0、引 言
生物質(zhì)型煤是將可再生的生物質(zhì)與不可再生的煤炭相結(jié)合的新型型煤技術(shù)，是潔凈煤技術(shù)燃前處理技術(shù)中的重要組成部分，生物質(zhì)型煤作為生物質(zhì)和煤利用的有效途徑，許多國家對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，如日本等國、國內(nèi)的清華大學(xué)等分別對(duì)高壓力成型設(shè)備、黏結(jié)劑和燃燒特性等進(jìn)行了不同程度的研究．本文主要采用熱重實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算燃燒特性指數(shù)，對(duì)河南理工大學(xué)新開發(fā)的純生物質(zhì)黏結(jié)劑型煤的著火，穩(wěn)定燃燒和燃盡特性進(jìn)行了分析．
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)樣品
本實(shí)驗(yàn)采用的煤種為平頂山(1)煙煤(Yl)、陜西神木(2)煙煤(Y2)、山西(3)煙煤(Y3)、焦作(4)無煙煤(Y4)．黏結(jié)劑為河南理工大學(xué)開發(fā)的小麥秸稈生物質(zhì)黏結(jié)劑．原煤和型煤煤質(zhì)特征分別見表1和表2．表2中X1—X4分別表示平頂山型煤(Xl)、陜西神木型煤(X2)、山西型煤(X3)和焦作型煤(X4)．
1.2熱重分析及實(shí)驗(yàn)條件
熱重分析為美國TA公司生產(chǎn)的SDTQ600熱分析儀，實(shí)驗(yàn)氣氛為空氣，樣品為(8.5±0.5)mg，氣體流量為100 mL/min，實(shí)驗(yàn)從室溫開始，升溫速率為20℃／min，終溫為1000℃，2結(jié)果與討論
2.1著火特性
著火特性反映了燃料著火的難易程度．著火溫度低，著火容易；反之，著火困難．本文在型煤燃燒特性研究中采用煤樣分析基，著火指數(shù)按式(1)E141計(jì)算：
由式(1)可知，揮發(fā)分越高，最大失重速率越大，著火指數(shù)Zi越大；著火溫度越高，著火指數(shù)越小，因此，著火指數(shù)越大，著火越容易．
樣品著火特性參數(shù)見第59頁表3．型煤與原煤著火指數(shù)關(guān)系見第59頁圖1．
從表3可以看出，隨著揮發(fā)分含量的降低，原煤和型煤的著火溫度升高，型煤與原煤相比，著火溫度都明顯降低，從圖1可以看出，生物質(zhì)型煤著火指數(shù)大于原煤的著火指數(shù)，著火性能明顯提高．原煤著火指數(shù)隨揮發(fā)分含量的降低而減小，型煤中陜西神木型煤的著火指數(shù)最大，著火性能最好，其原因是陜西神木型煤與平頂山型煤相比，灰分含量低，與山西東田良型煤相比，揮發(fā)分含量高，因此燃燒時(shí)DTGm，最大，著火指數(shù)最大，著火性能最好，其余三種型煤著火性能也隨揮發(fā)分含量的降低而降低，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料，生物質(zhì)成型燃料是替代煤等化石燃料最佳的選擇。
2.2穩(wěn)定燃燒特性
