实验一 燃烧特性的热重分析 一、 实验目的 1.了解热重分析仪的基本结构，掌握仪器操作： 2.学会应用热重法分析煤生物质的燃烧特性。 ，实验内容及要求 熟采热重分析工作原理 2. 学会处理煤生物质燃烧热失重曲线，求解典型燃烧特性参数，并分析 燃烧特性。 三、实验步骤 试样、气体准备，如预先干燥、磨制、筛分、称量试样等，能装所需浓度和纯 度的保护气体和反应气体。检查仪器放置平稳、管路气密性及电源连接完好等 2. 开启系统：(1)打开恒温水浴槽（温度设定：22℃）：(2)接通气体（氨气 流量：30 ml/min:空气流量：100ml/min)；(3)待恒温水浴槽达到设定温度 和气流稳定后，打开TGA主机：(4)打开计算机进入Windows NT,双击“STAR 图标打开TARe教件 3. 根据软件建立试验方法，设置升温速率10℃-30℃/min、最大温度900℃，完毕 后按提示放置样品，按提示开始、结束（重新开始）试验。 4. 根据随机软件进行数据处理。 5. 关闭系统：(1)须在TGA主机的护温低于300℃后关闭恒温水浴槽：(2)关 闭TA主机：(3)关闭气体：(4)关闭计算机。 四、 实验报告 热重燃烧特性指标的含义和求解方法： 2. 热重燃烧条件下各燃烧特性参数代表的意义： 3. 求解煤生物质燃烧特性参数： 4. 结合所得数据分析燃烧特性
实验一 燃烧特性的热重分析 一、 实验目的 1．了解热重分析仪的基本结构，掌握仪器操作； 2．学会应用热重法分析煤/生物质的燃烧特性。 二、 实验内容及要求 1． 熟悉热重分析工作原理； 2． 学会处理煤/生物质燃烧热失重曲线，求解典型燃烧特性参数，并分析 燃烧特性。 三、 实验步骤 1． 试样、气体准备，如预先干燥、磨制、筛分、称量试样等，罐装所需浓度和纯 度的保护气体和反应气体。检查仪器放置平稳、管路气密性及电源连接完好等。 2． 开启系统：（1）打开恒温水浴槽（温度设定：22℃）；（2）接通气体（氮气 流量：30ml/min；空气流量：100ml/min）；（3）待恒温水浴槽达到设定温度 和气流稳定后，打开 TGA 主机；（4）打开计算机进入 Windows NT，双击“STARe” 图标打开 STARe软件。 3． 根据软件建立试验方法，设置升温速率 10℃~30℃/min、最大温度 900℃，完毕 后按提示放置样品，按提示开始、结束（重新开始）试验。 4． 根据随机软件进行数据处理。 5． 关闭系统：（1）须在 TGA 主机的炉温低于 300℃ 后关闭恒温水浴槽；（2）关 闭 TGA 主机；（3）关闭气体；（4）关闭计算机。 四、 实验报告 1． 热重燃烧特性指标的含义和求解方法； 2． 热重燃烧条件下各燃烧特性参数代表的意义； 3． 求解煤/生物质燃烧特性参数； 4． 结合所得数据分析燃烧特性
瑞士Mettler-.Toledo公司的TGA/SDTA851热分析系统 图1、图2为热分析系统原理图。该系统包括热重/差热同步分析仪，热重天 平和高温恒温浴槽， 具体参数如下：型号：TGA/SDTA851;温度范围：室温-1600℃：大测试 炉：直径12mm,容积900ul:温度准确度：±0.25℃：温度重复性：±0.15℃：线 性升温速率：001100Cmin:SDTA分辨率：0005℃ 图1中，天平和测试炉组成的测试单元是热重/嗟热同步分析的核心，采用 平行支架微量虑 微量天平 称量 受样品支架长度变化（如热胀冷缩效应）的 影响：内置砝码全自动校准：称量部件处于恒温室内(22.0±0.1℃)，不受环境 因素的影响。其中的测试炉采用水平结构，可最大限度地消除可能产生的气体紊 流的影响，克服热气体对流上升容易产生的“烟囱效应”。该系统采用单坩埚结构， 使样品处于测试炉的几何对称中心，在升温室得到均匀加热。测量样品的温度传 感器直接安装于坩埚底部，能准确测取样品温度。加热炉内可通入需要的各种反 应气体，同时为了保护天平免受反应气体的腐蚀，需要通入保护气体。 恒湿浴槽 加热炉 热重天平 排气 ■ 向蜜 热重/差热门 同步分析仪 计算机 反应气 保护气 图1热分析系统示意图 图2TGA/SDTA851e原理图 1一隔热挡板：2一反应性气体毛细管：3一石英护套：4一气体排出阀门（偶联接口） 5一样品温度传感器：6一加热炉：7一炉温传感器：8一电源接点：9一真空和清洁气体管： 10一恒温天平室：11一平行导向超微量天平：12一样品室开启装置：13一冷却水管道：14 一保护气体入口：15一反应气体入口：16一真空连接和清洁气体入口
