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1、水泥工业中煤的燃烧特性评价方法在新型干法水泥生产过程中，分解炉内发生着煤粉燃烧和碳酸盐的分解反应，煤 粉燃烧放热，碳酸盐吸热分解。煤粉的燃烧状况影响着分解炉的发热能力和水泥 窑的熟料产量。当今由于能源日益紧缩，无烟煤、低挥发分煤的应用在水泥行业 也愈加广泛，这些煤在分解炉内 在新型干法水泥生产过程中，分解炉内发生着煤粉燃烧和碳酸盐的分解反应，煤 粉燃烧放热，碳酸盐吸热分解。煤粉的燃烧状况影响着分解炉的发热能力和水泥 窑的熟料产量。当今由于能源日益紧缩，无烟煤、低挥发分煤的应用在水泥行业 也愈加广泛，这些煤在分解炉内的燃烧行为与烟煤有很大的不同，给设计和操作 带来了许多问题，分解炉内易结皮堵塞。
2、此外，煤燃烧不完全还会引起回转窑内 高温带提前而造成结圈、结蛋等问题，这些问题的解决首先依赖于对煤的燃烧特 性的认识和评价。国内有不少学者对煤的燃烧特性进行了研究，如同济大学的缪岩在煤的工业分析 的基础上提出了煤燃烧特性参数ZM【i】；南京电力高等专科学校的叶江明提出了 煤燃烧特性的模糊综合评判模型【2】。国外利用TG-DSC （热重一差示扫描量热法） 研究煤的燃烧特性的较多，主要是对煤的燃烧行为进行研究：如西班牙的 AArenillas, FRubiera用TG/DTA法研究了不同种类煤混合后的燃烧现象； 美国肯塔基州的Yong Chen, Shigekatsu Mori等人用TG/DTA研
3、究了不同种类的 诸如烟煤、无烟煤、褐煤等粒径在374000Mm的煤颗粒的燃烧机理；西班牙 的Jose JPis, G. de la Puente等人用DTA方法研究了洗煤和已氧化煤的燃烧 放热过程【5】【6】。这些研究主要面向电力和煤炭行业,着眼于煤的发热量和煤的着 火点。由于水泥行业分解炉结构的特殊性,不仅要求燃煤发热能力强、而且对煤 的燃烧平稳性、易燃性、着火猛烈程度、燃尽时间等都有要求,因此上述评价指 标不适用于水泥行业。本文应用德国耐驰热重仪器（TG-DSC）对煤进行热分析试验，通过煤的放热起始 温度（T ）、放热结束温度（T ）、燃烧持续时间（t）、放热量（q）、失重 速率（dT2/
4、dt）等基本参数推导出适合于水泥工业分解炉用煤的三个评价指标 燃烧烈度（I）、放热强度（Q）、燃烧特性指数（S）。2 热分析试验说明 首先用大同烟煤（图1）为例来说明热分析试验中可以测得的参数,试验条件如 下：分析仪器：Netzsch STA 409PC气氛：空气 流速：O : 13ml/min 吹扫 N : 40 ml/min 保护 N : 10 ml/min2 2 2温度：室温1000C升温速率：10K/min样品称重：10mg左右 图1中各个物理量的意义如下：（1）、TG （Thermal Gravity）曲线：热重曲线Onset：煤开始失重时的温度，记作，单位：C；Mass chang
5、e:煤在燃烧过程中的失重比率，单位：%； Residual change:煤中残余物的比率，单位：%；（2）、DSC（Differential Scanning Calorimeter ）曲线：放热曲线 Onset：煤开始放热时的温度，记作T ，单位：C；onsetEnd：放热结束时的温度，记作T，单位：。C；Area:煤的放热量，记作q,单位；J/g;Peak :最大放热强度时的温度（C）,记作丁玄，单位：C；Height：从峰尖到DSC基线的高度，记作H,单位mw/mg；Width： Height达到半高时所对应的峰宽温度，记作W,单位：C（3）、DTG（Differential Ther
6、mal Gravity ）：热重微分曲线煤的活性越大，易燃性越大，燃尽越快，煤的燃烧特性就越好；而对于 值也就 是煤着火的猛烈程度，在水泥行业中并不是越大越好，因为它会产生集中放热， 有可能带来局部高温而造成粘堵，从而对燃烧室产生不利的影响。根据多年来的 经验，煤粉在燃烧的时候，无论对于燃烧器还是分解炉，都希望煤粉的燃烧能“削 峰填谷”，也就是不希望煤粉在短时间内燃烧太剧烈，所以在对 指数求解问题 上采用了两边逼近法来求取，即在求取 n 值时，分别取 n=-2， -1.8， -1.6， -0.8, -0.5来对多种煤样求取S值，以下图2就是各种煤样随n值不同时的S 值。图2不同煤种燃烧特性指数
