第28卷第26期中国电机工程学报V ol.28 No.26 Sep.15, 20082008年9月15日 Proceedings of the CSEE ©2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 53 文章编号：0258-8013 (2008) 26-0053-06 中图分类号：TQ 530文献标识码：A 学科分类号：470⋅10煤粉热解特性实验研究魏砾宏1，李润东1，李爱民1，李延吉1，姜秀民2(1．沈阳航空工业学院清洁能源与环境工程研究所，辽宁省沈阳市 110034；2．上海交通大学机械与动力工程学院，上海市闵行区 200240)Thermogravimetric Analysis on the Pyrolysis Characteristics of Pulverized CoalWEI Li-hong1, LI Run-dong1, LI Ai-min1, LI Yan-ji1, JIANG Xiu-min2(1. Institute of Clean energy and Environmental Engineering, Shenyang Institute of Aeronautical Engineering,Shenyang 110034, Liaoning Province China; 2. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University,Minhang District, Shanghai 200240, China)ABSTRACT: The pyrolysis characteristics of different particle size Hegang(HG) and Zhungaer(ZGE) coal were investigated by non-isothermal thermogravimetry in high purity argon. The results show that there are four stages (dehydration, holding, rapid weight-loss and slow weight-loss) during the non-isothermal weight loss process of different granularity coal powders, the differential thermo- gravimetry(DTG) curve has two weight loss peaks when temperatures lower than 1400℃. There was no differences in the weight-loss characteristics of various samples at the temperature below 400℃. For the pyrolysis characteristics of HG coal with rising heating-up rate , the initial release temperature decreases, the maximum weight loss rate and pyrolysis index D increase. Therefore the heating-up rate increase is favorable to improving pyrolysis characteristics of pulverized coal. In addition, comparison between similar particle size HG and ZGF coal at 10℃/min heating rate shows that the pyrolytic characteristics of HG coal with high ash and similar volatile is better than ZGE coal.KEY WORDS: pulverized coal; pyrolysis characteristics; particle size; thermogravimetric analysis摘要：利用热天平，以高纯氩气为气氛气体，研究了细化鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性。
实验结果表明，不同粒度的细化和超细煤粉的热失重过程可以分为4个阶段，在1400℃之前热失重微分曲线有2个失重峰。
室温~400℃，各样品的失重特性无明显区别。
400~980℃，粒度对煤粉失重速率间存在较好规律性。
升温速率对鹤岗细煤粉热解特性的影响表现在，随着升温速率的提高，挥发分的初析温度降低；热基金项目：国家高技术研究发展计划基金项目(2002AA527051)；辽宁省教育厅A类计划项目(2004D079)。
The National High Technology Research and Development of China (863 Programme)(2002AA527051)．解最大失重速率增大，达到最大失重速率的温度升高，煤粉的热解特性指数D值增大，即升温速率的增加有利于细煤粉的热解。