瑞士 Mettler-Toledo 公司的 TGA/SDTA851e 热分析系统 图 1、图 2 为热分析系统原理图。该系统包括热重/差热同步分析仪，热重天 平和高温恒温浴槽。 具体参数如下：型号：TGA/SDTA851e；温度范围：室温~1600℃；大测试 炉：直径 12mm，容积 900μl；温度准确度：±0.25℃；温度重复性：±0.15℃；线 性升温速率：0.01~100℃/min；SDTA 分辨率：0.005℃。 图 1 中，天平和测试炉组成的测试单元是热重/差热同步分析的核心，采用 平行支架微量/超微量天平，称量不受样品支架长度变化（如热胀冷缩效应）的 影响；内置砝码全自动校准；称量部件处于恒温室内（22.0±0.1℃），不受环境 因素的影响。其中的测试炉采用水平结构，可最大限度地消除可能产生的气体紊 流的影响，克服热气体对流上升容易产生的“烟囱效应”。该系统采用单坩埚结构， 使样品处于测试炉的几何对称中心，在升温室得到均匀加热。测量样品的温度传 感器直接安装于坩埚底部，能准确测取样品温度。加热炉内可通入需要的各种反 应气体，同时为了保护天平免受反应气体的腐蚀，需要通入保护气体。 图1 热分析系统示意图 图 2 TGA/SDTA851e原理图 1—隔热挡板；2—反应性气体毛细管；3—石英护套；4—气体排出阀门（偶联接口）； 5—样品温度传感器；6—加热炉；7—炉温传感器；8—电源接点；9—真空和清洁气体管； 10—恒温天平室；11—平行导向超微量天平；12—样品室开启装置；13—冷却水管道；14 —保护气体入口；15—反应气体入口；16—真空连接和清洁气体入口
1)热重测量法：在程序控制温度下，测量物质质量随温度变化的一种技术 2)差热分析：在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种 技术 3)热膨胀法：在程序控制温度下，测量物质在可忽略的负荷下的尺寸随温度变化的 种技术。 )差示扫描量热法：在程序控温下，测量加入物质在与参比物之间的能量差随温度变 化的 一种技术 TG(热重)、DTG(微分热重)、SDTA(同步差热分析) Thermo-gravimetric Differential thermo-gravimetric thermal analysis 酒出酒纸的，安记的是度与和序度的度爱 rimeter (DSC 差示扫描量热分析技术 1煤的热重燃烧实验和结果 取下列煤为实验物料，试验前将各种试样磨细至74um~89um,在120℃条件下烘干， 存入干燥器皿中待用。热分析实验条件：样品质量： +0 :升温速率：10℃/mim 气保护气流量 40ml/min:空气流量： :室温-900℃ 1.1煤的燃烧过程分析 表11煤的工业分析、元素分析及硫形态分析 煤样 工业分析% 元素分析% 硫组成% w(Cad)w(Ha)w(Oa)w(Na)S S.SS MJ.kg 第县ZX2.9819.5633.9343.5361.65427999 0.870.680.010.380.2922.54 h台T114323114.415214589629318009818800611606620.70 聊城001.227.1112.7459.0364.182813211200370010220.1423.71 图1.~图13为三种煤的热重TG、热重微分DTG和差热SDTA曲线。由于煤样经过干 燥，内在水分较少，所以初始阶段，煤中水分析出不明显。300℃以后，煤中挥发分和固定 碳剧烈燃烧，TG曲线表现出刷列下降：在500℃700℃的温度区间内，固定碳基本燃尽， TG曲线趋于平直，HT、LC和ZX煤的燃烧失重率分别为：66%、79%和79%。