助燃剂对煤燃烧热值及燃烧性能的影响

陈 平 王春江 张艳慧 崔佳育

(新疆师范大学污染监测与控制重点实验室，乌鲁木齐 830054)

我国是世界第一煤炭消费大国，也是世界上少数能源消耗以煤为主的国家。改革开放以来，我国经济快速发展，但单位GDP 能耗高和由此导致的污染物排放强度大的问题日益制约着我国社会经济的可持续发展，为此，节能减排已成为各级政府的约束性考核指标。作为重要的节能减排产品，燃煤助燃剂的开发和研究近十几年来比较活跃，一些产品已经在工业生产中使用［1－4］;另外，随着煤价的日益升高，从节能的商业角度考虑，燃煤助燃剂也日益得到商家和燃煤用户的青睐。可以说，燃煤助燃剂在节能减排、商业领域具有广泛的潜力。基于此，新疆某公司利用中科院技术开发生产了水型燃煤助燃剂，在天津、山西、陕西、新疆多家用户现场工业试用结果表明，该助燃剂提高锅炉出力，节煤效果明显，用户反映良好。为了从科学描述该燃煤助燃剂节煤原理，受生产单位委托开展了助燃剂对煤燃烧热值及燃烧性能的影响研究。

1 实验

1.1 样品制备

助燃剂为粘稠状棕色水系悬浮体系，煤样为乌鲁木齐市某供热锅炉炉前无烟煤。煤样经球磨机研磨获得140 目煤粉，准确称取一定量助燃剂到140 目煤粉用球磨机研磨混合均匀，自然干燥1 天，制得含有一定比例助燃剂的实验煤样，装入塑料袋备用，用于后续热值测定及燃烧性能的检测试验。

热值测定所用标准样品为分析纯苯甲酸。助燃剂本身热值测定时，称取烘干的分析纯苯甲酸约0.9g，与助燃剂按不同比例充分混合后压片，用万分之一天平准确称取压片重量，约0.9g。

1.2 热值测定

使用WZR－1A 自动量热仪测量实验煤样干燥基高位发热量，标准样品及助燃剂热值测量收到基弹筒发热量。测定方法根据GB/T213－2008，取4 次平行测定结果平均值为实验值。量热仪测量精度用标准苯甲酸进行了11 次标定，其测量精度为0.45%。

1.3 燃烧性能的检测

使用仪器为NETZSCH STA409 PC/PG 同步热分析仪，温度范围是28－900℃，升温速率为10℃/min，样品质量为2－3mg，氧化铝坩埚，氧气做吹扫气，氮气做保护气。记录系统输出的TG 曲线、DTG 曲线。

2 结果及讨论

2.1 助燃剂本身热值

测定结果见表1。结果表明，加入助燃剂后的苯甲酸，释放热值与苯甲酸自身释放热值之间的变化率在仪器测量的精确范围内，可以认为助燃剂本身不含可燃物质，无热值。

表1 添加不同比例助燃剂苯甲酸发热量(以苯甲酸本身重量计)

2.2 助燃剂对煤燃烧热值的影响

根据发热量定义，添加助燃剂前后发热量变化可用干燥基高位发热量比较。测定结果见表2。结果表明，加入助燃剂后的燃煤，释放热值与燃煤自身释放热值之间的变化率基本在仪器测量的精确范围内，添加助燃剂对煤燃烧热值无影响。实际上，助燃剂本身无热值，添加助燃剂应导致试样热值减小，但因助燃剂添加量小且为水剂，由添加助燃剂导致的试样热值减小很小，可以忽略。

据此，现场工业试用中，该助燃剂提高锅炉出力和节煤效果明显的原因，应不是添加助燃剂提高燃煤热值的结果，而应从添加助燃剂提高燃煤燃烧速率角度分析。另外，助燃剂厂家曾委托多家机构对添加助燃剂前后空气干燥基发热量进行了对比测试，结果表明，部分样品添加助燃剂后样品发热量增加，增加范围为:1%－11%，结果与本实验矛盾。经与厂家沟通，发现其委托样品均存在制样本身不均匀、及空气干燥基样品因水分不同导致测定结果不具备对比条件的问题。

表2 添加不同比例助燃剂煤样发热量

2.3 助燃剂对燃烧性能的影响

TG－DTG 实验结果见图1－图4 及表3。

图1 原煤的TG－DTG 结果

图2 原煤加入1.0‰助燃剂的TG－DTG 结果

图3 原煤加入1.5‰助燃剂的TG－DTG 结果

图4 原煤加入2.5‰助燃剂的TG－DTG 结果

表3 添加不同比例助燃剂煤样的TG－DTG 实验结果

由图及表可看出:随助燃剂比例增加，起燃温度、燃尽温度开始均逐步降低，随后升高;助燃剂比例在1.5‰以下时的起燃温度、燃尽温度均低于未加助燃剂时的起燃温度、燃尽温度。随助燃剂比例增加，燃烧时间逐步降低;未加助燃剂时的燃烧时间与助燃剂比例在1.5‰左右时的燃烧时间相同。随助燃剂比例增加，相对燃烧时间逐步降低，然后升高;助燃剂比例在2.5‰时的相对燃烧时间大于未加助燃剂时的相对燃烧时间。助燃剂比例较小时的残留率小于未加助燃剂时的残留率。