型煤的燃燒實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，盡管某些型煤投入爐內(nèi)后煤層表面能著火，但常出現(xiàn)斷火現(xiàn)象，使煤層不能穩(wěn)定燃燒，因此，衡量燃料燃燒特性的優(yōu)劣，僅有好的著火性能是不夠的．在熱重分析中發(fā)現(xiàn)，不同型煤著火時(shí)間及著火后達(dá)到最大失重速率的時(shí)間也不同，由此造成最大失重速率與著火之間的時(shí)間差也不相同，失重速率越大，型煤燃燒速率越快，單位時(shí)間內(nèi)釋放的熱量越多，越有利于型煤的穩(wěn)定燃燒；最大失重速率與著火之間的時(shí)間差越短，越容易達(dá)到最快燃燒速率，使型煤快速穩(wěn)定燃燒．因此，以最大失重速率和其與著火溫度之間時(shí)間差為主要依據(jù)，按式評(píng)價(jià)燃料的穩(wěn)定燃燒特性：式中：△r為微分熱重曲線上失重率達(dá)最大時(shí)的時(shí)間與第二著火溫度對(duì)應(yīng)時(shí)間(T2)的時(shí)間差，mm．
由式2可知，時(shí)間差△r越短，穩(wěn)定燃燒指數(shù)越大，穩(wěn)定燃燒性能越好；反之越差．型煤與原煤穩(wěn)定燃燒指數(shù)關(guān)系見圖2．從圖2可以看出，生物質(zhì)型煤的穩(wěn)定燃燒特性優(yōu)于相應(yīng)的原煤，且隨揮發(fā)分含量的降低而減小，樣品的穩(wěn)定燃燒特性參數(shù)見表4．從表4可以看出，平頂山型煤的△r小于平頂山原煤，焦作型煤的AT大于焦作原煤，其余兩種型煤的Ar與相應(yīng)的原煤相差不大，因此，影響型煤穩(wěn)定燃燒特性優(yōu)于相應(yīng)的原煤的主要因素并不是Ar的減小，而是生物質(zhì)黏結(jié)劑加入后，型煤揮發(fā)分含量的增加．
2.3燃盡特性
燃盡特性是評(píng)價(jià)燃料燃燒性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它與燃燒效率有著密切的關(guān)系，燃燒速度大，燃盡時(shí)間短，燃燒效率就高；反之燃燒效率差．本文以燃料燃燒過程中的特征時(shí)間和最大失重速率為依據(jù)，按文獻(xiàn)中公式計(jì)算，評(píng)價(jià)型煤燃盡特性指數(shù)：時(shí)間．niin; Tl/2 -后期燃盡時(shí)間，即燃料著火至可燃物燃盡50%的時(shí)間，min；Tp——最大失重時(shí)間，即燃料著火至最大失重率時(shí)的時(shí)間，min；DTG——燃燒最大失重率，%／min.
由式(3)可知，燃盡特性指數(shù)越大，燃盡特性越差，
樣品的燃盡特性參數(shù)見表5，型煤與原煤燃盡指數(shù)關(guān)系見圖3．從表5看出，平頂山型煤、陜西神木型煤、山西東田良型煤與相應(yīng)的原煤相比，T1/2和Tp明顯降低；從圖3看出，生物質(zhì)型煤的燃盡性能低于相應(yīng)的原煤（陜西神木原煤除外）．其原因是生物質(zhì)型煤與相應(yīng)的原煤相比，揮發(fā)分含鼉?cè)黾樱饻囟冉档停琓U2和T,減小，但生物質(zhì)型煤的灰分含量高，從燃料著火至開始恒重的放熱時(shí)間短，最大失重率小，故燃盡指數(shù)低于原煤，如果生物質(zhì)型煤灰分和揮發(fā)分含量適當(dāng)，生物質(zhì)型煤的燃盡性能會(huì)優(yōu)于原煤，如陜西神木型煤．焦作原煤的燃盡指數(shù)最小，而其型煤的燃盡指數(shù)最大，其原因是焦作原煤是無煙煤，發(fā)熱量較高，一旦著火會(huì)很快燃盡，當(dāng)加入生物質(zhì)制得型煤后，生物質(zhì)著火溫度低，原煤著火溫度較高，雖加入的生物質(zhì)有助于原煤的著火，但焦作型煤的T1和T1/2持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，故焦作型煤的燃盡指數(shù)很大，燃盡性能最差．
3、結(jié) 論
1)灰分和揮發(fā)分含量是影響生物質(zhì)型煤燃燒特性的主要因素．
2)生物質(zhì)型煤著火、穩(wěn)定燃燒特性優(yōu)于相應(yīng)的原煤，其燃盡特性可以通過調(diào)整原煤灰分得到改善．