DTG一般 出现较明显的两个峰 个水分析出峰 F100℃左 一个为可燃质剧烈燃 烧峰 该峰对应于300℃~700℃.HT、LC和ZX煤的燃烧失重速率分别为：5.5×1031/℃、5.5×1031/0 和5.7×1031/℃。ZX燃烧蜂出现在502℃，明显比HT(545℃)LC(528C)提前。由图 2.3差热曲线可看出，HT、LC和ZX煤的燃烧放热峰分别为：529℃、466℃和454℃，对 应于温度分别为：543℃、528℃和508℃. 1.2煤的燃烧特性指标 (1)者火特性温度t 若火特性温度t定义如图4.4所示，在DTG曲线上过燃烧峰值点A,作垂线与TG曲 线的倾斜段交于一点B,过B点作TG曲线的初试水平段的延长线交于一点C,则C点所对 应的温度定义为若火特性温度。 dWdt)o定义为DTG燃烧附近80℃温度区内煤样最大燃烧速率的 平均值。其对褐煤和烟煤强调了燃烧反应强度，同时又考虑了水分和灰分的影响，对无烟煤
1）热重测量法：在程序控制温度下，测量物质质量随温度变化的一种技术。 2）差热分析：在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种 技术。 3）热膨胀法：在程序控制温度下，测量物质在可忽略的负荷下的尺寸随温度变化的一 种技术。 4）差示扫描量热法：在程序控温下，测量加入物质在与参比物之间的能量差随温度变 化的一种技术 TG（热重）、DTG（微分热重）、SDTA（同步差热分析） Thermo-gravimetric Differential thermo-gravimetric simultaneous differential thermal analysis Differential Scanning Calorimeter (DSC) 差示扫描量热分析技术 DTG 曲线是 TG 曲线的微分，SDTA 曲线记录的是样品温度与程序温度的温度差。 1 煤的热重燃烧实验和结果 取下列煤为实验物料，试验前将各种试样磨细至 74 μm~89 μm，在 120℃条件下烘干， 存入干燥器皿中待用。热分析实验条件：样品质量：10±0.1mg；升温速率：10℃/min； 氮气保护气流量：40ml/min；空气流量：100ml/min；工作温度：室温~900℃ 1.1 煤的燃烧过程分析 表 1.1 煤的工业分析、元素分析及硫形态分析 煤种 煤样 标识 工业分析/% 元素分析/% 硫组成/% Qnet,ar MJ·kg-1 Mad Aad Vad FCad w(Cad) w(Had) w(Oad) w(Nad) St Ss Sp So 邹县 ZX 2.98 19.56 33.93 43.53 61.65 4.27 9.99 0.87 0.68 0.01 0.38 0.29 22.54 黄台 HT 1.14 32.31 14.41 52.14 58.96 2.93 1.80 0.98 1.88 0.06 1.16 0.66 20.70 聊城 OC 1.12 27.11 12.74 59.03 64.18 2.81 3.21 1.20 0.37 0.01 0.22 0.14 23.71 图 1.1~图 1.3 为三种煤的热重 TG、热重微分 DTG 和差热 SDTA 曲线。由于煤样经过干 燥，内在水分较少，所以初始阶段，煤中水分析出不明显。300℃以后，煤中挥发分和固定 碳剧烈燃烧，TG 曲线表现出剧烈下降；在 500℃~700℃的温度区间内，固定碳基本燃尽， TG 曲线趋于平直，HT、LC 和 ZX 煤的燃烧失重率分别为：66%、79%和 79%。DTG 一般 出现较明显的两个峰，一个水分析出峰，对应于 100 ℃左右；另一个为可燃质剧烈燃烧峰， 该峰对应于 300℃~700℃。HT、LC 和 ZX 煤的燃烧失重速率分别为：5.5×10-31/℃、5.5×10-31/℃ 和 5.7×10-31/℃。ZX 燃烧峰出现在 502℃，明显比 HT（545℃）、LC（528℃）提前。