巢昌耀等：煤粉与半焦的混合燃烧特性及动力学分析 ·1537· 增加到92.75 kJmol-,指前因子也有61.56ms1增 m2s降低到2.23×102m2s.这说明添加半焦会 加到419.89m·s:而后期的活化能由102.62kJ· 在一定程度上降低煤粉的燃烧性能，这与前一节所得 mol-增加到107.94 kJ-mol,扩散系数由7.34×10-2 到的结论是一致的 表6燃烧后期的动力学参数 Table6 Kinetic parameters of coal combustion in the later stage 试样 温度区间/℃ E2/(kJ-mol-1) Do/(m2.s-1) D/(m2.s-1) 相关系数 1号 509~625 102.62 7.34×10-2 nDa=-12343/T-2.61 0.9976 2号 514~632 104.68 6.13×10-2 lnDa=-12591/T-2.79 0.9953 3号 518~643 104.96 3.99×102 lnDg=-12625/T-3.22 0.9933 4号 521~648 107.37 3.45×10-2 lnDm=-12915/T-3.37 0.9887 5号 524655 107.94 2.23×10-2 lnDa=-12983/T-3.80 0.9831 表7为各试样分别在400、450、500、550、600和 式中，k为i号混合燃料燃烧的反应速率常数(i=2, 650℃时燃烧反应速率常数k和有效扩散系数D: 3,4,5),ms;k1为1号混合燃料燃烧的反应速率常 其中表中X为各试样与1号试样相比的反应速率常数 数，ms1;D为i号混合燃料的有效扩散系数(i=2, 或有效扩散系数的下降比例： 3,4,5),m2s;Dm为1号混合燃料的有效扩散系数， kw-k型×1009%. X (13) m2s1. 由表7可知：燃烧反应的温度越高，k和D都会 或 相应的增加，反应速率和扩散速率也都会相应的增加； D画-Da×100%. X= D an (14) 在同一温度下，随着半焦含量增加，k和D都会相应 的降低，说明半焦添加会降低煤粉的燃烧反应性能 表7混合燃料的燃烧反应速率常数和有效扩散系数 Table 7 Reaction rate constant and diffusion coefficient of blended fuels 反应温度/℃ 参数 1号 2号 3号 4号 5号 ke/(m"s-1) 6.75×10-5 5.77×10-5 3.57×10-5 2.75×10-5 2.65×10-5 400 X/% -14.47 -47.09 -59.24 -60.66 ka/(ms-1) 1.74×10-4 1.56×10-4 1.04×10-4 8.55×10-5 8.35×10-5 450 X/% -10.57 -40.4 -50.95 -52.08 k/(ms-1) 3.98×10-4 3.70×104 2.63×10-4 2.30×10-4 2.27×104 500 X1% -7.02 -33.85 -42.37 -43.1 Da/(m2.s-1) 2.25×10-8 1.39×10-8 8.68×10-9 5.28×10-9 3.14×10-9 550 X/% -38.19 -61.43 -76.54 -86.05 Dal(m2.s-1) 5.31×10-8 3.34×10-8 2.09×10-8 1.30×10-8 7.74×10-9 600 X1% -37.11 -60.67 -75.59 -85.42 Dg/(m2·s-t) 1.14×10-7 7.30×10-8 4.57×10-8 2.89×10-8 1.73×10-8 650 X1% -36.13 -59.98 -74.71 -84.82 对比1号未添加半焦的试样，2号试样的k和D降 来定 低比例较小，较为稳定，而3、4和5号试样的k和D 变化都太大，可能不利于高炉炉况的稳定性，再结合前 3结论 文(2.2节)煤粉/半焦混合燃料的燃烧特性参数比较 (1)随着半焦的添加，煤粉的着火点、最大速率点 的结论，认为高炉喷吹煤粉中添加半焦的质量分数最 和燃尽点都相应的增加，同时可燃性指数C和燃烧特 好控制在15%以内，既保证煤粉燃烧的稳定性，又能 性指数$都有一定降低，说明半焦的添加在一定程度 很好地利用半焦。考虑到各种半焦的可磨性、价格等 上会降低煤粉的燃烧性能. 因素影响，半焦添加量要根据各钢铁厂的实际情况 (2)利用分段法对煤/半焦混合燃料燃烧的过程巢昌耀等: 煤粉与半焦的混合燃烧特性及动力学分析 增加到 92. 75 kJ·mol － 1 ，指前因子也有 61. 56 m·s － 1 增 加到 419. 89 m·s － 1 ; 而 后 期 的 活 化 能 由 102. 62 kJ· mol － 1 增加到 107. 94 kJ·mol － 1 ，扩散系数由 7. 34 × 10 － 2 m2 ·s － 1 降低到 2. 23 × 10 － 2 m2 ·s － 1 ． 这说明添加半焦会 在一定程度上降低煤粉的燃烧性能，这与前一节所得 到的结论是一致的． 