低温干燥对煤样燃烧性能的影响

何平

何平（吉林省工程技师学院吉林白山134300）

中图分类号：Ｇ71文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2014）11-012-02

褐煤是一种储量大、易开采、价格低的低煤化程度煤种，具有高水分、高灰分、易自燃的特点，在利用过程中运输成本高、燃烧效率低、污染环境；对褐煤进行干燥提质可以降低水分、提高着火点，是提高褐煤利用率的有效手段。本论文以锡林浩特褐煤为研究对象进行低温干燥提质，并对褐煤干燥前后燃烧性能的变化进行分析研究。

1.原煤的TG/DTG分析

煤的燃烧是一个复杂的氧化过程，其中伴随着一系列的物理化学变化，煤的燃烧性能对于其存储、运输和加工利用有着至关重要的作用，着火性能和燃尽性能是煤燃烧的主要参数，着火温度是反应煤燃烧的主要指标，能体现出煤的燃烧难易程度[42-45]，可以通过热重曲线来确定。褐煤原样的热重分析曲线如图1-1所示。

图1-1褐煤热重谱图

Fig1-1Thethermo-balancegraphoforiginallignite

在图1-1原煤样的热重曲线图中，过DTG失重峰值点作垂线，与TG曲线交与点B，B点即为快燃点，反映了煤样在实验条件下的反应能力和活性。过B点作TG曲线的切线，同时在TG曲线上作一条失重起始平行线，两条线交与点A，A点即为着火点，A点对应的温度值就是着火温度。过TG曲线最低点作一条失重结束平行线，与过B点TG曲线的切线交与C点，C点为煤样的燃尽点，对应的温度值为煤样的燃尽温度，燃尽温度越高煤样的燃烧特性越差。

褐煤原煤的热重曲线TG出现了二次失重梯度，温度分别在100℃、400℃左右。100℃以前主要是煤样的空气干燥基水分析出阶段；固定碳开始燃烧同时挥发份析出阶段出现在最大失重峰前段，即最大失重峰前的相对斜率较低的一段曲线阶段；随着燃烧的进行，部分持续析出的挥发分开始燃烧，同时固定碳也燃烧，这一阶段出现在最大失重峰阶段，随着燃烧的继续，燃烧速率出现降低，且降低的速度很快，直至燃尽为止。

2.低温干燥试验

选取温度水平为200℃、300℃和400℃，保温时间为20min、40min和60min考虑到粒度与破碎能耗等因素，研究粒度的水平为1mm、3mm和6mm，正交设计因素水平表见表1-1。选取满足这一条件的最小正交表L9(34)安排正交试验，见表1-2。

通过以煤样粒度、加热温度、保温时间为因素的正交试验得到的试验方案，对提质后褐煤进行燃点测试和TG/DTG分析，得到不同干燥条件的煤样得着火点、快燃点和燃尽点数据。

3.干燥前后褐煤燃烧性能的变化分析

煤样经低温干燥表面的侧链和基团发生变化，导致煤样表面的性质发生改变，对煤的燃烧带来影响。通过热重实验曲线上获取到的燃烧过程特征温度值发现褐煤干燥后着火点、快燃点和燃尽点均不同程度提高。

4.不同干燥条件对燃烧性能的影响

加热终温的高低和保温时间的长短直接影响褐煤的提质程度，不同提质程度下煤样物理化学性质不同，导致煤质不同，本试验考察了加热终温和保温时间对煤样着火点的影响，加热温度、保温时间、煤样粒度与着火点的关系曲线如图4-1、4-2、4-3所示。

图4-1煤样干燥温度对着火点的影响

由图4-1可以看出，原煤样与200℃温度下提质煤样的着火温度相差40℃左右，说明经过提质煤样的抗氧化能力增强。不同提质温度下煤样的着火温度不同，随着加热终温的升高，煤样着火点逐渐升高，200℃－300℃区间内，煤样着火点由351℃提高到365℃，主要是由于煤样表面的烷基侧链－OCH3、=CH2等易于燃烧的基团发生断裂挥发，使得煤样表面的着火性能下降，300℃以后着温度有较大提高，主要是由于煤样在300℃以后发生了第一次热解，脂肪侧链、含氧官能团等发生裂解，生成CH4、C2H4、C2H2等气体逸出，同时芳香结构发生缩聚导致着火温度升高。

图4-2煤样保温时间对着火点的影响

由图4-2中可以看出，提质后煤样着火点为360℃，比原煤样着火点提高大约60℃。由后续曲线可以看出，随着保温时间的延长，煤样的着火点在逐渐升高，但是升高的幅度不是很大，20min到40min区间着火点由360℃升高到367℃，最后缓慢上升至369℃，主要是由于保温作用对煤样的内部结构没有实质的影响，只是能够降低褐煤煤样的水分和增强挥发分的逸出，挥发分逸出会抑制氧向煤粒孔隙和表面的扩散，使得反应时火焰的传播速度降低，从而出现着火点略有升高现象。

图4-3煤样粒度对着火点的影响

由图4-3煤样粒度对着火点影响可以看出，干燥后煤样着火点明显上升，由原煤样的311℃上升至367℃，随着煤样粒度的增大，着火点呈现不规则变化，但是变化幅度不大，粒度为1mm的煤样着火点为367℃，粒度为3mm时着火点为365℃，粒度为6mm时着火点为370℃，曲线先上升然后缓慢下降，最后再次上升，主要是因为粒度为1mm时，虽然煤粒的比表面积增大，但是煤粉颗粒之间密实程度也随之增强，使得氧气流仅在煤样表面发生反应，而且反应产生的CO、CO2等气体，由于煤样的空隙率低，无法逃逸出去，氧气没有机会进入，使得反应速率降低，着火温度相应就会变大，随着粒度增大到3mm，煤粒变得均匀疏松，此时煤颗粒的比表面积适中，使得氧气流通顺畅，同时更多的活性结构暴露在氧气中，反应速度加强[32]，使着火温度下降，也可能是由于挥发份的升高导致，煤样挥发份升高，煤样火焰的传播速度增大，导致着火温度降低；煤样粒度为6mm时，颗粒的比表面积减小，与氧接触面积变少，反应进行速度下降，使得着火温度上升，说明煤样的抗氧化性能有所增加。

5.结论

热重试验和煤燃点测定仪测定结果表明，低温干燥提质后褐煤的着火点、快燃点、和燃尽点的温度比原煤有较大幅度的提高，说明褐煤的抗氧化能力提高；褐煤的着火点随加热温度的升高、保温时间的延长有显著的提高，粒度对提质后煤样的着火温度影响较小。