由图 2.3 差热曲线可看出，HT、LC 和 ZX 煤的燃烧放热峰分别为：5.29℃、4.66℃和 4.54℃，对 应于温度分别为：543℃、528℃和 508℃。 1.2 煤的燃烧特性指标 （1）着火特性温度 ti 着火特性温度 ti 定义如图 4.4 所示，在 DTG 曲线上过燃烧峰值点 A，作垂线与 TG 曲 线的倾斜段交于一点 B，过 B 点作 TG 曲线的初试水平段的延长线交于一点 C，则 C 点所对 应的温度定义为着火特性温度 ti。 （2）最大燃烧平均速率(dW/dτ)80 最大平均燃烧速率(dW/dτ)80 定义为 DTG 燃烧附近 80℃温度区内煤样最大燃烧速率的 平均值。其对褐煤和烟煤强调了燃烧反应强度，同时又考虑了水分和灰分的影响，对无烟煤
则强调了着火性能。因为dwt)ms除与煤质特性有关外，易受到取样均匀性和燃烧空气 动力特性等因素的影响。所以采用最大燃烧平均速率(Wdt)o比较合理，更能准确表达煤 质燃烧特性75 可燃性指数可表示为： C=(dw/dr) 其中T>500 (4.1) 率B反映了原煤中固定碳的燃尽程度，其值与水分、挥发分和灰分含量无 关。根据常规灰分示踪法，认为煤样在燃烧过程前后灰分质量守恒，即MA=MA1,则原 煤的固定碳燃尽率即实际烧掉的固定碳占原煤所含全部固定碳的百分数： Be(Mre-Mrs)Ma(FC+)-MFC+h-M./M (4.2 _FC,+4-100+(TG) FC。 式中：M、M分别为原煤样在燃烧前后的质量(mg,mg: M和MG分别为原煤样在燃烧前后的固定碳含量(mg,mg): FC和A分别为原煤样在燃烧前所含固定碳和灰分的工业分析值(%，%)： (TG)为原煤样的最大燃烧失重率（包括水分、挥发分和已燃尽的固定碳）(%)。 炉温/ 图11煤的燃烧失重曲线 0.0 -0.00 0.00 图1.2煤的燃烧失重微分曲线
则强调了着火性能。因为(dW/dτ)max 除与煤质特性有关外，易受到取样均匀性和燃烧空气 动力特性等因素的影响。所以采用最大燃烧平均速率(dW/dτ)80 比较合理，更能准确表达煤 质燃烧特性[37、51]。 可燃性指数可表示为： 80 273 (2 ) 1000 ( / ) Ti i dW d C T − + = 其中 Ti>500 （4.1） （3）固定碳燃尽率 固定碳燃尽率 Bc 反映了原煤中固定碳的燃尽程度，其值与水分、挥发分和灰分含量无 关。根据常规灰分示踪法，认为煤样在燃烧过程前后灰分质量守恒，即 M0A0=M1A1，则原 煤的固定碳燃尽率即实际烧掉的固定碳占原煤所含全部固定碳的百分数： 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 max 0 ( ) ( ) / 100 ( ) PC PC C PC M M M FC A M FC A M M B M M FC FC FC A TG FC − + − + − = = = + − + = （4.2） 式中：M0、M1 分别为原煤样在燃烧前后的质量（mg，mg）； MPC0 和 MPC1 分别为原煤样在燃烧前后的固定碳含量（mg，mg）； FC0 和 A0 分别为原煤样在燃烧前所含固定碳和灰分的工业分析值（%，%）； (TG)max 为原煤样的最大燃烧失重率（包括水分、挥发分和已燃尽的固定碳）（%）。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 煤样燃烧失 重率/% 炉温 /℃ HT LC ZX 图 1.1 煤的燃烧失重曲线 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -0.006 -0.005 -0.004 -0.003 -0.002 -0.001 0.000 0.001 煤样燃烧失 重速率 DTG /%· ℃ -1 炉温 /℃ HT LC ZX 图 1.2 煤的燃烧失重微分曲线
