摘要：對(duì)水泥廠使用的煙煤和無(wú)煙煤破碎篩分后進(jìn)行綜合熱分析測(cè)試，結(jié)果顯示兩種煤炭混合后的混煤隨著無(wú)煙煤粒徑的減小，混煤的放熱區(qū)間逐步向低溫區(qū)偏移，放熱集中程度也有所增強(qiáng)，放熱峰值溫度也有較大程度的降低。

  國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)中所用的燃料以煤炭為主，為降低生產(chǎn)成本、提高綜合效益，低揮發(fā)分、高灰分、低發(fā)熱量煤炭的利用受到了越來(lái)越多的關(guān)注。大中型水泥企業(yè)普遍使用優(yōu)質(zhì)煙煤和低質(zhì)煤搭配混煤生產(chǎn)，若煤種選擇恰當(dāng)，配比合理，發(fā)揮組分煤種各自的優(yōu)越性，將會(huì)給燃煤的安全和經(jīng)濟(jì)性起到良好的作用。

  混煤高效利用的因素較多，從國(guó)內(nèi)外的研究情況來(lái)看，對(duì)煤炭燃燒中粒度影響的國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍都比較重視，但研究結(jié)果較為復(fù)雜，對(duì)于水泥企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際而言，考查粒度對(duì)混煤燃燒的影響具有更實(shí)際的指導(dǎo)意義。

  本文通過(guò)綜合熱分析試驗(yàn)考察了水泥廠常用煤種在不同粒度狀態(tài)下的燃燒過(guò)程，以反映煙煤和無(wú)煙煤粒度變化對(duì)燃燒結(jié)果的影響，同時(shí)分析了不同粒度的煙煤和無(wú)煙煤混合后燃燒特性的變化。試驗(yàn)結(jié)果初步顯示通過(guò)煤炭綜合熱分析指導(dǎo)水泥生產(chǎn)配煤具有良好前景。

  1  試驗(yàn)條件

  實(shí)驗(yàn)用煙煤（淮南）和無(wú)煙煤（印尼）取自水泥廠原煤堆場(chǎng)，采用德國(guó)Netzsch STA449F3 差示掃描量熱儀對(duì)各試樣進(jìn)行燃燒測(cè)試，工作氣氛為空氣，氣體用量50 mL/ min，升溫速率為20℃/ min，測(cè)試溫度范圍RT～1000℃，試樣用量為10±0.5mg。

  2  試驗(yàn)結(jié)果及討論

  實(shí)驗(yàn)首先對(duì)兩個(gè)煤種測(cè)試了其在RT～1100℃內(nèi)的燃燒性能，如圖1和圖3所示。實(shí)驗(yàn)工作氣氛為空氣，氣體用量50 mL/ min，升溫速率為10℃/ min，試樣用量為10±0.5mg。

  為了考察粒度在煤粉燃燒中的影響，隨后的試驗(yàn)將淮南煙煤和印尼無(wú)煙煤經(jīng)過(guò)破碎、烘干后篩分為三個(gè)主要粒徑區(qū)間：125~90um，90~70um，<70um，對(duì)各區(qū)間分別測(cè)試其燃燒性能。

  （1）煙煤燃燒測(cè)試

  圖1  煙煤燃燒測(cè)試

  由圖1可見(jiàn)煤樣從室溫開(kāi)始緩慢失水，至200℃左右基本結(jié)束，伴隨著失重有兩個(gè)吸熱峰出現(xiàn)，分別為外水和內(nèi)水的蒸發(fā)，質(zhì)量變化在16%左右。隨溫度升高，揮發(fā)分逐步析出和燃燒，同時(shí)由于揮發(fā)分的燃燒放熱焦炭也開(kāi)始逐步放熱燃燒，由DSC和TG曲線可見(jiàn)雙峰現(xiàn)象的出現(xiàn)，并在439℃和477℃達(dá)到峰值，隨后還有約2%左右的質(zhì)量減小，一般是少量較大顆粒的煤粉內(nèi)部顆粒逐步燃燒所致，至700℃左右燃燒結(jié)束，總質(zhì)量變化為65.09%。至燃燒結(jié)束最后殘留質(zhì)量為17.29%，該部分主要為煤炭中的灰分。

  圖2   煙煤不同粒度燃燒測(cè)試

  由圖2可見(jiàn)，淮南煙煤在不同的粒度區(qū)間內(nèi)燃燒放熱主要區(qū)間變化不大，但是隨著粒度的減小，煤粉的成分發(fā)生了偏析，小顆粒的灰分有所降低，而90um以下顆粒的灰分變化不是很明顯。

  由圖2可見(jiàn)在500~600℃的放熱區(qū)間內(nèi)，DSC曲線中的峰值放熱段隨著粒度的減小出現(xiàn)了增大，相對(duì)而言大顆粒的放熱集中度更高。由圖2也可見(jiàn)研磨后煤粉中的細(xì)粉相對(duì)粗粉固定碳的著火有所提前，原因主要在于：一是比表面積增大，更有利于揮發(fā)分的析出，促使煤粉顆粒的著火；二是粉碎時(shí)不同粒度煤粉的灰分和固定碳含量有所差異。值得注意的是對(duì)于不同的煤炭而言應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)具體考察其成分變化趨勢(shì)。

  （2）無(wú)煙煤燃燒測(cè)試

  由圖3可見(jiàn)該煤樣從室溫開(kāi)始緩慢失水，至170℃左右基本結(jié)束，伴隨著失重有一個(gè)吸熱峰出現(xiàn)，內(nèi)水很少，質(zhì)量變化在1.5%左右。由圖可見(jiàn)在200~400℃的范圍內(nèi)質(zhì)量基本無(wú)變化，從410℃左右開(kāi)始煤粉開(kāi)始燃燒放熱失重，燃燒峰值溫度約572℃，至700℃左右燃燒結(jié)束，總質(zhì)量變化為65%。至燃燒結(jié)束最后殘留質(zhì)量為33.13%，該部分主要為煤炭中的灰分。