生物質(zhì)型煤是將可再生的生物質(zhì)與不可再生的煤炭相結(jié)合的新型型煤技術(shù)，是潔凈煤技術(shù)燃前處理技術(shù)中的重要組成部分，生物質(zhì)型煤作為生物質(zhì)和煤利用的有效途徑，許多國家對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，如日本等國、國內(nèi)的清華大學(xué)等分別對(duì)高壓力成型設(shè)備、黏結(jié)劑和燃燒特性等進(jìn)行了不同程度的研究．本文主要采用熱重實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算燃燒特性指數(shù)，對(duì)河南理工大學(xué)新開發(fā)的純生物質(zhì)黏結(jié)劑型煤的著火，穩(wěn)定燃燒和燃盡特性進(jìn)行了分析．
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)樣品
本實(shí)驗(yàn)采用的煤種為平頂山(1)煙煤(Yl)、陜西神木(2)煙煤(Y2)、山西(3)煙煤(Y3)、焦作(4)無煙煤(Y4)．黏結(jié)劑為河南理工大學(xué)開發(fā)的小麥秸稈生物質(zhì)黏結(jié)劑．原煤和型煤煤質(zhì)特征分別見表1和表2．表2中X1—X4分別表示平頂山型煤(Xl)、陜西神木型煤(X2)、山西型煤(X3)和焦作型煤(X4)．
1.2熱重分析及實(shí)驗(yàn)條件
熱重分析為美國TA公司生產(chǎn)的SDTQ600熱分析儀，實(shí)驗(yàn)氣氛為空氣，樣品為(8.5±0.5)mg，氣體流量為100 mL/min，實(shí)驗(yàn)從室溫開始，升溫速率為20℃／min，終溫為1000℃，2結(jié)果與討論
2.1著火特性
著火特性反映了燃料著火的難易程度．著火溫度低，著火容易；反之，著火困難．本文在型煤燃燒特性研究中采用煤樣分析基，著火指數(shù)按式(1)E141計(jì)算：
由式(1)可知，揮發(fā)分越高，最大失重速率越大，著火指數(shù)Zi越大；著火溫度越高，著火指數(shù)越小，因此，著火指數(shù)越大，著火越容易．
樣品著火特性參數(shù)見第59頁表3．型煤與原煤著火指數(shù)關(guān)系見第59頁圖1．
從表3可以看出，隨著揮發(fā)分含量的降低，原煤和型煤的著火溫度升高，型煤與原煤相比，著火溫度都明顯降低，從圖1可以看出，生物質(zhì)型煤著火指數(shù)大于原煤的著火指數(shù)，著火性能明顯提高．原煤著火指數(shù)隨揮發(fā)分含量的降低而減小，型煤中陜西神木型煤的著火指數(shù)最大，著火性能最好，其原因是陜西神木型煤與平頂山型煤相比，灰分含量低，與山西東田良型煤相比，揮發(fā)分含量高，因此燃燒時(shí)DTGm，最大，著火指數(shù)最大，著火性能最好，其余三種型煤著火性能也隨揮發(fā)分含量的降低而降低，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料，生物質(zhì)成型燃料是替代煤等化石燃料最佳的選擇。
2.2穩(wěn)定燃燒特性
