张宏博

摘 要：采用热重实验测定方法，研究了稻秸、无烟煤和由两者混合而成的混合燃料的燃烧特性。热重实验结果表明，稻秸的燃烧主要集中在燃烧前期，无烟煤的燃烧主要集中在燃烧后期，稻秸的着火温度比无烟煤的低，着火指数比无烟煤的高；稻秸和无烟煤混烧时，燃烧过程分成两个阶段，随着稻秸掺混比例的增加，燃烧提前；混合燃料的着火温度和燃尽温度与稻秸掺混比例呈现出线性关系，而着火指数与稻秸掺混比例呈现出二次方关系，稻秸的加入使难燃无烟煤能更好地着火和燃尽。

关键词：稻秸；无烟煤；热重实验

随着社会的发展和人口数量的增加，人类对能源的需求也在不断地增长。而由化石燃料的开采和使用所带来的社会和环境问题日趋严重。生物质能源作为可再生能源，能够部分缓解人类对煤、石油、天然气等不可再生资源的依赖。作为仅次于煤、石油和天然气之后的第四大能源[1]，生物质能存在能量密度低和季节性强的缺陷，纯生物质能的大规模工业项目很难有较高的收益，而通过生物质和煤的混烧，可以解决很多单独燃烧生物质所遇到的问题[2-4]。生物质与煤混合燃烧技术，能充分利用现有技术与设备，是一种低成本、低风险、大规模使用生物质燃烧技术手段[5]。生物质与煤混合燃烧已成为一种发展趋势，该技术已在火电厂中得到广泛的应用[6-7]，不同类型生物质和不同煤中的混燃特性对锅炉的运行有着至关重要的影响，为了非富生物质与煤混合燃烧研究内容，本文采用热重实验测定方法，研究了稻秸、无烟煤和两者组成的混合燃料的燃烧特性，分析了稻秸掺混比例对混合燃料燃烧特性的影响。

1 实验部分

实验煤样选取湖南产劣质无烟煤和稻秸，原料煤粒径为0.2 mm～0.4 mm，稻秸经破碎后的粒径为0.4 mm～1 mm，燃料工业分析和热值分析如表1所示。用分析天平称取煤样和稻秸样品，按生物质分别占混合物总重量的5%，10%，15%和20%配比混合均匀，然后取15 mg～20 mg的混合燃料或纯样品进行热重实验，分析不同掺混比例的混合燃料的着火和燃烧特性。

样品的热重分析实验采用德国NETSCH公司的STA-409 C/3F热重分析仪，该仪器采用微机程序自动控制，在100ml/min的空气流量气氛下，以10℃/min的升温速率加热，进行试样的TG和DSC/DTA分析。

2 实验结果与讨论

2.1 热重分析实验

试验得到无烟煤、稻秸和不同掺混比例下的混合燃料的燃烧分布曲线（DTG/TG）如图1所示。

从图1中可以看出，由于无烟煤收到基水分和挥发分均很低，而固定碳含量很高，无烟煤的DTG曲线上只有一个明显的失重峰，燃烧过程中挥发分的析出几乎一直伴随着煤焦的燃烧，从曲线上可以分析出该无烟煤是一种极难燃烧的煤。稻秸的DTG曲线上有两个明显的失重峰，分别为挥发分释放燃烧峰及固定碳燃烧峰，燃烧主要集中在前期温度较低的阶段，这是由于稻秸的挥发分含量很高，在较低温度即开始燃烧并很快燃尽。不同稻秸掺混比例时，随着掺混比例的增加，燃烧逐渐集中于前期阶段，平衡了整个燃烧过程。

由DTG曲线得到各实验样品的主要燃烧特性参数如表2所示。

表2中，Ti为着火温度；Th为燃尽温度，W1max为最大燃烧速率峰的最大燃烧速度；T1max为最大峰的最大燃烧速度所对应的温度。

由表2可以看出，无烟煤的着火温度和燃尽温度比稻秸分别高303.94℃和304.08℃，稻秸的最大燃烧速率峰的最大燃烧速度高达8.49 mg/min，这说明稻秸的着火和燃尽温度低、燃烧速度快。随着稻秸掺混比例的增加，混合燃料的着火和燃尽温度略有下降，燃烧速度越快。

2.2 着火特性

燃料的着火难易程度和着火性能的好坏可用着火特性指数来衡量[9]。着火特性指数可按式（1）计算

（1）

式中：Zi为着火特性指数，%2/（℃*min）；Vad为分析基挥发分，%；（dm/dt）max为最大燃烧失重速率，%/min；Ti为着火温度，℃。根据表2的数据，带入式（1）得到混合燃料不同混合比例的着火指数。混合燃料不同混合比例下的着火温度、燃尽温度和着火指数曲线如图3所示。

从图2中可以看出，无烟煤的着火温度高达到了560℃，燃尽温度为822.74℃，着火指数也很低，仅有0.042。稻秸着火温度仅为256℃，燃尽温度为518.66℃，着火指数很高，可达2.27。混合燃料的着火温度、燃尽温度与稻秸掺混比例呈现出很明显的线性关系，而着火指数与稻秸掺混比例呈现出二次方关系。

3 结 论

稻秸的燃烧主要集中在燃烧前期，无烟煤的燃烧主要集中在燃烧后期，稻秸的着火温度比无烟煤的低，着火指数比无烟煤的高；稻秸和无烟煤混烧时，燃烧过程分成两个阶段，随着稻秸掺混比例的增加，燃烧提前；混合燃料的着火温度和燃尽温度与稻秸掺混比例呈现出线性关系，而着火指数与稻秸掺混比例呈现出二次方关系。稻秸以一定的比例掺入难燃无烟煤可以改善无烟煤的燃烧特性，稻秸的掺入量越大，混合燃料更易着火和燃尽。

参考文献：

[1]袁振宏，吴创之，马隆龙等.生物质能利用原理与技术[M].北京：化学工业出版社，2005：3-21

[2]蒲舸，谭波.生物质与高硫劣质煤混烧固硫特性研究[J]，煤炭转化，2011，34（1）：39-42

[3]刘豪，邱建荣，董学文，等。生物质与煤混烧的燃烧特性研究[J].热能动力工程，2002，17（101）：451-454

[4]Chungen Yin， A.Lasse， K. Rosendahl，S？ren， et al. Grate-firing of biomass for heat and power production [J]. Progress in Energy and Combustion， 2008，34（6）：725-754

[5]張磊，张世红. 生物质与煤混烧技术的应用[J]，能源技术，2006，27（4）：158-160

[6]段菁春，肖军，王杰林，等. 生物质与煤共燃研究[J]. 电站系统工程，2004，20（1）：1-4

[7]孙恩召，李炳熙，于洪彬，等. 关于煤的着火特性的系数[J]. 热能动力工程，1991，6（6）：333-335