着火温度大小反映了煤样的着火性能或活化能的高低，着火温度、燃尽温度、相对燃尽时间反映了煤样的燃烧率，其数值越小，煤样的燃烧率越高［1－4］。结合实验相对燃烧时间可见，助燃剂可使燃烧率最高提高6－7%。综合实验结果可见助燃剂助燃效果在1.5‰左右存在1 个最佳比例，大于或小于此值，助燃效果降低。这因为煤粉中加入助燃添加剂会产生2 种不同的效应:一是催化效应，促进煤的燃烧;另一个则是添加剂覆盖一部分碳表面，阻塞部分孔口，从而增加扩散阻力，阻碍煤的燃烧。当助燃剂量较低时，前者起主导作用，使着相对燃烧时间减小，相应的残留率较小;当助燃剂量较大时，后者起主导作用，使着相对燃烧时间升高，相应的残留率较大。因此，在使用过程中要考虑助燃剂添加比例，厂家在现场工业试用中添加比例为1‰，该比例可能在助燃剂以催化效应为主的范围，但不一定是最佳助燃比例。助燃剂最佳添加比例应首先针对特定煤样通过实验获得最佳助燃比例，再结合经济性综合分析获得。厂家在现场工业试用中对部分灰渣残炭做了对比分析，发现同批次燃煤添加1‰助燃剂后灰渣残炭与未添加助燃剂时相比明显减少，也说明助燃剂提高了燃煤燃烧率。

3 结 论

如何通过提高煤炭的燃烧效率提高设备热效率以达到节约能源和减少排放的目的引起了国内外高度关注，其中煤炭助燃剂成为研究的热点。我国是世界第一煤炭消费大国，也是世界上少数能源消耗以煤为主的国家。改革开放以来，我国经济快速发展，但单位GDP 能耗高和由此导致的污染物排放强度大的问题日益制约着我国社会经济的可持续发展，为此，节能减排已成为各级政府的约束性考核指标。

燃煤助燃剂不仅具有良好的燃烧促进作用，同时还有优良的脱硫脱氮作用，并在电力、石化、水泥等企业里起到了节能减排的重要作用。近年来国内已有多种商用燃煤助燃剂面世，试验证明的确有一定效果，且有利于环境保护，从而实现经济与环境双赢。基于目前的研究现状以及工业需要，有必要在燃煤助燃剂的原料选择、添加剂的配方和防止二次污染等方面开展深入的研究。因此高效、使用方便、对人体无害的燃煤助燃剂在节能减排以及商业领域具有广泛的潜力。

基于此，新疆某公司利用中科院技术开发生产了水型燃煤助燃剂，在天津、山西、陕西、新疆多家用户现场工业试用，其结果表明，该助燃剂提高锅炉出力，节煤效果明显，用户反映良好。为了从科学描述该燃煤助燃剂节煤原理，受生产单位委托，笔者本文利用自动量热仪、同步热分析仪研究了助燃剂对煤燃烧热值及燃烧性能的影响。本文通过助燃剂对煤燃烧热值及燃烧性能的影响研究可以得到以下结论:

(1)助燃剂本身不具备发热效果，添加助燃剂对煤燃烧热值无影响。

(2)助燃剂可降低煤的着火温度、燃尽温度和相对燃尽时间，提高煤的燃烧率。助燃剂可使燃烧率最高提高6－7%，助燃剂助燃效果在1.5‰左右存在1 个最佳比例，大于或小于此值，助燃效果降低。

(3)为保证实验数据的可比性，应通过球磨过筛保证添加助燃剂前后的样品均匀，试验中应采用干基样品。

［1］巨建涛，梁林旺，张朝晖，等．高炉喷吹煤粉添加助燃剂的研究［J］．钢铁研究，2008(3):36－39．

［2］杨双平，丁学锁，郑英辉．添加助燃剂对煤粉燃烧性能的影响［J］．钢铁研究，2010(1):8－11．

［3］汪勤峰，申波，张品贵．助燃剂对高炉喷吹煤粉燃烧性能影响的实验研究［J］．物理测试，2011(5):9－11．

［4］罗晔，孙思平，徐蕾，等．高炉喷煤助燃剂的催化燃烧效果及其工业应用［J］．洁净煤技术，2009(3):56－58，70．