒徑大部分集中在15-75m之間,1m左右的超細(xì)〔3中國煤化工門.硅酸鹽建筑制品,1982,(6微粒很少,屬優(yōu)質(zhì)低鈣灰。YHaCNMHG