CN101038276A - 一种煤粉燃烧性能检测方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种煤粉燃烧性能检测方法及其装置。该方法包括：制取煤样、使煤燃烧，燃烧过程中煤粉处于静止状态，同时在线连续检测燃烧过程产生的有关气体含量，并对结果进行分析。实现该方法的装置主要由燃烧炉及其控温系统、燃烧尾气取样及其净化系统、在线气体分析仪及其数据采集和处理系统组成。本发明根据燃烧废气的产生过程，判断煤粉燃烧状态，不仅能够对煤粉的起燃点和燃烧过程进行测定，而且还可以直接将煤粉的燃烧性能定量化。该测试装置简单规范，测试过程简捷、数据准确可靠，既节省人力物力，又降低了能源的消耗。

Description

一种煤粉燃烧性能检测方法及其装置
技术领域
本发明属于一种煤粉燃烧特性实验室检测技术，特别适用于高炉炼铁喷吹用煤的检测，以便对高炉喷煤过程中的煤粉燃烧性能进行评价。
背景技术
高炉喷吹煤粉是实现高炉炼铁工艺优化的关键技术之一，是目前全世界范围内最有效地降焦手段，具有显著的经济效益和社会效益。大幅度提高高炉喷煤比，替换价格昂贵的冶金焦炭是高炉节能降耗，增强竞争力的重要措施。而提高煤比的关键是提高煤粉的利用率，使喷吹煤粉在高炉内得到有效利用。
煤粉的燃烧性能对提高煤粉的利用率十分重要，而煤粉自身的燃烧性能好坏，将从根本上决定煤粉的利用率。为此，人们一方面研究如何改善煤粉的燃烧性，同时也在研究如何评价煤粉自身的燃烧性。
我国的国家标准(GB/T18511-2001)规定了煤的着火温度测定方法。而着火温度只能反应出煤粉易着火燃烧的性能，不能反映燃烧速度。目前国内普遍使用煤粉的着火点及一定条件和时间内的燃烧率来衡量其燃烧性能。煤粉的燃烧率大多在模拟高炉风口的燃烧试验装置上进行测定，见文献《东北大学学报(自然科学版)》第23卷第3期(2002年3月)240～242页“煤粉燃烬性能与颗粒结构分维的关系”、《江苏冶金》1997年第1期30～40页“高炉喷吹用煤可燃性指标的实验分析”、《炼铁》第23卷第2期(2004年4月)45～47页“攀钢高炉喷吹混合煤燃烧过程的研究”和《包钢科技》第28卷第2期(2002年4月)11～13页“配50％烟煤的混合煤粉燃烧率研究”。虽然各自的燃烧试验装置在形式上有所不同，但是都属于悬浮状态下的动态燃烧方式，因此普遍存在着设备庞大、操作复杂、费时费力、电能消耗高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种对煤粉的点燃性和燃烧过程进行综合检测的方法，以及实现该方法的测试装置。
本发明的目的是这样实现的，一种高炉喷吹用煤燃烧性检测方法，其特征在于：煤粉在燃烧过程中处于静止状态，同时在线连续检测燃烧过程产生的有关气体含量，并对结果进行分析。本发明将一定重量和粒度的煤粉放入炉膛内，在恒定升温条件下，使煤粉在300～1200℃内的某一温度区间燃烧，根据炉膛内温度变化和燃烧过程产生的CO2含量的变化关系来判断煤粉的燃烧起始和终了温度，将CO2气体出现时的温度作为煤粉燃烧起始温度，将CO2气体消失时的温度作为煤粉燃烧终了温度。将一定重量和粒度的煤粉放入炉膛内，使煤粉在300～1200℃内的某一恒定温度下燃烧，根据煤粉燃烧时间和燃烧过程产生的CO2含量的变化曲线来判断煤粉燃尽时间的长短。
实现上述煤粉燃烧性能检测方法，本发明一种煤粉燃烧性能试验检测装置，主要包括：燃烧炉及其控温系统、燃烧尾气取样及其净化系统、在线气体分析仪及其数据采集和处理系统。
本发明具有以下显著优点和有益效果：
1.煤粉放置在大气环境的着火温度以上，点燃燃烧，燃烧过程释放出CO2等成分的燃烧废气，燃烧过程完结，不再有燃烧废气产生。根据燃烧废气的产生过程，判断煤粉燃烧状态，本发明不仅能够对煤粉的起燃点和燃烧过程进行测定，而且还可以直接将煤粉的燃烧性能定量化。通过不同煤种燃烧过程测定结果的比较，可以分析各种煤质燃烧性能。
2.由于测试装置可以采用标准的试验装置组合而成，测试装置简单规范，测试过程非常简捷，数据由计算机程序直接处理，准确可靠，人为因素较少，因此简单易行。
3.测量时间大大缩短，即节省人力物力，又节省大量的电能消耗。
附图说明
图1为一种煤粉燃烧性能检测装置示意图；
图2为某种煤粉燃烧性能的点火温度测试结果；
图3为某种煤粉在1200℃恒温时的燃烧性能试验结果；
图4为某种煤粉在800℃恒温和1000℃恒温时的燃烧性能试验结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种煤粉燃烧性能检测装置，主要由燃烧炉1及其控温系统、燃烧尾气取样及其净化系统、在线气体分析仪及其数据采集和处理系统组成。其中：控温系统采用温控仪3，燃烧尾气取样及其净化系统由转子流量计6、抽气泵7、干燥塔8和洗涤瓶9组成，在线气体分析仪及其数据采集和处理系统由红外气体分析仪(CO2)5和计算机4组成。
为了确保在实验过程中煤粉能够完全燃烧，本发明还可以在图1的基础上增加一台用于监测CO的红外气体分析仪。通过监测CO的含量来判断煤粉是否完全燃烧，以便调整煤粉量的多少，使其在一个比较合适的范围内，既不产生CO，又能达到红外气体分析仪对气体的测量要求。另外，在恒定温度下燃烧时也要控制煤量，确保煤粉燃烧产生的热量不会使炉膛温度升高1％以上。
本发明的煤粉燃烧性能检测装置，特点在于燃烧尾气取样及其净化系统的气体流动过程保持密封状态，没有其它气体混入。
使用本发明的上述装置对煤粉的燃烧性能进行测定，以测定配有20％烟煤，80％无烟煤的混合煤燃烧性为例，试验测定步骤如下：
实施例1
1.按照GB474-1996《煤样的制备方法》的规定制备成0.2mm以下的分析煤样，并达到空气干燥状态。
2.启动红外气体分析仪5和抽气泵7，并调整转子流量计6达到红外气体分析仪要求的测量流量。
3.称取粒度为0.2mm以下的空气干燥分析煤样100±2mg(称准到0.1mg)放入灰皿内，轻轻振动使煤样平铺均匀，然后送入温度不超过100℃的燃烧炉恒温区中2。
4.待红外气体分析仪预热结束，达到测试条件后，启动温度控制器3，给燃烧炉1在恒定升温速度条件下快速升温。同时跟踪检测CO2气体含量。
5.用计算机系统4记录燃烧炉1的温度变化。当红外气体分析仪5显示有CO2出现时，连续跟踪记录CO2的分析结果，直至CO2含量显示值消失为止。结果如图2所示。
6.根据计算机绘制的温度变化和CO2含量的变化曲线来判断煤粉的燃烧起始和终了温度。将CO2气体出现时的温度作为煤粉燃烧起始温度，将CO2气体消失时的温度作为煤粉燃烧终了温度。为了消除系统时间滞后带来的误差，需要进行系统数据修正。
实施例2
1.按照GB474-1996《煤样的制备方法》的规定制备成0.2mm以下的分析煤样，并达到空气干燥状态。
2.启动温度控制器3加热燃烧炉1，启动红外气体分析仪5和抽气泵7，并调整转子流量计6达到红外气体分析仪要求的测量流量，燃烧炉1加热到1200℃后持续恒温。
3.称取粒度为0.2mm以下的空气干燥分析煤样100±2mg(称准到0.1mg)放入灰皿内，轻轻振动使煤样平铺均匀。
4.待红外气体分析仪5预热结束，且燃烧炉恒温时间＞15分钟后，将装有煤样的灰皿迅速送入燃烧炉的恒温区中2。
5.用计算机系统4从灰皿放入燃烧炉1后开始记录时间，同时连续跟踪采集记录红外气体分析仪5对CO2的分析结果，直至CO2含量显示值消失为止。
6.根据计算机绘制的时间和CO2含量的变化曲线来判断煤粉燃尽时间的长短。为了消除系统造成的时间滞后，用计算机程序对CO2含量变化曲线下方的面积进行积分，当积分的面积达到总面积的90％时，将其所对应的时间作为煤粉的燃烧性能评价指标。结果如图3所示。
实施例3、4
按照与实施例2相同的步骤，分别测量了某种煤粉在800℃恒温和1000℃恒温条件下的燃烧性能，结果见图4。
利用本发明的煤粉燃烧性能检测方法及其装置，可以方便、快捷、准确地测得煤粉的燃烧性指标，并将其定量化。以此为依据可以合理选择喷吹煤种及其之间的搭配，实现煤质互补，使其燃烧性能得到提高，满足高炉喷吹的要求，达到最佳的经济效果。

