第23卷第7期2001年7月武汉理工大学学报JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.23No.7Jul.2001文章编号:100022405(20010720011204分解炉内煤的燃尽特性研究3谢峻林何峰袁润章(武汉理工大学摘要:煤粉的燃尽时间已成为进行分解炉设计的重要参数。针对水泥分解炉的低温燃烧工况,根据裹灰缩核模型及有关理论,采用失重分析法及扫描电镜,进行煤的燃尽特性实验方法、及煤焦燃尽时间与煤质之间的关系探讨,力求寻找到有关规律。提出的煤质评判指标(着火指数、燃尽指数与实验方法,较好的定量反映出各煤样的燃尽特性。同时还根据水泥厂的实际实验条件,寻找出着火温度、燃尽时间与煤工业分析值之间的关系式,从而可以根据煤的工业分析结果对煤质进行预测。关键词:煤粉;燃尽特性;分解炉中图法分类号:TK16;TQ038.1文献标识码:A收稿日期:2001205218.作者简介:谢峻林(19652,女,副教授;武汉,武汉理工大学硅酸盐工程中心(430070.3教育部骨干教师计划资助.分解炉内煤粉的燃尽程度,与所用煤种、分解炉结构和操作参数有很大关系,为保证煤粉在分解炉内的完全燃烧,煤粉的燃尽时间已成为进行分解炉设计的重要参数[1]。特别是目前低挥发份煤、高灰分煤在分解炉内应用的迫切性日趋增大,深入研究煤粉的燃尽特性,是解决不同煤质在分解炉内得到良好应用的关键。1研究方法1.1煤粉燃尽指标的确定在水泥分解炉内由于CaCO3分解吸热与煤燃烧放热之间达到了热平衡,分解炉内温度基本保持不变[2]。分解炉内煤的燃尽指标,应由最大燃烧速度及各特征时间来表达,为此,从煤的微分失重与时间关系曲线确定燃尽指标Df的计算式为:Df=(dwdtmaxt12tmtf∃式中:(dwdtmax为最大燃烧速度,t0为着火时所需时间,t12∃为(dwdt(dwdtmax=12时对应的时间区间。tm为最大燃烧速度所对应时间,tf为燃尽所需时间。1.2煤焦燃尽动力学参数确定采用失重分析法。将直径为1000~5000Λm的煤圆球,放入带盖坩埚内,于850℃无氧状态下加热至恒重,得到煤焦,同时求得各煤焦的密度Θc值。将炉温设置在850,℃炉内气氛为空气,高温进样测得各煤焦重量与时间的关系,当燃烧产物重量变化量在300s内少于0.5%时,认为实验结束。根据裹灰缩核模型及有关理论[3,4],可建立关于kc、k∞、Dh的方程式:1kc+r2r0k∞+1Dh(r-r2r0=4Πr2ΒC∞q(11kc(1-rr0+r03k∞(1-r3r30+r06Dh(1-3r2r20+2r3r30=tΒc∞cr0(2对球形颗粒,t时刻炭粒半径r=(mc43ΠΘc13(321武汉理工大学学报2001年7月在实验中,边界层内气流近乎静止,因此边界层扩散系数k∞用下式做近似计算[5]。k∞=0.00063165(Tm16000.75d0(4式中:d0为煤粒原始粒径,Ta为边界层气体温度,Tm为焦粒与边界层温度的平均值,5为煤粒燃烧反应机理系数,根据裹灰缩核模型假设炭表面只发生反应C+O2→CO2,5=1,实验根据分解炉工况,取Tm=850,℃k∞可由(4式求得,任何时刻的mc、q及Θc由实验获得,Β、C∞为已知,联立此(2、(3、(4三个方程,求得炭粒在kc、Dh值。2结果与讨论通过上述实验及理论分析,可得到反映煤燃尽特性的各参数:kc、tf、Df,结果列于表1。表1各煤样煤焦的燃尽特性测试结果比较煤分类无烟煤贫煤烟煤试样煤编号1#2#6#7#8#11#3#4#5#9#10#tfs7.757.428.976.115.926.313.503.033.714.133.92煤焦kc(10-1m・s-12.552.731.732.092.622.264.033.944.254.973.80煤粉Df(10-66.506.707.4014.409.507.5025.3023.0011.1015.0025.70由表1煤焦实验可见,灰分含量较高的5#、9#、3#烟煤的反应速度常数kc最大,4#、10#烟煤次之,6#无烟煤反应速度常数最小,其他挥发分含量中等的2#、7#、8#、11#贫煤及1#无烟煤的kc值居中。从燃尽时间的计算值来看,在标准大气压,850℃条件下,对0.08mm煤焦颗粒,烟煤的燃尽时间为4~5s,贫煤为6~7s,无烟煤为8~10s。由煤粉实验可见,4#、10#烟煤、及3#高灰分烟煤燃尽指数大,灰分含量较高的5#、9#烟煤与7#、8#贫煤相当,1#、2#、6#、11#等低挥发分煤的燃尽指数最小。3影响煤燃尽特性的因素从上述分析可见,不同煤质的燃烧特性有较大的区别,为分析其中的原因,对11种煤焦样及不同温度下的3#煤样进行扫描电镜分析,典型煤样结果见图1~6。比较图1~6可见,随着煤燃烧过程的进行,内部孔隙随着温度的升高而变大,但当燃烧进行到一定程度,温度较高时煤粒...