2 10020300 图13煤的燃烧差热曲线 01 TG -0e 图1.4者火特性温度定义示意图 煤的燃烧特征参数列于表12中，可以看出，随挥发分增加，煤的TG失重开始温度降 低，而失重结束温度也降低，对应DTG、SDTA峰值温度也降低。 表1.2煤的燃烧特征参数 煤样 TG燃烧失重TG燃烧失重结DIG蜂值温SDTA蜂值 (TG)m DTG峰值DTA峰值 开始温度 度 温度 10r3.1/ (C HT 361 661 545 545 66 5.5 529 355 652 528 530 79 5.5 4.66 ZX 325 622 502 508 70 87 4.54 从表13可以看出随着煤阶增加，者火特性温度增大，最大平均燃烧速率减小，可燃性 指数也相应减小。 表13煤的燃烧特性指材 最大平均憾烧速率 可燃性指数C 固定碳燃尽率 煤样着火特性温度（℃） dwr)w(mgmm mg/(min Be(%) HT 481 0.488 3.5×10 97.13 LC 452 0501 48×10 93.80 ZX 427 0.535 6.6×10r 97.66
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -2 0 2 4 6 8 10 煤样与参考样之间的差热 SDTA/℃ 炉温 T/℃ HT LC ZX 图 1.3 煤的燃烧差热曲线 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 C B A DTG TG 质量百 分 率/% 炉温 /℃ -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 煤样燃烧失 重速率 图 1.4 着火特性温度定义示意图 煤的燃烧特征参数列于表 1.2 中，可以看出，随挥发分增加，煤的 TG 失重开始温度降 低，而失重结束温度也降低，对应 DTG、SDTA 峰值温度也降低。 表 1.2 煤的燃烧特征参数 煤样 TG 燃烧失重 开始温度 TG 燃烧失重结 束温度 DTG 峰值温 度 SDTA 峰值 温度 （TG）max (%) DTG 峰值 （10-3·1/℃） DTA 峰值 （℃） HT 361 661 545 545 66 5.5 5.29 LC 355 652 528 530 79 5.5 4.66 ZX 325 622 502 508 79 5.7 4.54 从表 1.3 可以看出随着煤阶增加，着火特性温度增大，最大平均燃烧速率减小，可燃性 指数也相应减小。 表 1.3 煤的燃烧特性指标 煤样 着火特性温度 ti（℃） 最大平均燃烧速率 （dW/dτ）80（mg/min） 可燃性指数 C mg/(min·K) 固定碳燃尽率 Bc（%） HT 481 0.488 3.5×10-8 97.13 LC 452 0.501 4.8×10-8 93.80 ZX 427 0.535 6.6×10-8 97.66
1.3混煤的燃烧特性 湿煤执重分折TG、热重微分DTG和差执sDTA曲线分别见图15、图16和图17。从 图中直观地看出，随着混煤配比的变 曲线变化呈现出明显的规律性 随着LC煤配比 增加，混煤的燃烧特性逐渐凸现LC煤的燃烧特性，煤的燃烧特性逐渐减弱。 002004o5080970980090 护温/ 图4.5混煤的燃烧失重曲线 0001 目 图4.6混煤的燃烧失重微分曲线 0 护温/心 图4,7混煤的燃烧差热曲线 从表1.4列出燃烧特征参数可以清晰地看出，混煤配比对燃烧特性的影响。随LC煤增 加，TG燃烧失重温度逐渐升高，其结束温度也随之升高，且在单煤燃烧特性参数范围内。 说明配比与混煤燃烧特征参数间存在若密切关系。SDTA峰值变化却与配比无明显规律
