生物質(zhì)熱解炭與煤混合燃燒特性與動(dòng)力學(xué)研究

任 瓊, 邢獻(xiàn)軍,3, 馬培勇, 陳 濤, 張學(xué)飛, 劉 娜

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院,安徽 合肥 230009; 2.合肥工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)能源技術(shù)與裝備研究院,安徽 合肥 230009; 3.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,安徽 合肥 230009;4.安徽省藍(lán)天能源環(huán)?？萍加邢薰?安徽 合肥 231606)

生物質(zhì)作為一種可再生能源,在我國(guó)能源利用中占有重要地位。其具有碳中性和低硫的特點(diǎn),對(duì)減少環(huán)境污染非常重要[1]。由于煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生大量污染物,對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,生物質(zhì)與煤炭混合燃燒已成為一種新的能源利用方式。煤與生物質(zhì)混合燃燒在電廠或鋼廠的應(yīng)用還可以起到節(jié)能降耗的作用[2]。一些研究者對(duì)生物質(zhì)與煤炭混合燃燒的研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)與煤炭混合燃燒可以促進(jìn)燃燒和減少污染排放。因此,生物質(zhì)與煤混合燃燒特性的研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

文獻(xiàn)[3]利用熱失重技術(shù)研究了褐煤和桉樹(shù)的燃燒特性以及燃料的單獨(dú)燃燒,結(jié)果表明,混合料的著火溫度遠(yuǎn)低于褐煤,著火特征指數(shù)和綜合特征指數(shù)隨生物量比例的增加而增加;文獻(xiàn)[4]研究了煤與杉木粉的共燃行為,結(jié)果表明,杉木的加入促進(jìn)了兩者的燃燒且發(fā)生了協(xié)同效應(yīng),同時(shí)二氧化碳的排放也得到了改善;文獻(xiàn)[5]研究了混合比和氧濃度對(duì)富氧條件下百慕大草和玉米秸稈與煙煤的共燃燒特性和動(dòng)力學(xué)的影響,結(jié)果表明,2種生物質(zhì)和煤的著火溫度均顯著升高,混合燃燒后促進(jìn)了燃燒反應(yīng);文獻(xiàn)[6-7]研究了煤與生物質(zhì)的混合燃燒特性。但是對(duì)于煤與生物質(zhì)熱解炭混合燃燒的研究,尤其是與杉木熱解炭混合燃燒的研究鮮有報(bào)道。

本文利用熱重分析儀分析煤與杉木熱解炭混合燃燒過(guò)程中的熱失重,研究煤與杉木熱解炭在不同升溫速率及摻混比例下的混合燃燒特性,并利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法計(jì)算煤和杉木熱解炭混燃過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)。本研究為煤與生物質(zhì)熱解炭的混合燃燒提供了初步的理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

生物質(zhì)和煤分別選定安徽省合肥市某家具加工廠的杉木和安徽省淮北市濉溪縣某煤礦產(chǎn)煤。采集后的樣品分別置于105 ℃烘箱內(nèi)烘干6 h,再用粉碎機(jī)將干燥后的樣品粉碎,過(guò)80目(180 μm)篩,取篩后的樣品密封于器皿內(nèi),分別標(biāo)記為杉木(cedar wood,CW)和粉煤(pulverized coal,PC)。樣品的元素分析和工業(yè)分析分別按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212—2008和GB/T31391—2015進(jìn)行檢測(cè),O元素按照差減法計(jì)算獲得,元素分析和工業(yè)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所列,其數(shù)據(jù)依據(jù)于樣品狀態(tài)為空氣干燥基。

表1中，樣品包括CW、杉木熱解炭(cedar wood charcoal,CWC)、PC。

表1 煤、杉木及其熱解炭的工業(yè)分析和元素分析

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)器材有:高溫管式爐(GSL-1700X,合肥科晶材料技術(shù)有限公司),MAC-3000全自動(dòng)工業(yè)分析儀(國(guó)創(chuàng)分析儀器有限公司),VarioEL cube元素分析儀(德國(guó)Elementar公司),Setsys Evo TG/TGA熱重分析儀(法國(guó)SETARAM公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 生物質(zhì)熱解炭的制備方法