Claims (10)

1.一种煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：煤粉在燃烧过程中处于静止状态，同时在线连续检测燃烧过程产生的有关气体含量。
2.根据权利要求1所述的煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：将一定重量和粒度的煤粉放入炉膛内，在恒定升温条件下，使煤粉在300～1200℃内的某一温度区间燃烧，根据炉膛内温度变化和燃烧过程产生的CO2含量的变化关系来判断煤粉的燃烧起始和终了温度，将CO2气体出现时的温度作为煤粉燃烧起始温度，将CO2气体消失时的温度作为煤粉燃烧终了温度。
3.根据权利要求1所述的煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：将一定重量和粒度的煤粉放入炉膛内，使煤粉在300～1200℃内的某一恒定温度下燃烧，根据煤粉燃烧时间和燃烧过程产生的CO2含量的变化曲线来判断煤粉燃尽时间的长短。
4.根据权利要求1所述的煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：在线连续检测燃烧过程产生的有关气体为CO2、CO。
5.根据权利要求3所述的煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：燃烧产生的热量使炉膛温度升高的幅度控制在1％以下。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：每次使用的试样重量、粒度和煤粉的干燥情况应当处于同一状态。
7.根据权利要求1或3或5所述的煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：分析燃烧产生CO2的瞬时含量，对CO2含量变化曲线下方的面积进行积分，当积分的面积达到总面积的90％时，将其所对应的时间作为煤粉的燃烧性能评价指标。
8.一种用于权利要求1至7任意一项所述的煤粉燃烧性能检测方法的装置，其特征在于：主要由燃烧炉及其控温系统、燃烧尾气取样及其净化系统、在线气体分析仪及其数据采集和处理系统组成。
9.根据权利要求8所述的煤粉燃烧性能检测装置，其特征在于：控温系统采用温控仪，燃烧尾气取样及其净化系统由转子流量计6、抽气泵7、干燥塔8和洗涤瓶9组成，在线气体分析仪及其数据采集和处理系统由红外气体分析仪4和计算机5组成。
10.根据权利要求9所述的煤粉燃烧性能检测装置，其特征在于：红外气体分析仪4设有两台，分别用于分析CO2和CO。
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