馬章俊 衛(wèi) 耕

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥市 230051）

在我國(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。

影響混煤高效利用的因素較多，從國(guó)內(nèi)外的研究情況來看，煤炭燃燒中粒度的影響，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)下的燃燒過程，以反映煙煤和無煙煤粒度變化對(duì)燃燒結(jié)果的影響，同時(shí)分析了不同粒度的煙煤和無煙煤混合后燃燒特性的變化。試驗(yàn)結(jié)果初步顯示通過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煙煤經(jīng)過破碎、烘干后篩分為三個(gè)主要粒徑區(qū)間：125～90μm，90～70μm，＜70μm，對(duì)各區(qū)間分別測(cè)試其燃燒性能。

（1）煙煤燃燒測(cè)試（見圖1、圖2）

圖1 煙煤燃燒測(cè)試

由圖1可見煤樣從室溫開始緩慢失水，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始逐步放熱燃燒，由DSC和TG曲線可見雙峰現(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，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90μm以下顆粒的灰分變化不是很明顯。

由圖2可見在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)通過試驗(yàn)具體考察其成分變化趨勢(shì)。

（2）無煙煤燃燒測(cè)試（見圖3、圖4）

由圖3可見該煤樣從室溫開始緩慢失水，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。由圖可見在200～400℃的范圍內(nèi)質(zhì)量基本無變化，從410℃左右開始煤粉開始燃燒放熱失重，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。

圖3 印尼無煙煤燃燒測(cè)試

圖4 無煙煤不同粒度燃燒測(cè)試

由圖4可見，無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，粗顆粒在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煙煤組成。

由圖5可見在大顆粒煙煤和不同粒徑無煙煤的混煤測(cè)試中，隨著無煙煤粒徑的減小，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，煙煤中大顆粒和無煙煤的小顆粒灰分含量高，因此由圖2可見這兩種煤種的組合其灰分含量最高。

由圖6可見在大顆粒煙煤和不同粒徑無煙煤的混煤測(cè)試中，隨著無煙煤粒徑的減小，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（煙煤大顆粒搭配無煙煤小顆粒）也可見其放熱在500～600℃段內(nèi)達(dá)到高峰，峰值出現(xiàn)在550℃；而圖6中H2Y3（煙煤中顆粒搭配無煙煤小顆粒）曲線可見在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可見在大顆粒煙煤和不同粒徑無煙煤的混煤測(cè)試中，隨著無煙煤粒徑的減小，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（煙煤小顆粒搭配無煙煤小顆粒）曲線可見在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)比可見其放熱不如之前兩者放熱平穩(wěn)，兩種煤種的小顆粒混合燃燒時(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)間大顆粒比小顆粒更集中。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90μm以下顆粒的灰分變化不是很明顯。

（2）粒度對(duì)印尼無煙煤的燃燒開始溫度影響不大，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)下煤炭的燃燒過程，并顯示通過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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