將預(yù)處理好的杉木粉放置在管式爐內(nèi)石英管的加熱區(qū)域內(nèi),然后在石英管的兩端放置保溫塞用于保溫,以50 mL/min的流通速度向管式爐內(nèi)通入N215 min,以保證管式爐內(nèi)是惰性氣體氛圍。通過(guò)設(shè)定升溫程序使管式爐以10 ℃的加熱速率加熱到350 ℃,并在此溫度下保溫30 min,之后爐子開(kāi)始按照設(shè)定程序降溫,同時(shí)繼續(xù)向石英管中通N2,直到石英管降溫到室溫,隨后關(guān)閉氣體閥門(mén),從管式爐內(nèi)取出CWC密封于器皿內(nèi)。

將處理好的的CWC以不同比例向PC中進(jìn)行摻混,CWC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、30%、50%、70%、100%,對(duì)應(yīng)樣品識(shí)別記作PC、30CWC70PC、50CWC50PC、70CWC30PC、CWC,混合均勻后密封于器皿中。

1.3.2 熱重實(shí)驗(yàn)

熱重實(shí)驗(yàn)采用Setsys Evo TG/TGA熱重分析儀,實(shí)驗(yàn)氣體氛圍模擬空氣氣氛(VN2∶VO2=4∶1,體積比),載氣流量保持在60 mL/min,實(shí)驗(yàn)樣品質(zhì)量每次為(10±0.2) mg,并將其均勻地鋪在坩堝底部,避免溫度梯度的影響,采用非等溫法分別以20、30、40 ℃的升溫速率從室溫加熱至1 000 ℃。

實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)以消除系統(tǒng)誤差來(lái)保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱重曲線分析

2.1.1 PC、CW、CWC的熱重曲線分析

CW在30 ℃升溫速率下的熱失重(thermogravimetric,TG)與微分熱失重(derivative thermogravimetric,DTG)曲線如圖1所示。

圖1 CW的TG與DTG曲線

由圖1可知,CW的燃燒分為3個(gè)階段:第1階段(50～190 ℃)為脫水階段,主要是樣品中水分受熱析出,失重量約占樣品質(zhì)量的1.45%,由于樣品經(jīng)過(guò)干燥后水分含量較低,這個(gè)階段會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的失重峰;第2階段(190～408 ℃)為揮發(fā)分析出和燃燒階段,主要是由于樣品中半纖維素、纖維素與木質(zhì)素發(fā)生了一系列的熱解反應(yīng)[8],此階段失重量約占樣品質(zhì)量的66.2%,DTG曲線變化劇烈,最大失重速率出現(xiàn)在344 ℃,最大失重速率為25.7 %/min,由此可見(jiàn)揮發(fā)分燃燒的反應(yīng)程度比較劇烈;第3階段(408～550 ℃)為固定碳燃燒階段,主要是樣品炭化過(guò)程中形成的碳與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[9],此階段失重量約占樣品質(zhì)量的31.6%,最大失重速率出現(xiàn)在492 ℃,此失重峰比前一階段范圍寬且峰值較低,這是由于固定碳比揮發(fā)分更難燃燒且含量較少。550 ℃后,DTG曲線不再有明顯變化,此時(shí)樣品燃盡。

PC在30 ℃升溫速率下的TG與DTG曲線如圖2所示。

由圖2可知,PC的燃燒主要存在如下2個(gè)失重階段:第1個(gè)失重階段主要是PC中水分的揮發(fā),由工業(yè)分析可知PC中的水分含量比CW低,因此此階段的失重相較于CW不明顯;第2個(gè)失重階段主要發(fā)生在300～840 ℃區(qū)間,最大失重速率出現(xiàn)在640 ℃,主要是PC中揮發(fā)分的析出和固定碳的燃燒,由工業(yè)分析可知PC中揮發(fā)分的含量較少,主要以固定碳的燃燒為主,因此揮發(fā)分析出峰與固定碳燃燒峰不能明顯區(qū)分出來(lái),DTG曲線呈現(xiàn)的是一個(gè)范圍較寬的峰,PC的失重速率較小的原因是揮發(fā)分含量較少,其燃燒的放熱量對(duì)固定碳燃燒的促進(jìn)作用不明顯[10]。

