煤的热天平燃烧反应动力学特性的研究

煤粉燃烧特性对锅炉的设计、改造和燃烧调整有着重要的影响,是锅炉专业的基础工作。多年的实践经验表明,对于现代锅炉,仅从煤的常规分析数值来预测煤粉的燃烧过程有很大的局限性,一般常规的工业分析及元素分析数据远不能满足其要求,必须对煤粉状态下的着火、燃烬及结焦特性全面了解,才能保证所设计的锅炉安全和经济运行。 在煤粉燃烧特性研究中,把燃烬度同化学动力学参数联系起来建立的燃烧模型并对此进行定量研究的还少见报到。煤粉燃烧反应动力学参数,是以对煤粉为燃料的燃烧设备进行热工计算和数学描述以及对煤粉颗粒的燃烧特性进行基础理论研究必不可少的重要数据之一。而且随着计算机科学的不断发展,煤粉燃烧的数学模型正逐渐应用于锅炉设计和运行。这就要求比较精确地计算煤粉燃烧过程,计算中尤为重要的初始数据是煤的反应动力学参数,它定量地描述了煤的反应能力,给出了不同煤种的反应能力与温度的变化的规律。由此可见,对煤的动力学参数的研究很有必要进行进一步研究。 针对湖南华银株洲火力发电厂的二期改造工程的需要,对他们提供的即将在此电厂W型火焰炉中燃烧的15种常用煤种进行了工业分析、元素分析、实际燃烧特性和结渣特性的研究,分析了煤种的适应反应性,给出了能在此火焰炉中燃烧效果较好的煤种选择范围,为确定能燃烧的煤种提供了依据。 本文提出了一种燃烧模型,此模型认为活化能和指前因子都是燃烬度的函数,其含义有两方面:不同燃烬度下煤的燃烧特性不同;相同燃烬度下燃烧反应的化学动力学常数相同。并采用热天平对此进行了研究,具体研究过程大致是这样的:采用热天平获得同一种煤不同升温速率下的TG、DTG曲线,可求出燃烧速率、燃烧温度随燃烬度的变化曲线,根据两个不同升温速率下的数据,可计算出化学动力学参数活化能和指前因子随燃烬度的变化曲线。根据实验数据计算得到四个煤种的反应动力学参数随燃烬度变化的曲线,并预测其中一种煤在第三个升温速率下的燃烧速率随燃烬度的变化曲线,计算结果与实验结果符合较好。 本文还对混煤进行热天平燃烧特性的研究,并利用本文提出的燃烧模型预测了几种混煤在不同恒定温度下的燃烧速率随燃烬度的变化趋势,进一步获得与炉内温度相近似条件下的分析结果,这对模拟锅炉内的燃烧过程有一定的借鉴作用。