1.3 混煤的燃烧特性 混煤热重分析 TG、热重微分 DTG 和差热 SDTA 曲线分别见图 1.5、图 1.6 和图 1.7。从 图中直观地看出，随着混煤配比的变化，曲线变化呈现出明显的规律性。即随着 LC 煤配比 增加，混煤的燃烧特性逐渐凸现 LC 煤的燃烧特性，ZX 煤的燃烧特性逐渐减弱。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -80 -60 -40 -20 0 煤样燃烧失重率/% 炉温/℃ LC15ZX85 LC50ZX50 LC70ZX30 LC85ZX15 图 4.5 混煤的燃烧失重曲线 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -0.007 -0.006 -0.005 -0.004 -0.003 -0.002 -0.001 0.000 0.001 煤样燃烧失重速率DTG/%·℃ -1 炉温/℃ LC15ZX85 LC50ZX50 LC70ZX30 LC85ZX15 图 4.6 混煤的燃烧失重微分曲线 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -2 0 2 4 6 8 10 12 煤样与参考样之间的差热SDTA/℃ 炉温/℃ LC15ZX85 LC50ZX50 LC70ZX30 LC85ZX15 图 4.7 混煤的燃烧差热曲线 从表 1.4 列出燃烧特征参数可以清晰地看出，混煤配比对燃烧特性的影响。随 LC 煤增 加，TG 燃烧失重温度逐渐升高，其结束温度也随之升高，且在单煤燃烧特性参数范围内。 说明配比与混煤燃烧特征参数间存在着密切关系。SDTA 峰值变化却与配比无明显规律
表14煤的燃烧特征参数 混煤样G烧失T槛烧夫重结DTG峰值温5D蜂值 (TG) aDTG蜂值SDTA蜂值 重开始温度 宋品度 (%) (101/℃) (℃) LC15ZX85327 635 508 511 77 5.3 4.77 IC507X50 140 640 520 516 77 56 495 1c707X30 345 643 533 520 57 468 357 6.0 混煤的燃烧特性指标呈现出与特征参数类似的规律性，燃烧特性指标介于组分煤的变化 范围内，且随C煤配比增加，指标靠近LC煤各项指标。说明湿煤燃烧特性与组分煤燃烧 特性存在一定的加和性。由于试验没有对湿煤讲行工业分析，使得无法计算固定碳燃尽率」 所以无法看出掺混过程对煤的燃尽特性的影响。程军5在研究中得到混煤燃尽率与掺配比 没有明显的规律性，但没有给出机理性解释，这还需在以后的研究工作中进行试验证实和机 理探讨。 表1.5煤的燃烧特性指标 最大平均燃烧速率 可燃性指数C 混煤煤样 着火特性温度（℃） (dwt)(mg/min】 mg/min· LCI5ZX85 429 0.49例 5.97×10 LC50ZX50 438 0.507 5.70x10 LC70ZX30 445 0.507 5.30×10rw LC85ZX15 451 0.526 5.20x10 2、生物质热重燃烧实验与结果 试验样品选择玉米秸、麦秸、杨木屑、花生壳为实验物料。试验前将各种试样磨细至 74um~89um,在120℃条件下烘干，存入干燥器皿中待用。实验具体方案：称取10mg生 物质样品放人氧化铝坩埚内，将坩蜗置于热重分析仪的分析室内。热分析仪通入燃烧氧气流 量：20 mL/min,高纯氨气保护气流量：80 mL/min。程序升温速率分别30℃/min,温度花 围为：25℃-1000℃。 表2.1生物质分析 业分析 试样 标识 元素分析% FCad NU-kg! 木屑p0plar2.710.9284.0412.3347.286.2941.41.40.0117.106 玉米秸cornstalk5.9517.6162.6213.8241.384.9228.741.400.0015.055 者秸 staw7.567.3667.9617.1241.205.1037.271.390.1216.582 花生壳peanut shell2.384.1473.7419.7447266.103871370.0518965 4种生物质的热重-同步差热分析曲线见图2.1。可以看出4种生物质在着少 温度、燃烧速率和燃烧放热量等存在较大差异。根据文献性物 的分析 方法所得燃烧特性参数列于表2。其中若火温度T采用外推法求得。T、T分别 为生物质挥发分和固定碳燃烧速率最大时对应的温度。T。为燃尽温度，对应于 TG(热重)和DTG(微分热重)曲线不再有质量 变化 分别为生物质挥 发分和固定碳最大燃烧速率，分别对应于DTG曲线上各自峰顶值。△T、△T:分 别为生物质挥发分和固定碳燃烧放热时与参比物间的最大温度差，对应于生物质