圖2 PC的TG與DTG曲線

CWC在30 ℃升溫速率下的TG與DTG曲線如圖3所示。

圖3 CWC的TG與DTG曲線

由圖3可知,CWC的燃燒主要分為2個(gè)失重階段,與PC的燃燒過(guò)程類(lèi)似,與CW不相同。這主要是由于CWC在熱解炭化過(guò)程中纖維素和半纖維素等發(fā)生了脫水、脫羧反應(yīng),導(dǎo)致?lián)]發(fā)分大量析出,固定碳的含量大大增加,由工業(yè)分析可知CWC的揮發(fā)分和固定碳含量向PC接近,與CW相差較大。CWC第1個(gè)失重階段主要是水分的揮發(fā),但是從TG圖可以看出這一階段后樣品的質(zhì)量反而有所增加,這主要是由于CWC經(jīng)過(guò)熱解炭化后,表面顆粒發(fā)生了破碎從而形成豐富的孔隙結(jié)構(gòu),樣品的比表面積增大,大大增加了樣品的吸附性能,使得CWC在反應(yīng)的氣體吸附階段吸氧量增加,樣品出現(xiàn)增重的現(xiàn)象[11]。CWC的第2個(gè)失重階段(288～690 ℃)為揮發(fā)分的析出與固定碳的共同燃燒階段,最大失重速率出現(xiàn)在495 ℃,最大失重速率為14.67 %/min,DTG曲線為一個(gè)范圍較寬的峰,這主要是由于CWC中揮發(fā)分含量較少,其反應(yīng)階段不能與固定碳燃燒階段明顯區(qū)分開(kāi)來(lái)。由此可知,CWC與PC具有相似的燃燒行為,CWC與PC的共燃特性對(duì)以煤炭為原料的火力發(fā)電廠具有較大的指導(dǎo)意義和發(fā)展前景。

2.1.2 不同升溫速率對(duì)熱重曲線的影響

CWC、50CWC50PC、PC在不同升溫速率下的TG與DTG曲線如圖4所示。

圖4 不同升溫速率下各樣品的TG與DTG曲線

由圖4可知,3種樣品在不同升溫速率下的TG-DTG曲線的變化趨勢(shì)相似。由TG曲線可知,3種樣品在不同升溫速率下失重量占樣品總質(zhì)量的比例變化不明顯,這說(shuō)明燃燒反應(yīng)的完成度與升溫速率沒(méi)有太大的關(guān)系,而是與樣品本身的灰分含量有關(guān)。由DTG曲線可知,隨著升溫速率的增大,最大失重速率增加,且對(duì)應(yīng)的燃燒溫度也逐漸增大,燃盡溫度也隨之增大,曲線向高溫區(qū)移動(dòng),這是由于隨著升溫速率的增加,樣品的內(nèi)外溫差隨之變大,燃燒過(guò)程中的產(chǎn)物不能夠及時(shí)逸出,從而限制了樣品內(nèi)部的燃燒進(jìn)程,造成了燃燒熱滯后的現(xiàn)象[12]。

2.1.3 不同摻混比對(duì)熱重曲線的影響

CWC與PC及不同摻混比的混合物在30 ℃升溫速率下的TG與DTG曲線如圖5所示。

圖5 樣品在不同摻混比下的TG與DTG曲線

由圖5可知，混合物的TG與DTG曲線位于CWC與PC曲線之間。隨著CWC的摻混比例增加:混合物的TG曲線向CWC靠攏,失重量占樣品質(zhì)量的比例隨之增大,且燃盡溫度也隨之逐漸減小,表明燃燒反應(yīng)逐漸提前完成且反應(yīng)完成度也逐漸變大,這是由于CWC的摻混減少了混合物中灰分的含量,既降低了灰分阻燃的影響,又使反應(yīng)氣體的逸出變得更加容易,使反應(yīng)可以提前完成[13];混合物的DTG曲線向低溫區(qū)移動(dòng),最大失重速率逐漸增加,所對(duì)應(yīng)的溫度逐漸減小,凸肩也逐漸清晰,說(shuō)明燃燒過(guò)程的反應(yīng)性越來(lái)越好,這是由于CWC的摻混增加了混合物中的揮發(fā)分含量,揮發(fā)分析出后增大了樣品的孔隙率,增大了與反應(yīng)氣體的接觸面積,且揮發(fā)分燃燒所產(chǎn)生的熱量對(duì)混合物中固定碳起到了預(yù)加熱和結(jié)構(gòu)疏松的作用,使混合物的燃燒向低溫區(qū)移動(dòng)[14]。