此外，在10℃/min加热条件下，对比了平均粒径基本相同的鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性，发现挥发分含量接近，而灰分含量较高的鹤岗煤的热解特性明显优于准噶尔煤。
关键词：煤粉；热解特性；颗粒粒度；热分析0 引言煤的热解作为煤燃烧过程中的一个重要的初始过程，对煤粉着火有极大的影响，也影响到燃烧的稳定性及后期的燃尽问题。
由于煤本身具有复杂性、多样性和不均一性，因此影响煤热解的因素繁多，如煤阶[1]、矿物成分和含量[2]、粒径[3-4]、升温速率[5]、温度[6-7]、停留时间[5]、压力[8-9]、煤的显微组分[10]、气氛[11]等。
超细煤粉燃烧技术是目前一种重要的有效控制NO x排放的燃烧技术(在电站煤粉锅炉燃烧方面，将超细化煤粉定义为20μm以下的煤粉[12])，美国2000年清洁煤技术项目中将超细煤粉再燃作为降低燃煤NO x排放的主要技术之一。
本文采用非等温热重分析方法，研究了粒度、升温速率和煤种对细化和超细化煤粉的热解特性的影响，由微分热重曲线计算热解反应动力学参数。
1 实验部分1.1 样品的选取和制备实验采用鹤岗(HG)，准噶尔(ZGE)煤，经过碾磨，不进行筛分制成细化和超细化煤粉，原煤的煤质分析数据见表1。
54 中 国 电 机 工 程 学 报第28卷表1 鹤岗煤、准噶尔煤的工业分析与元素分析 Tab. 1 Ultimate and proximate analysis of testingcoal samples元素分析/ % 工业分析/ % 煤种C H N S OAV FCMHG 68.25 4.678 0.826 0.487 3.104 20.85 32.53 44.8151.805ZGE 72.54 3.336 1.218 1.016 4.390 13.86 33.33 49.17 3.64注：根据ω(C ad )+ω(H ad )+ω(N ad )+ω(O ad )+ω(S ad )+ω(A ad )+ω(M ad )=100%计算得到。
1.2 热重分析本实验是在日本岛津公司的60–H 型热重差热同时分析仪上进行。
采用5、10、20、30 /min ℃升温速率，用氩气(99.999%)作为气氛气体，气体流量50 mL/min 。
试样用量约8 mg ，用高纯氩(99.999%)气吹扫0.5 h 以除去炉体内的空气，再开始程序升温。
2 结果及讨论2.1 热解特征参数的确定在氩气气氛中进行的热解实验可以得到TG 和DTG 曲线，其特征参数有：①挥发分初析温度T s ，℃：指试样开始失重时的所对应的温度，是衡量煤质挥发分析出难易的一个重要因素，取DTG 曲线上开始恒定出现负值的点；②挥发分最大释放速度峰值(d w/d τ)max ，mg/min ；③(d w/d τ)max 对应的温度 为T max ，℃；④max (d /d )/(d /d )1/2w w ττ=对应的温度区间1/2T Δ，即半峰宽，℃；⑤定义热解特性指数D 为：maxmax 1/2(d /d )s w D T T T τ=⋅⋅Δ，3mg /(min )⋅℃，各煤样的热解特性参数见表2。
2.2 不同粒径煤样的热解特性分析图1~3是不同粒径的鹤岗细化和超细煤粉在10 ℃/min 的升温速率下的TG 、DTG 和热解特性参数与粒径关系。
由图1和2可知，各粒径鹤岗煤在10 ℃/min 升温速率下热解特性曲线分为4个阶段，分别对应于水分和吸附气体的脱附(初温到150 ℃)、煤中非共价键结合的分子发生解聚(150~350 ℃)、煤中大分子网络结构发生断链(350~1 150 ℃)和半焦缩聚成焦炭(1 150 ℃以上)。
由图1和2的热解曲线还可以看出，4种粒径的鹤岗煤粉在400 ℃之前的热解特性曲线无明显区别，在400~500 ℃区间有一快速失重区间，相同温度下的失重速率随粒径的增大而增大，其顺序为：56.2 μm >23.3 μm >35.9 μm >7.0 μm 。
在500~ 980 ℃区间，失重速率与粒径的关系与前者相反，相同温度下的失重速率随粒径的增大而减小，其顺序为：7.0 μm >35.9 μm >23.3 μm >56.2 μm 。
980 ℃以后，7.0、35.9和56.2 μm 粒径的煤样也较好规律：在980~1200 ℃之间，同一温度下的失重速率随着粒径的增大而减小；在1 200~1 400 ℃之间，同一温度下的失重速率随着粒径的增大而增大。
而在980~1 400 ℃之间，23.3 μm 粒径样品的与其他3个粒径样品有较大不同：在980~1 270 ℃之间，呈现了比其他3个粒径样品加速失重的状态，且在1 120 ℃时失重速率达到最大。
总体上，在10 ℃/min 的热解条件下，4种粒径煤粉在980 ℃之前的热失重有较好规律性，在主要热解温度区间，煤粉粒度的减小，有利于热解反应的进行。
因为随着粒径的减小，可以从煤粉的比表面积，热的传递速率、化学反应速率、物质的挥发速率等多方面导致煤粉的热失重加快[13]。
而在980~1 400 ℃之间，23.3 μm 粒径煤粉的热失重与其他3个粒径煤粉样品相比出现异常，这种现象需要大量的实验数据来进一步分析。