表 6 燃烧后期的动力学参数 Table 6 Kinetic parameters of coal combustion in the later stage 试样 温度区间/℃ E2 /( kJ·mol － 1 ) D0 /( m2 ·s － 1 ) Deff /( m2 ·s － 1 ) 相关系数 1 号 509 ～ 625 102. 62 7. 34 × 10 － 2 lnDeff = － 12343 /T － 2. 61 0. 9976 2 号 514 ～ 632 104. 68 6. 13 × 10 － 2 lnDeff = － 12591 /T － 2. 79 0. 9953 3 号 518 ～ 643 104. 96 3. 99 × 10 － 2 lnDeff = － 12625 /T － 3. 22 0. 9933 4 号 521 ～ 648 107. 37 3. 45 × 10 － 2 lnDeff = － 12915 /T － 3. 37 0. 9887 5 号 524 ～ 655 107. 94 2. 23 × 10 － 2 lnDeff = － 12983 /T － 3. 80 0. 9831 表 7 为各试样分别在 400、450、500、550、600 和 650 ℃时燃烧反应速率常数 krea和有效扩散系数 Deff ． 其中表中 X 为各试样与 1 号试样相比的反应速率常数 或有效扩散系数的下降比例: X = kreai － krea1 krea × 100% ． ( 13) 或 X = Deffi － Deff1 Deff1 × 100% ． ( 14) 式中，kreai为 i 号混合燃料燃烧的反应速率常数( i = 2， 3，4，5) ，m·s － 1 ; krea1为 1 号混合燃料燃烧的反应速率常 数，m·s － 1 ; Deffi为 i 号混合燃料的有效扩散系数( i = 2， 3，4，5) ，m2 ·s － 1 ; Deff1为 1 号混合燃料的有效扩散系数， m2 ·s － 1 ． 由表 7 可知: 燃烧反应的温度越高，krea和 Deff都会 相应的增加，反应速率和扩散速率也都会相应的增加; 在同一温度下，随着半焦含量增加，krea和 Deff都会相应 的降低，说明半焦添加会降低煤粉的燃烧反应性能． 表 7 混合燃料的燃烧反应速率常数和有效扩散系数 Table 7 Ｒeaction rate constant and diffusion coefficient of blended fuels 反应温度/℃ 参数 1 号 2 号 3 号 4 号 5 号 400 krea /( m·s － 1 ) 6. 75 × 10 － 5 5. 77 × 10 － 5 3. 57 × 10 － 5 2. 75 × 10 － 5 2. 65 × 10 － 5 X/% — － 14. 47 － 47. 09 － 59. 24 － 60. 66 450 krea /( m·s － 1 ) 1. 74 × 10 － 4 1. 56 × 10 － 4 1. 04 × 10 － 4 8. 55 × 10 － 5 8. 35 × 10 － 5 X/% — － 10. 57 － 40. 4 － 50. 95 － 52. 08 500 krea /( m·s － 1 ) 3. 98 × 10 － 4 3. 70 × 10 － 4 2. 63 × 10 － 4 2. 30 × 10 － 4 2. 27 × 10 － 4 X/% — － 7. 02 － 33. 85 － 42. 37 － 43. 1 550 Deff /( m2 ·s － 1 ) 2. 25 × 10 － 8 1. 39 × 10 － 8 8. 68 × 10 － 9 5. 28 × 10 － 9 3. 14 × 10 － 9 X/% — － 38. 19 － 61. 43 － 76. 54 － 86. 05 600 Deff /( m2 ·s － 1 ) 5. 31 × 10 － 8 3. 34 × 10 － 8 2. 09 × 10 － 8 1. 30 × 10 － 8 7. 74 × 10 － 9 X/% — － 37. 11 － 60. 67 － 75. 59 － 85. 42 650 Deff /( m2·s － 1 ) 1. 14 × 10 － 7 7. 30 × 10 － 8 4. 57 × 10 － 8 2. 89 × 10 － 8 1. 73 × 10 － 8 X/% — － 36. 13 － 59. 98 － 74. 71 － 84. 82 对比 1 号未添加半焦的试样，2 号试样的 krea和 Deff降 低比例较小，较为稳定，而 3、4 和 5 号试样的 krea和 Deff 变化都太大，可能不利于高炉炉况的稳定性，再结合前 文( 2. 2 节) 煤粉/半焦混合燃料的燃烧特性参数比较 的结论，认为高炉喷吹煤粉中添加半焦的质量分数最 好控制在 15% 以内，既保证煤粉燃烧的稳定性，又能 很好地利用半焦． 考虑到各种半焦的可磨性、价格等 因素影响，半焦添加量要根据各钢铁厂的实际情况 来定． 3 结论 ( 1) 随着半焦的添加，煤粉的着火点、最大速率点 和燃尽点都相应的增加，同时可燃性指数 C 和燃烧特 性指数 S 都有一定降低，说明半焦的添加在一定程度 上会降低煤粉的燃烧性能． ( 2) 利用分段法对煤/半焦混合燃料燃烧的过程 ·1537·