2.2 燃燒特性分析

為分析CWC、PC及其混合物的燃燒特性,引入綜合燃燒特性指數(shù)SN[15],SN是衡量樣品燃燒特性的指標(biāo)之一,其數(shù)值越大,表明樣品的燃燒特性越好。計(jì)算公式如下:

(1)

著火溫度的獲取方法為過(guò)DTG曲線最大峰值處作垂線與TG曲線相交,過(guò)交點(diǎn)作TG曲線的切線,然后在TG曲線上質(zhì)量開(kāi)始損失處做水平線交切線于一點(diǎn),此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度即為著火溫度。

燃盡溫度為樣品質(zhì)量損失達(dá)到總失重98%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。

PC與CWC及其不同摻混比的燃燒特性參數(shù)見(jiàn)表2所列。

表2 煤與杉木熱解炭及其不同摻混比的燃燒特性參數(shù)

由表2可知,同一升溫速率下的CWC燃燒特性指數(shù)最高,這是由于CWC經(jīng)過(guò)熱解炭化后表面孔隙較豐富,在燃燒階段增加了與反應(yīng)氣體的接觸面積,同時(shí)也促進(jìn)了燃燒產(chǎn)物的逸出[16]。升溫速率的提升使樣品的著火溫度和燃盡溫度增加,與樣品在不同升溫速率下的TG與DTG曲線向高溫區(qū)移動(dòng)一致,進(jìn)一步闡釋了熱滯后的現(xiàn)象;同時(shí)燃燒特性指數(shù)也隨之增加,說(shuō)明了燃燒性能逐漸變好。隨著CWC的摻混比例增加,混合物的著火溫度降低,說(shuō)明摻混CWC可以使PC的燃燒提前開(kāi)始,這是由于CWC中較高的氫碳比和氧分?jǐn)?shù)使CWC燃燒時(shí)能提供PC著火時(shí)所需熱量,從而使PC容易燃燒;混合物燃盡溫度降低,平均燃燒速度和燃燒特性指數(shù)增加,說(shuō)明CWC的加入有助于PC燃燒的進(jìn)行,原因是CWC的加入增加了樣品的揮發(fā)分含量,其析出會(huì)造成樣品表面產(chǎn)生大量的孔隙,加快了反應(yīng)速率,且燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)PC起到了預(yù)加熱的作用,縮短了燃燒時(shí)間,提高了燃燒性能。當(dāng)CWC的摻混比例從50%增加到70%時(shí),平均燃燒速率增加19.46%,燃燒特性指數(shù)增加50.17%,提升效果最為明顯。因此,升溫速率的降低可以使燃燒提前進(jìn)行,升溫速率的提高可以使燃燒反應(yīng)更加充分,摻混一定比例的CWC可以使PC燃燒特性得到提升,當(dāng)CWC摻混比例為70%時(shí)提升效果最為顯著。

2.3 PC與CWC混合燃燒中的協(xié)同效應(yīng)

本文將通過(guò)2種方法來(lái)判斷PC與CWC混合燃燒過(guò)程中是否發(fā)生了協(xié)同效應(yīng)。

(1) 通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)值與理論值來(lái)判斷混合燃燒過(guò)程中是否發(fā)生了協(xié)同效應(yīng)。理論失重率Wcal的計(jì)算公式[17]如下:

Wcal=λPCWPC+λCWCWCWC

(2)

其中:λPC為PC在混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù);WPC為PC的失重量;λCWC為CWC在混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù);WCWC為CWC的失重量。

為了能夠直觀地比較燃燒過(guò)程中理論失重量與實(shí)驗(yàn)失重量的差別,引入?yún)?shù)ΔW[18],即

ΔW=Wexp-Wcal

(3)

