筆者采用自行設(shè)計的實驗臺研究了小麥秸稈和陜西神木煙煤、焦作無煙煤制成的單顆粒生物質(zhì)型煤的燃燒特性和影響因素。
1、實驗部分
1.1樣品的制備
原料煤為陜西神木煙煤和焦作無煙煤，粉碎至3mm以下，煤質(zhì)特征見表１。粘結(jié)劑為河南理工大學(xué)開發(fā)的小麥秸稈生物質(zhì)粘結(jié)劑。平頂山煙煤與生物質(zhì)粘結(jié)劑按7:3的比例混合，無煙煤較難成型，與生物質(zhì)粘結(jié)劑按6:4的比例混合，將配置好的煤與粘結(jié)劑混合物裝入成型磨具，在SBY - 10T萬能試驗壓力機上按試驗要求成型，成型壓力27.9～75, 7MPa．自然晾干，生物質(zhì)型煤煤質(zhì)特征見表1。
1.2單顆粒型煤燃燒實驗設(shè)備及實驗條件
單顆粒型煤的燃燒實驗在自行設(shè)計的實驗臺上進行，如圖1所示。由控溫爐、電子天平( BSS224S型)、支架3個部分組成。型煤質(zhì)量為22g左右。試驗時先將爐溫升至設(shè)定溫度，之后迅速將型煤放入爐膛，由電子天平記錄燃燒過程中型煤的失重情況。每組樣品重復(fù)3次，取平均值繪制失重率曲線。
2、單顆粒生物質(zhì)型煤燃燒實驗結(jié)果及分析
2.1單顆粒生物質(zhì)型煤燃燒過程分析
圖2為單顆粒生物質(zhì)型煤燃燒失重過程曲線。開始階段，由于生物質(zhì)分解及煤中揮發(fā)分釋放，失重率隨時間變化很快，呈指數(shù)規(guī)律。隨著燃燒的進行，揮發(fā)分釋放減少，焦炭開始燃燒，但燃燒速度較慢，使失重率增加趨勢越來越小，直至最后幾乎達到一個定值，完成整個燃燒反應(yīng)。
由圖2還可以看出，單顆粒生物質(zhì)型煤燃燒失重過程可以明顯分為2個階段，第一階段主要為揮發(fā)分釋放和燃燒；第二階段主要為焦炭燃燒。
2.2爐膛溫度對生物質(zhì)型煤燃燒的影響
圖3、圖4為不同爐溫條件下單顆粒型煤燃燒的失重率變化曲線。由圖3和圖4可以看出，隨著爐膛溫度的升高，型煤燃燒失重率明顯增加。這是因為爐膛溫度升高，熱輻射增強，型煤單位時間內(nèi)吸收的熱量增多，使有機物分解、揮發(fā)分及焦炭燃燒速度加快，且爐膛溫度對無煙煤型煤燃燒速度的影響比煙煤型煤更為明顯，900℃時焦作無煙煤型煤的失重速率明顯高于400℃和600℃時的失重速率。
圖3、圖4還表明，在燃燒初始階段，燃燒加速度（失重速率變化率）明顯大于燃燒過程后期，且初始燃燒階段的時間在燃燒過程中較短，隨著爐膛溫度的提高，這一階段的時間縮短。
2.3成型壓力對生物質(zhì)型煤燃燒的影響
成型壓力對生物質(zhì)型煤本身的作用主要表現(xiàn)在，隨著成型壓力的增加，型煤內(nèi)部結(jié)構(gòu)中生物質(zhì)與煤粒、生物質(zhì)與生物質(zhì)及煤粒與媒粒之間的空隙變小，整個型煤的致密度增加，型煤的機械性能越好。對燃燒而言，一方面，致密度的增加加大了生物質(zhì)型煤燃燒過程中內(nèi)部的傳熱，有利于燃燒；另一方面，致密度的增加減小了型煤內(nèi)部的空隙率，使得氧氣及揮發(fā)物、燃燒產(chǎn)物在型煤內(nèi)部的擴散阻力加大，不利于燃燒。
圖5、圖6為不同成型壓力生產(chǎn)的陜西神木型煤和焦作型煤的失重率變化曲線。從圖可以看出，在試驗成型壓力范圍內(nèi)，隨著成型壓力的增加，燃燒失重率略有降低，但成型壓力對型煤燃燒速率沒有顯著影響。
3、結(jié)論
單顆粒生物質(zhì)型煤的燃燒過程可以分為揮發(fā)分燃燒和固定碳的燃燒2個階段。不同實驗條件下單顆粒生物質(zhì)型煤燃燒實驗表明，爐膛溫度越高，型煤燃燒失重率越大。在實驗成型壓力范圍內(nèi)，成型壓力對生物質(zhì)型煤燃燒速度沒有明顯影響。
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