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  圖3   印尼無(wú)煙煤燃燒測(cè)試

  圖4   無(wú)煙煤不同粒度燃燒測(cè)試

  由圖4可見(jiàn)，無(wú)煙煤在不同的粒度區(qū)間內(nèi)燃燒放熱主要區(qū)間有所變化，其燃燒開(kāi)始溫度在500℃左右，但隨著粒度的減小，煤粉放熱結(jié)束溫度發(fā)生了較大的提前，粗顆在700℃左右結(jié)束放熱而細(xì)粉則提前到640℃左右。同時(shí)也可見(jiàn)不同粒徑的煤粉的成分發(fā)生了較大偏析，隨著粒徑的降低，灰分含量明顯升高。

  （3）混煤燃燒測(cè)試

  將破碎篩分后的煙煤及無(wú)煙煤按照等質(zhì)量混合后測(cè)試混煤的燃燒特性，圖5~7顯示了隨著不同粒徑的煤炭混合的變化趨勢(shì)。其中圖5使用的混煤由大顆粒煙煤混合三種不同粒度無(wú)煙煤組成；圖6使用的混煤由中顆粒煙煤混合三種不同粒度無(wú)煙煤組成；圖7使用的混煤由小顆粒煙煤混合三種不同粒度無(wú)煙煤組成。

  由圖5可見(jiàn)在大顆粒煙煤和不同粒徑無(wú)煙煤的混煤測(cè)試中，隨著無(wú)煙煤粒徑的減小，混煤的放熱區(qū)間逐步向低溫區(qū)偏移，放熱集中程度也有所增強(qiáng)，放熱峰值溫度也有較大程度的降低。對(duì)比之前的測(cè)試可知，煙煤中大顆粒和無(wú)煙煤的小顆?；曳趾扛?，因此由圖2可見(jiàn)這兩種煤種的組合其灰分含量最高。

  圖5  煙煤大顆?；烀簻y(cè)試

  由圖6可見(jiàn)在大顆粒煙煤和不同粒徑無(wú)煙煤的混煤測(cè)試中，隨著無(wú)煙煤粒徑的減小，混煤的放熱區(qū)間逐步向低溫區(qū)偏移，放熱集中程度也有所增強(qiáng)，放熱峰值溫度也有較大程度的降低。

  對(duì)比圖5可見(jiàn)混煤中的固定碳燃盡溫度隨著煙煤顆粒的減小而向高溫段偏移。由圖5的H1Y3（煙煤大顆粒搭配無(wú)煙煤小顆粒）也可見(jiàn)其放熱在500~600℃段內(nèi)達(dá)到高峰，峰值出現(xiàn)在550℃；而圖6中H2Y3（煙煤中顆粒搭配無(wú)煙煤小顆粒）曲線可見(jiàn)在500~600℃段內(nèi)放熱也達(dá)到高峰，但峰值不明顯。

  圖6  煙煤中顆?；烀簻y(cè)試

  圖7  煙煤小顆?；烀簻y(cè)試

  由圖7可見(jiàn)在大顆粒煙煤和不同粒徑無(wú)煙煤的混煤測(cè)試中，隨著無(wú)煙煤粒徑的減小，混煤的放熱區(qū)間逐步向低溫區(qū)偏移，放熱集中程度也有所增強(qiáng)，放熱峰值溫度也有較大程度的降低。

  對(duì)比圖5、6可見(jiàn)混煤中的固定碳燃盡溫度隨著煙煤顆粒的減小而向高溫段偏移。從圖7的H3Y3（煙煤小顆粒搭配無(wú)煙煤小顆粒）曲線可見(jiàn)在500~600℃段內(nèi)的高峰放熱階段內(nèi)有兩處較為明顯的雙峰出現(xiàn)，這和煙煤大顆粒、中顆粒中類似曲線對(duì)比可見(jiàn)其放熱不如之前兩者放熱平穩(wěn)，兩種煤種的小顆?；旌先紵龝r(shí)更多的體現(xiàn)其單煤種燃燒特點(diǎn)，且這種趨勢(shì)在較大顆粒的煤種混合時(shí)表現(xiàn)的并不明顯。

  3 結(jié)論與展望

  （1）粒度對(duì)淮南煙煤的燃燒起止溫度范圍影響不大，但峰值放熱區(qū)間大顆粒比小顆粒跟集中。隨著粒度的減小，煤粉的成分發(fā)生了偏析，小顆粒的灰分有所降低，而90um以下顆粒的灰分變化不是很明顯。

  （2）粒度對(duì)印尼無(wú)煙煤的燃燒開(kāi)始溫度影響不大，但隨著粒度的減小，煤粉放熱結(jié)束溫度發(fā)生了較大的提前。同時(shí)也可見(jiàn)不同粒徑的煤粉的成分發(fā)生了較大偏析，隨著粒徑的降低，灰分含量明顯升高。

  （3）混煤中隨著無(wú)煙煤粒徑的減小，混煤的放熱區(qū)間逐步向低溫區(qū)偏移，放熱集中程度也有所增強(qiáng)，放熱峰值溫度也有較大程度的降低。

  （4）混煤中無(wú)煙煤的小顆粒比煙煤的小顆粒對(duì)混煤的集中放熱影響更明顯。

  （5）相關(guān)的試驗(yàn)初步展示了不同粒度狀態(tài)下煤炭的燃燒過(guò)程，并顯示通過(guò)煤炭綜合熱分析指導(dǎo)水泥生產(chǎn)配煤具有良好前景。

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