7、S与猛烈程度的关系图 2 列出了几种典型的烟煤、无烟煤、褐煤、低挥发分煤的燃烧特性指数 S 与着 火猛烈程度的n次方的关系。从图4可以看出，当n为一2一1.4时，燃烧特 性指数 S 受指数影响不大，几乎不易区分不同煤种燃烧性能的好坏；其次，我们 排除河北蔚县烟煤根据实际燃烧状况所不可能在的区域：n= 1.0一0.4，因 此，我们选n=1.2较为合适，并且根据工业用煤的实际燃烧状况，它符合这几 种典型煤的燃烧性能。这样，燃烧特性指数 S 的公式应为式（3.6）4 实际煤样分析由以上分析可知，对于水泥工业， S 值越大，煤的燃烧特性越佳，煤质越优，但 是我们在判定某种煤的综合燃烧性能的时候，还要考
8、虑到燃烧烈度I和平均放热 强度Q的大小，只有燃烧烈度I不高、平均放热强度Q较大并且燃烧特性指数S 也大的时候，才认为这种煤的综合燃烧性能是比较好的。在汇总了六十多种烟煤、 无烟煤的热分析试验后，本文给出了判定烟煤、无烟煤这三个指标大小的具体量 值（见结论）。这里以白山金刚无烟煤、越南雄王无烟煤、太行前景烟煤、大同 烟煤为例来说明它们燃烧特性优劣的判定过程。表1 为这四种煤的工业分析值。 表 1 煤的工业分析值煤样MadAadVadQnet ,ad (Mj/kg)白山金刚无烟 煤4.6324.35.1423.18越南雄王无烟 煤2.0917.57.6426.87太行前景烟煤2.6527.1421
9、.521.66大同烟煤3.5318.4128.424.07表2 给出了这四种煤热分析试验测出的参数以及三个指标值，为了更好地比较它们的燃烧特性，表中还列出了其它煤种的燃烧特性参数。表 2 几种煤种的燃烧特性比较放热峰煤种高度H(mW/mg)半高宽W(min)燃烧烈度 I ( mw/mg.m in)放热量q(J/g)放热起始温度Tonset(Conset)终止反应温度T平均放 热重 热强度 燃尽 Q(J/g.C)时间 t (min)失重起始温度(C)平均燃烧速度 (%/min)燃烧特性指数S(10-10)无金刚烟 21.02 73.011248158671894.5574.306242.79煤恒
10、新无烟 20.21 7.82.591316849463096.8260.65263.43煤恒威无烟 25 7.33.421918824557558.1558.74573.17煤越南了 岭-雄王无雄王烟24.71 9.42.6319920450611123.73 61.604812.93煤太行前景 17.49 11.41.531919620769239.5869.24201.69烟煤金路树脂 17.269烟煤1.921453321356241.6454.24242.64凌源富源 16.36 10.7烟煤1.531575321355946.0658.674022.28哥伦比亚 26.97 10.9
11、烟煤2.472318922853874.8051.703973.51大同 21.27 11.7烟煤 21.27 11.71.822056320655758.5853.903922.68黑河海豹 16.82 9.1烟煤1.851406521252145.5250.423952.56英德英德 20.79 12.4烟煤1.682087420355559.3053.903952.8白山20.6231.337.1524.2928.8630.8331.8533.1116.8713.4814.03从表2 可知，从水泥行业用煤角度来讲，白山金刚无烟煤的燃烧烈度较高(I3.0mw/mg.min)，平均放热强度一
12、般，燃烧特性指数S也很低(S11),与 众多无烟煤比较来看，它的综合燃烧性能较差；而越南雄王无烟煤的燃烧烈度不 高(I3.0mw/mg.min)，平均放热强度较高，燃烧特性指数S也较高，与众多无 烟煤比较来看，它的综合燃烧性能较好。同理，太行前景烟煤虽然燃烧烈度不高，但是它的平均放热强度较低( Q3.0mw/mg.min时，烈度较大；而 在烟煤中，当I2.6mw/mg.min时，烈度较大。(2) 从放热角度出发，提出了平均放热强度Q，它表明煤从开始放热到放热结 束这段时间内的平均放热程度。无烟煤中，Q 85J/g.C时，放热强度较小；而 在烟煤中，Q 40J/g.C时，放热强度较小.(3) 从热重角度出发，提出了表明煤的易燃性、着火猛烈程度以及煤燃尽快慢 的物理量煤的燃烧特性指数S。无烟煤中，当S15 时，煤的燃烧性能较优。(4) 在水泥工业中，评价一种煤的燃烧性能，要权衡燃烧烈度I、放热强度Q、 燃烧特性指数S三者之间的关系，只有当燃烧特性指数S较高，烈度I不高，而 平均放热强度Q又较大的煤，其综合燃烧性能堪称是较好的。(责任编辑：admin)