表 1.4 煤的燃烧特征参数 混煤煤样 TG 燃烧失 重开始温度 TG 燃烧失重结 束温度 DTG 峰值温 度 SDTA 峰值 温度 （TG）max (%) DTG 峰值 （10-3 1/℃） SDTA 峰值 （℃） LC15ZX85 327 635 508 511 77 5.3 4.77 LC50ZX50 340 640 520 516 77 5.6 4.95 LC70ZX30 345 643 522 520 78 5.7 4.68 LC85ZX15 357 647 526 527 82 6.0 4.86 混煤的燃烧特性指标呈现出与特征参数类似的规律性，燃烧特性指标介于组分煤的变化 范围内，且随 LC 煤配比增加，指标靠近 LC 煤各项指标。说明混煤燃烧特性与组分煤燃烧 特性存在一定的加和性。由于试验没有对混煤进行工业分析，使得无法计算固定碳燃尽率， 所以无法看出掺混过程对煤的燃尽特性的影响。程军[51]在研究中得到混煤燃尽率与掺配比 没有明显的规律性，但没有给出机理性解释，这还需在以后的研究工作中进行试验证实和机 理探讨。 表 1.5 煤的燃烧特性指标 混煤煤样 着火特性温度（℃） ti 最大平均燃烧速率 （dW/dτ）80（mg/min） 可燃性指数 C mg/(min·K) LC15ZX85 429 0.490 5.97×10-8 LC50ZX50 438 0.507 5.70×10-8 LC70ZX30 445 0.507 5.30×10-8 LC85ZX15 451 0.526 5.20×10-8 2、生物质热重燃烧实验与结果 试验样品选择玉米秸、麦秸、杨木屑、花生壳为实验物料。试验前将各种试样磨细至 74 μm~89 μm，在 120℃条件下烘干，存入干燥器皿中待用。实验具体方案：称取 10 mg 生 物质样品放人氧化铝坩埚内，将坩埚置于热重分析仪的分析室内。热分析仪通入燃烧氧气流 量：20 mL/min，高纯氮气保护气流量：80 mL/min。程序升温速率分别 30 ℃/min，温度范 围为：25℃~1000℃。 表 2.1 生物质分析 试样 标识 工业分析/% 元素分析/% Qnet,ar MJ·kg M -1 ad Aad Vad FCad Cad Had Oad Nad Sad 木屑 poplar 2.71 0.92 84.04 12.33 47.28 6.29 41.4 1.4 0.01 17.106 玉米秸 cornstalk 5.95 17.61 62.62 13.82 41.38 4.92 28.74 1.40 0.00 15.055 麦秸 straw 7.56 7.36 67.96 17.12 41.20 5.10 37.27 1.39 0.12 16.582 花生壳 peanut shell 2.38 4.14 73.74 19.74 47.26 6.10 38.7 1.37 0.05 18.965 4 种生物质的热重-同步差热分析曲线见图 2.1。可以看出 4 种生物质在着火 温度、燃烧速率和燃烧放热量等存在较大差异。根据文献[生物质燃烧模式及燃烧特性的研究]分析 方法所得燃烧特性参数列于表 2。其中着火温度 Ti 采用外推法求得。Tv、Tc 分别 为生物质挥发分和固定碳燃烧速率最大时对应的温度。To 为燃尽温度，对应于 TG（热重）和 DTG（微分热重）曲线不再有质量变化。Vv、Vc 分别为生物质挥 发分和固定碳最大燃烧速率，分别对应于 DTG 曲线上各自峰顶值。ΔTv、ΔTc 分 别为生物质挥发分和固定碳燃烧放热时与参比物间的最大温度差，对应于生物质
