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1、某电厂飞灰及炉渣含碳量异常升高原因分析摘要：本文通过热重分析方法对某烟煤锅炉电厂几个有代表性的入厂煤原煤样进行 分析，得出不同温度下原煤的燃烧动力学特性，找出了入厂煤中含有无烟煤的燃烧特 性，为该厂飞灰、大渣含碳量的异常升高找到了最有可能的原因。关键词：烟煤锅炉含碳量热重 无烟煤1引言某厂2 x 300MW机组锅炉系武汉锅炉厂生产的WGZ1025/18.24-4型烟煤煤粉锅炉， 锅炉自投产后，运行状况一直良好，飞灰、炉渣含碳量分别小于1%、2%，但近来，锅 炉飞灰、炉渣含碳量均异常升高，其中飞灰含碳量超过4%、炉渣含碳量超过8%,在排 除设备状态不佳及运行人员操作失当外，入炉煤的燃烧特性成为了
2、关注的焦点。本文通过分析燃煤在不同温度下的燃烧动力学特性，以找出可能存在不适宜烟煤锅 炉燃烧的其他难燃煤种。2实验方法2.1试验仪器本次试验所采用仪器为梅特勒-托利多生产的TGA/DSC 1热重/热差/热流分析仪。2.2温度控制实验共分为4个温控段升温段1 40-105C升温速率10C/min恒温段1 105C 停留时间10min升温段2 105-1050C 升温速率10C/min恒温段2 1050C 停留时间30min2.3其他参数控制反应气体为空气流量40mL/min,保护气体氮气流量60mL/min,恒温水浴温度22C, 反应物的过筛细度：120140目。2.4热分析补偿模式：扣除空白反
3、应曲线2.5试样分别对电厂的三个煤场进行了取样，共形成5个样品，实验室编号如下1号煤场原 煤样、2号煤场原煤样、3号煤场1号原煤样、3号煤场2号原煤样、3号煤场3号原煤 样。通过对样品进行热重分析得出其中的燃烧反应动力学特征，以找出不适宜烟煤炉型 燃烧的其他煤种，为更好的比对原煤样增加了标准物质样品 GBW11109d （烟煤）及 GBW11112e（无烟煤）其标准值及不确定度如下表所示。表2-1标准物质的标准值及不确定度 标准值及不确定度 编号全硫（%）灰分 （%）挥发份（%）热值（MJ/k g）碳 （%）氢 （%）氮 （%）真相对密 度（20C）备注GBW11109d（烟3.5421.65
4、18.3427.0666.713.631.191.54烟煤煤）0.060.140.300.250.400.100.050.02GBW11112e（无2.6319.118.1527.8171.762.550.951.58无烟烟煤）0.070.140.360.160.580.270.040.02煤3煤样的燃烧动力学特性3.1动力学参数3.1.1着火及燃尽温度：采用TG-DTG法来确定着火温度（图3-1），即在DTG曲线上， 过峰A点作垂线与TG曲线交于B点，过B点作TG曲线的切线，该曲线与失重开始时的 平行基线的交点C所对应的温度定为着火温度1。同时，将试样失重占总失重99%时对 应的温度定为燃尽
5、温度，各试样的着火温度及燃尽温度见（表3-1）热天平程序温.度C图3-1：着火温度定义示意由表3-1中的煤样化学动力学参数可看出3号煤场2号样的着火温度较标准物质无烟煤高23.07C，燃尽温度与标准物质仅相差4.22C，除此之外3号煤场3号样着火、及 燃尽温度值与标准物质无烟煤更接近。表3-1煤样动力学参数表名称着火温度（C）燃尽温度（C）最大燃烧速率 （mg min-1）最大失重速率 温度（C）标准物质GBW11109d（烟煤）470.44817.090.617610.08标准物质GBW1112e（无烟煤）540.01920.490.705648.281号煤场原煤样480.12819.040
6、.693612.022号煤场原煤样476.43828.570.738609.463号煤场1号原煤样472.59859.490.680615.823号煤场2号原煤样563.08916.270.687648.833号煤场3号原煤样492.8893.130.647626.043.1.2最大燃烧速率及其对应温度最大燃烧速率（dw/dt）max定义为最大峰值所对应的失重速率，其对应的温度为最 大失重速率的温度tm（各试样的最大燃烧速率及最大失重速率所对应的温度见表3-1。从上表中可得出最大失重速率点出现时标准物质无烟煤的温度高而烟煤的温度低， 5个试样中温度的高低与着火点及燃尽点温度所表述的燃烧动力学特