其中,Wexp、Wcal分別為實(shí)驗(yàn)與理論失重率。

樣品理論與實(shí)驗(yàn)熱重曲線如圖6所示。

圖6 樣品理論與實(shí)驗(yàn)熱重曲線

由圖6a可以看出,320 ℃之前的曲線幾近重合,區(qū)別不明顯;320 ℃以后燃燒過(guò)程開(kāi)始出現(xiàn)差別。PC和CWC混合燃燒的失重量不是兩者單獨(dú)燃燒的加權(quán)平均值,說(shuō)明這兩者混合燃燒過(guò)程中出現(xiàn)了協(xié)同作用[19]。由圖6b可以看出,在320～487 ℃之間,70CWC30PC和50CWC50PC樣品的ΔW>0,345 ℃附近出現(xiàn)峰值。說(shuō)明在此溫度區(qū)間兩者的混合燃燒過(guò)程中出現(xiàn)了抑制作用,原因是在此燃燒過(guò)程中主要是CWC揮發(fā)分的燃燒需要大量熱量,阻礙了PC的受熱過(guò)程,在一定程度上阻礙了PC的燃燒[20]。30CWC70PC樣品的ΔW<0的原因是該樣品的揮發(fā)分含量較少,燃燒所需的熱量不足以抑制PC的燃燒。在487 ℃以上,所有樣品ΔW<0,670 ℃附近出現(xiàn)峰值,說(shuō)明在此溫度區(qū)間兩者的混合燃燒過(guò)程中出現(xiàn)了促進(jìn)作用,原因如下：① 因?yàn)镃WC脫揮發(fā)分過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的活性自由基加速了煤的脫揮發(fā)分,在一定程度上促進(jìn)了煤的燃燒;② CWC中存在的一些堿金屬或堿土金屬對(duì)煤的燃燒起到了促進(jìn)作用。另外70CWC30PC樣品的協(xié)同效應(yīng)最為明顯。

(2) 將PC與CWC燃燒過(guò)程中的峰值溫度、燃盡溫度和著火溫度到峰值溫度所用時(shí)間結(jié)合起來(lái),得出一個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù),通過(guò)評(píng)價(jià)參數(shù)的數(shù)值大小來(lái)判斷燃燒過(guò)程是否發(fā)生協(xié)同作用。協(xié)同效應(yīng)參數(shù)公式[21]如下:

(4)

其中:Iblend為混合物的協(xié)同效應(yīng)指數(shù)，IPC為PC的協(xié)同效應(yīng)指數(shù)。IS可通過(guò)如下公式求解:

(5)

其中:tp-s為著火到峰值所用的一段時(shí)間;Tb為燃盡溫度;Tp為峰值溫度。

為了保證參數(shù)的準(zhǔn)確性,從理論混合物中獲取的結(jié)果創(chuàng)建比較基線來(lái)確定燃燒過(guò)程中是否發(fā)生協(xié)同效應(yīng);當(dāng)FS>1.15時(shí),燃燒過(guò)程會(huì)發(fā)生明顯的協(xié)同效應(yīng);當(dāng)0.8≤FS≤1.15時(shí),燃燒過(guò)程中的協(xié)同效應(yīng)不明顯;當(dāng)FS<0.80時(shí),說(shuō)明混合物的燃燒性能變差[21]。

PC、不同摻混比的混合物樣品的協(xié)同效應(yīng)參數(shù)見(jiàn)表3所列。

由表3可知,不同摻混比的混合物協(xié)同效應(yīng)參數(shù)都在比較基線以上,說(shuō)明了不同摻混比的混合物在燃燒過(guò)程中都發(fā)生了明顯的協(xié)同作用,而且隨著CWC摻混比例的增加,協(xié)同效應(yīng)參數(shù)逐漸增大,協(xié)同效應(yīng)越來(lái)越明顯,其中30PC70CWC樣品的協(xié)同效應(yīng)最為明顯。

此方法與第1種方法得到的結(jié)果一致,進(jìn)一步印證了PC與CWC之間的混合燃燒過(guò)程存在協(xié)同作用。

表3 PC、不同摻混比的混合物樣品的協(xié)同效應(yīng)參數(shù)

3 動(dòng)力學(xué)分析

PC和CWC的燃燒過(guò)程可以簡(jiǎn)化為非等溫固體非均相反應(yīng),可基于Arrhenius方程[22]對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行求解:

(6)

其中:α為轉(zhuǎn)化率;T為熱力學(xué)溫度;A為指前因子;β為升溫速率;E為活化能;R為氣體摩爾常數(shù);f(α)為反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)。

