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为缓解东北地区电站燃煤供应紧张问题,充分利用价格低廉而储藏丰富的褐煤,开展了烟煤锅炉掺烧褐煤的研究工作。为防止高挥发分煤粉在电站锅炉制粉系统中发生自燃爆炸问题,本文开展了高挥发分煤粉热解与氧化特性的实验研究工作。 运用热分析实验,针对高挥发分霍林河褐煤与东北地区3种典型烟煤以及两者混配的混煤,进行了惰性热解和慢速氧化燃烧的热分析实验研究。得到煤种、粒径和升温速率对热解和氧化特性的影响规律,以及不同氧浓度下的低温慢速氧化燃烧规律,分析了表征煤粉自燃和爆炸倾向性的特征参数的变化规律。结果表明,低温区惰性条件下,大粒径煤粉容易热解,热解特性指数随着升温速率的增大而增加,混煤粉的挥发分析出特性基本上处于相对应的单煤粉之间。氧化条件下小粒径煤粉着火温度降低,但挥发分初析温度增大,低升温速率有助于煤粉的氧化自燃。氧浓度的增加使得煤粉的自燃倾向性增大,无论是单煤粉还是混煤粉,与14%氧浓度相比,16%氧浓度下的挥发分初析温度和着火温度降低值均不超过9℃,为霍林河褐煤防爆指标的确定提供了理论依据。 本文借助热分析动力学理论,将热分析动力学积分法和微分法相结合,求解出在16%氧浓度下各煤种的水分蒸发及脱附、吸氧增重、氧化分解和燃烧阶段的详细动力学模型,得出各阶段的反应机理函数,对煤粉氧化自燃机理的探讨具有一定的借鉴作用。根据低温阶段的活化能分析了各煤种的自燃与爆炸倾向性。研究结果表明,活化能随着反应过程的深入而增加,指前因子随着活化能的增加而增大。水分蒸发及脱附阶段抚顺烟煤、阜新烟煤分别与霍林河褐煤掺烧时,自燃倾向性增大。在吸氧增重阶段混煤粉的活化能低于单煤粉,抚顺烟煤的自燃倾向性最大。该阶段由于氧含量较低,没有因氧化而积聚热量,表明采用烟气惰化控制系统中含氧量达到16%,可以达到主动全程防爆的效果。