型煤的燃燒實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，盡管某些型煤投入爐內(nèi)后煤層表面能著火，但常出現(xiàn)斷火現(xiàn)象，使煤層不能穩(wěn)定燃燒，因此，衡量燃料燃燒特性的優(yōu)劣，僅有好的著火性能是不夠的．在熱重分析中發(fā)現(xiàn)，不同型煤著火時(shí)間及著火后達(dá)到最大失重速率的時(shí)間也不同，由此造成最大失重速率與著火之間的時(shí)間差也不相同，失重速率越大，型煤燃燒速率越快，單位時(shí)間內(nèi)釋放的熱量越多，越有利于型煤的穩(wěn)定燃燒；最大失重速率與著火之間的時(shí)間差越短，越容易達(dá)到最快燃燒速率，使型煤快速穩(wěn)定燃燒．因此，以最大失重速率和其與著火溫度之間時(shí)間差為主要依據(jù)，按式評(píng)價(jià)燃料的穩(wěn)定燃燒特性：式中：△r為微分熱重曲線上失重率達(dá)最大時(shí)的時(shí)間與第二著火溫度對(duì)應(yīng)時(shí)間(T2)的時(shí)間差，mm．
由式2可知，時(shí)間差△r越短，穩(wěn)定燃燒指數(shù)越大，穩(wěn)定燃燒性能越好；反之越差．型煤與原煤穩(wěn)定燃燒指數(shù)關(guān)系見圖2．從圖2可以看出，生物質(zhì)型煤的穩(wěn)定燃燒特性優(yōu)于相應(yīng)的原煤，且隨揮發(fā)分含量的降低而減小，樣品的穩(wěn)定燃燒特性參數(shù)見表4．從表4可以看出，平頂山型煤的△r小于平頂山原煤，焦作型煤的AT大于焦作原煤，其余兩種型煤的Ar與相應(yīng)的原煤相差不大，因此，影響型煤穩(wěn)定燃燒特性優(yōu)于相應(yīng)的原煤的主要因素并不是Ar的減小，而是生物質(zhì)黏結(jié)劑加入后，型煤揮發(fā)分含量的增加．
2.3燃盡特性
燃盡特性是評(píng)價(jià)燃料燃燒性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它與燃燒效率有著密切的關(guān)系，燃燒速度大，燃盡時(shí)間短，燃燒效率就高；反之燃燒效率差．本文以燃料燃燒過程中的特征時(shí)間和最大失重速率為依據(jù)，按文獻(xiàn)中公式計(jì)算，評(píng)價(jià)型煤燃盡特性指數(shù)：時(shí)間．niin; Tl/2 -后期燃盡時(shí)間，即燃料著火至可燃物燃盡50%的時(shí)間，min；Tp——最大失重時(shí)間，即燃料著火至最大失重率時(shí)的時(shí)間，min；DTG——燃燒最大失重率，%／min.
由式(3)可知，燃盡特性指數(shù)越大，燃盡特性越差，
樣品的燃盡特性參數(shù)見表5，型煤與原煤燃盡指數(shù)關(guān)系見圖3．從表5看出，平頂山型煤、陜西神木型煤、山西東田良型煤與相應(yīng)的原煤相比，T1/2和Tp明顯降低；從圖3看出，生物質(zhì)型煤的燃盡性能低于相應(yīng)的原煤（陜西神木原煤除外）．其原因是生物質(zhì)型煤與相應(yīng)的原煤相比，揮發(fā)分含鼉?cè)黾樱饻囟冉档停琓U2和T,減小，但生物質(zhì)型煤的灰分含量高，從燃料著火至開始恒重的放熱時(shí)間短，最大失重率小，故燃盡指數(shù)低于原煤，如果生物質(zhì)型煤灰分和揮發(fā)分含量適當(dāng)，生物質(zhì)型煤的燃盡性能會(huì)優(yōu)于原煤，如陜西神木型煤．焦作原煤的燃盡指數(shù)最小，而其型煤的燃盡指數(shù)最大，其原因是焦作原煤是無煙煤，發(fā)熱量較高，一旦著火會(huì)很快燃盡，當(dāng)加入生物質(zhì)制得型煤后，生物質(zhì)著火溫度低，原煤著火溫度較高，雖加入的生物質(zhì)有助于原煤的著火，但焦作型煤的T1和T1/2持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，故焦作型煤的燃盡指數(shù)很大，燃盡性能最差．
3、結(jié) 論
1)灰分和揮發(fā)分含量是影響生物質(zhì)型煤燃燒特性的主要因素．
2)生物質(zhì)型煤著火、穩(wěn)定燃燒特性優(yōu)于相應(yīng)的原煤，其燃盡特性可以通過調(diào)整原煤灰分得到改善．