7、性一致，随着原煤 碳化程度的加深最大失重速率点出现的温度推后。3.2试样的TG及DSC曲线exo15. 05. 2013 17:08:57mg -4i：i !-3号煤场1号原煤样1号煤场原煤样2号媒场原煤样3号煤场力号原煤样标准物质GBWlllirSd煤样060 S0 100粽准物质GBW11 L瞻摊煤样？号煤部1号原煤样3号煤场原煤样Lab: METTLER图3-1试样的TG及DSC曲线STAR SW 9. 102号煤场原煤样标准物质GBW1111&无烟煤样.3号煤场*号原煤样15. 05. 2013 17:08:57标准物质GBW11112e无烟煤样*煤场2号原煤样Lab： METTLER
8、STAR。 SW 9.10ezomgminA-l3号煤场1号原煤样2号煤场原煤样3号煤场3号原煤样1号煤场原煤样900350100010501050 C/ %标准物质GBW11109d煤样；.05150200250300350400450500550600650700750800850，M I f | I I，I | I I I f I 1 I I | I 1 I 1 | I I I 1 f I I 1| I I I I I 1 I I f I I 1 I | I，f I | I I i | I 1 I 1 | I 1 I 1 | I I 1 I f I I，I | I 1 I 1 | I I
9、 I 1 | I I f | 芋 1, I 1 1 1 1 1520253035404550556065707580859095100105110115 min为了便于查看热流曲线即DSC曲线，试样均按照失重量相等进行质量秤取，从DSC曲线可看出，3号煤场1号原煤样所呈现的趋势更接近标准物质烟煤；3号煤场2号原煤样在整个燃烧过程所表现出来的燃烧特性与标准物质无烟煤在趋势上一致；3号煤场3号煤样在840C以后即焦炭燃烧阶段表现出介于烟煤与无烟煤之间的燃烧特性；1号及2号煤场原煤样在300-600C区间表现出烟煤的燃烧特性，焦炭燃烧阶段由于含碳量低，最大放热峰较其他原煤样提前。3.3试样的DTG曲
10、线图3-2试样的DTG曲线上图中曲线越靠横坐标左端开始下降的曲线表明燃煤初始着火温度较低，反应活化 能也相应较低，煤粉在锅炉内的燃烧也越提前；越靠横坐标右端开始下降的曲线表明燃 煤初始着火温度较高，反应活化能也相应较高，煤粉在锅炉内的燃烧也越滞后。由此可 得出1号煤场原煤样、2号煤场原煤样、3号煤场1号原煤样均表现为高挥发份烟煤燃 烧特征，3号煤场2号原煤样分析结果为无烟煤燃烧特征，3号煤场3号原煤样分析结 果为烟煤中混入少量无烟煤的燃烧特征。4结论4.1无烟煤的燃烧化学动力学特征表现为：着火较为滞后、燃尽也滞后，焦炭的燃烧比 重相对较高，从煤场的三个位置分别取样中，发现部分样品存在无烟煤的燃
11、烧化学动力 学特征。4.2两种煤混合后的活化能介于两种单一煤质之间，燃烧进程是两种单一煤种的混合， 整个进程相互独立又相互影响，易燃煤促进难燃煤着火的同时又争夺燃烧初期的氧，而 难燃煤由于焦炭燃烧过程相对缓慢且不能通过易燃煤增加其比表面积或孔隙率，因此后 期燃尽过程相对独立遵从于焦炭的燃烧规律。故在烟煤锅炉中掺入不定量的无烟煤，其 他燃烧条件不变的情况下，锅炉飞灰及炉渣含碳量必然增加。4.3由于我国大部分电厂目前所使用的入厂煤结算体制化验指标中最多采用的几项指标 分别是发热量、硫分、水分、挥发份等。煤炭供应商为了实现利润最大化，通常不考虑 电厂的实际情况，根据指标进行煤种掺配，往往出现烟煤中混无烟煤混褐煤等煤种互混 情况，故电厂根据以上指标收存的煤，应用目前的结算体制不可能鉴别出具体的煤种， 且人为掺配煤种的方法，属于事先未知，往往给运行控制带来很多的问题，影响到锅炉 的经济及安全运行。文中对采用热重方法鉴别烟煤与无烟煤及烟煤与无烟煤的混煤提供 了动力学参数法、DSC曲线法、DTG曲线法等鉴别方法可供参考。参考文献1 聂其红，孙绍增，李争起，等.褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研究J.燃 料科学与技术，2001,7 (1):72-76.2 顾利锋，陈晓平，赵长遂，等.城市污泥和煤混燃特性的热重分析法研究J.热 能动力工程，2003,18 (6):561-563.