燃烧SDTA(同步差热分析)曲线峰顶值，它反映了燃烧反应放热量的大小和剧 烈程度。 1.0 0.00 0.8 0.02 06 DTG,popla anut shelll 0.4 -DTG,straw -0.06目 02 0.08 TG.poplar 0.0- TG,peanut shell 0.0 J-0.12 300400500600700800 (a) 20 10 SDTA. 300 400 500 600 700 T,K (b) 图2.1生物质燃烧TG、DTG和SDTA曲线 根据燃烧特性参数可看出玉米秸和麦秸的着火温度较低，挥发分燃烧速率大，燃烧温度 低，挥发分燃烧放热大，而花生壳着火温度稍高，对应挥发分燃烧速率较小，放热较大。杨 木着火温度最高，虽然挥发分燃烧速率较大，但对应燃烧温度较高，放热小。杨木和花生壳 固定碳含量相对较高，两者对应固定碳燃烧放热较大，而玉米秸和麦秸的固定碳燃烧放热较 小。 表12生物质燃烧特性参数 Table 1.2 Combustion characteristics parameters of biomass 试样 T/K T/K T/K T。K V/mg.s'1kmgs △T,KAT:K comstalk 537 559 725 736 0.090 0.022 17.6 9.6 straw 544 554 715 724 0.110 0.007 20.3 7.3 poplar 579 602 668 700 0.106 0.032 15.6 17.4 peanut shell 561 588690 724 0.066 0.026 18.4 14.5 参考文献：闵凡飞，张明旭，朱惠臣，煤工业分析和燃烧特性的TG-DTG-DTA研究，煤炭 科学技术
燃烧 SDTA（同步差热分析）曲线峰顶值，它反映了燃烧反应放热量的大小和剧 烈程度。 300 400 500 600 700 800 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -0.12 -0.10 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.00 W T , K TG, poplar TG, cornstalk TG, peanut shell TG, straw V, mg·s-1 DTG, poplar DTG, cornstalk DTG, peanut shell DTG, straw （a） 300 400 500 600 700 800 -5 0 5 10 15 20 K T , K SDTA, poplar SDTA, cornstalk SDTA, peanut shell SDTA, straw （b） 图 2.1 生物质燃烧 TG、DTG 和 SDTA 曲线 根据燃烧特性参数可看出玉米秸和麦秸的着火温度较低，挥发分燃烧速率大，燃烧温度 低，挥发分燃烧放热大，而花生壳着火温度稍高，对应挥发分燃烧速率较小，放热较大。杨 木着火温度最高，虽然挥发分燃烧速率较大，但对应燃烧温度较高，放热小。杨木和花生壳 固定碳含量相对较高，两者对应固定碳燃烧放热较大，而玉米秸和麦秸的固定碳燃烧放热较 小。 表 1.2 生物质燃烧特性参数 Table 1.2 Combustion characteristics parameters of biomass 试样 Ti / K Tv /K Tc /K To /K Vv /mg·s-1 Vc /mg·s-1 ΔTv /K ΔTc /K cornstalk 537 559 725 736 0.090 0.022 17.6 9.6 straw 544 554 715 724 0.110 0.007 20.3 7.3 poplar 579 602 668 700 0.106 0.032 15.6 17.4 peanut shell 561 588 690 724 0.066 0.026 18.4 14.5 参考文献：闵凡飞，张明旭，朱惠臣，煤工业分析和燃烧特性的 TG-DTG-DTA 研究，煤炭 科学技术
