Ca、Mg含量对超细煤粉燃烧特性的影响

　　煤粉燃烧是复杂的物理化学过程,煤的燃烧特性包括着火、挥发分释放、燃尽、热解等,了解和掌握煤的燃烧特性对于燃烧过程的控制极其重要。影响煤燃烧特性的因素很多,如煤种、风温、一次风与二次风风量比、煤粉浓度、回流区的大小及温度水平、燃烧器的形式以及炉膛大小等。超细化煤粉(0~20μm)燃烧是一种新兴的煤粉高效、清洁燃烧方式,具有稳燃效果好、燃烧效率高、低NOx排放以及综合经济性高等优点[1~3]。碱金属和碱土金属对多种含碳化合物的燃烧和气化具有很好的催化作用,因此研究矿物成分对超细化煤粉燃烧特性及污染物析出特性的影响,有助于更全面合理地评价和表征超细煤粉的燃烧特性。本文采用热天平研究了煤中主要矿物质成分Ca、Mg及其含量影响超细煤粉燃烧特性的一般规律。

　　1　实验煤种及实验设备

　　实验采用铁法煤(TF)经碾磨但不进行筛分制成的超细煤粉,平均粒径为10.57μm。采用GB/T 7560-2001对超细煤粉进行脱灰处理,干法添加CaO和MgO。原煤的煤质分析结果见表1。

　　实验在日本岛津公司产60-H型热重差热分析仪上进行。采用20℃/min升温速率,用氧气(99.999%)和氩气(99.999%)的混合气体作为气氛气体,氧气浓度20%,气体流量80 mL/min。试样用量约8 mg。

　　2　结果与讨论

　　通过热天平实验得到TG曲线和DTG曲线,分析了不同工况条件下实验样品的着火温度、最大燃烧速率和燃尽温度等燃烧特性参数,研究Ca、Mg金属氧化物对超细煤粉燃烧特性的影响及其主要原因。

　　2.1　对TG、DTG曲线的影响

　　铁法原煤及添加了Ca、Mg金属氧化物的铁法脱灰煤样在20℃/min升温速率下的燃烧特性曲线见图1。如图1所示,不同金属氧化物添加量对脱灰煤样燃烧特性的影响不同。加入Ca、Mg金属氧化物的脱灰煤样,燃烧速率快于原煤,燃烧反应时间缩短,达到最大失重速率时的温度和燃尽温度均降低70℃左右。

　　由图1还可见,加入CaO和MgO的脱灰煤样与原煤相比,DTG曲线的差别主要出现在着火之后。含Ca的各脱灰煤样在着火之后的失重速率迅速增大,比原煤提前到达最大失重速率点并保持较快的速度燃尽。含MgO的各脱灰煤样的TG、DTG曲线与含CaO的类似,但在着火后很窄一段温度范围内(45℃)保持较高的失重速率,然后出现急速转折,以较小的失重速率燃尽。因此,与CaO相比,MgO对挥发分的燃烧具有促进作用,但同时有抑制固定碳燃烧的作用。原煤及原煤与不同比例MgO混合样品在燃烧过程中的TG曲线和DTG曲线见图2。与图1(b)相比,含有0.2%~0.6%MgO原煤混合样品的TG、DTG曲线与原煤重合,即少量MgO对原煤的燃烧无影响。添加0.8% MgO的原煤样品在着火前的TG曲线和DTG曲线与其它实验样品重合,说明0.8%的MgO对挥发分的析出无明显影响,但着火后与其它样品有明显差别,其TG曲线和DTG曲线均向高温方向移动,并且无论在着火前挥发分析出阶段还是在着火后煤粉颗粒燃烧阶段,该样品的失重速率均低于其它样品。因此认为,少量MgO对原煤燃烧没有明显影响,过多的MgO对燃烧非常不利。