對(duì)(6)式兩側(cè)同時(shí)積分可得:

(7)

其中,μ=E/RT,當(dāng)20≤μ≤60時(shí),利用Doyle近似值,化簡(jiǎn)可得:

lgPD(μ)=-2.315-0.456 7E/(RT)

(8)

假設(shè)A、f(α)、E不依賴于β,而A、E不依賴于T,則對(duì)(8)式積分得:

(9)

不同摻混比樣品的表觀活化能見(jiàn)表4所列。由表4可知,根據(jù)FWO(Flynn-Wall-Ozawa)方法對(duì)混合物進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,得出樣品表觀活化能E的相關(guān)系數(shù)R2均大于0.97,表明FWO動(dòng)力學(xué)模型能較好地模擬CWC和PC混合燃燒過(guò)程中的活化能。CWC單獨(dú)燃燒時(shí)表觀活化能最小,說(shuō)明燃燒反應(yīng)最容易進(jìn)行。當(dāng)CWC的摻混比例從30%增加到50%,最后達(dá)到70%時(shí),表觀活化能依次從128.84 kJ/mol降低到112.69 kJ/mol,最后達(dá)到105.38 kJ/mol,遠(yuǎn)低于PC的148.43 kJ/mol,這說(shuō)明CWC與PC的混燃能夠在一定程度上促進(jìn)PC的燃燒,改善其燃燒性能。這是由于隨著CWC摻混比例的增加,混合物中揮發(fā)分的含量也增加,使得在同溫下樣品燃燒過(guò)程中揮發(fā)分析出的濃度越高,其分子間的碰撞越激烈,導(dǎo)致發(fā)生碰撞的概率越大,普通分子轉(zhuǎn)化為活性分子越容易,從而降低了樣品的表觀活化能[23]。隨著混合物中CWC摻混比例的增大,混合物表觀活化能逐漸減小,這意味著混合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能量勢(shì)壘降低了,燃燒反應(yīng)更容易進(jìn)行,這與上文得出的結(jié)果一致。在考慮協(xié)同效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)成本的條件下,結(jié)合綜合燃燒特性指數(shù)SN的影響,CWC摻混比例為70%可能是CWC與PC混合燃燒的最佳選擇比例。

表4 不同摻混比樣品的表觀活化能

4 結(jié) 論

本文采用熱重法研究了PC和CWC混合燃燒的燃燒特性,通過(guò)建立PC和CWC混合燃燒的動(dòng)力學(xué)模型得到了兩者混合燃燒的活化能,結(jié)論如下:

(1) 30 ℃升溫速率下,CWC的燃燒過(guò)程分為2個(gè)階段,與CW燃燒過(guò)程的3個(gè)階段不同,與PC燃燒過(guò)程類(lèi)似,CWC與PC相似的燃燒行為給兩者共燃在火力發(fā)電廠的應(yīng)用提供了廣闊前景。

(2) 升溫速率對(duì)樣品燃燒失重率的影響不明顯,隨著升溫速率的提高,熱重曲線向高溫區(qū)移動(dòng),樣品的平均燃燒速率增加,著火溫度和燃盡溫度也隨之增加,燃燒特性指數(shù)逐漸增大。較低的升溫速率可以降低燃燒熱滯后的影響,使燃燒反應(yīng)充分進(jìn)行。

(3) 隨著CWC摻混比例的增加,失重量占樣品總質(zhì)量的比例增加,著火溫度和燃盡溫度減小,平均燃燒速率和燃燒特性參數(shù)增加,說(shuō)明摻混CWC可以改善煤的燃燒性能。

(4) PC和CWC混合燃燒時(shí)會(huì)發(fā)生協(xié)同效應(yīng),670 ℃附近的協(xié)同作用最為顯著,CWC摻混比例為70%的70CWC30PC樣品協(xié)同效應(yīng)比其他摻混比例的樣品更加明顯。

(5) FWO法計(jì)算活化能的相關(guān)系數(shù)均不低于0.97,混合樣品中CWC摻混比例為70%樣品的表觀活化能最小,結(jié)合燃燒性能和經(jīng)濟(jì)成本的綜合因素,CWC摻混比例為70%可能是PC和CWC混合燃燒的最佳選擇比例。