煤炭学报

作者：刘洋, 石泽正, 陈朝帅, 苟皓语, 陶继业, 徐世明, 余波, 赵培涛, 傅培舫, 周怀春,

关键词：热分析, DSC拐点法, 极限着火温度, 着火热, 比热容, 升温速率, 准东煤,

现有热分析获取的煤/低温热解焦着火温度值比锅炉内煤着火温度低200～300 K，普遍观点认为热分析仪的升温速率β过低是导致上述结果的主因，但其本质原因应是以往的研究选择的样品反应性过高而导致煤/焦着火提前，同时常用的TG-DTG切线法求着火温度不够准确。为解决上述问题，采用非等温TG-DSC获取了2种高温(1 400 ℃)快速热解准东煤焦在不同β下的着火特性包括比热容、着火温度和着火热，考察了β对煤焦着火特性的影响。采用David Merrick模型获取了煤焦的比热容，发现其不受β的影响但与温度的变化相关；用指数函数描述了比热容与温度的关系，得到2种煤焦在0～1 600 ℃的比热容为0.65～1.99 kJ/(kg·K)。采用基于Semenov热爆炸理论的DSC或DTG拐点法和TG-DTG切线法获取了煤焦的着火温度，发现DSC拐点法和DTG拐点法获取的着火温度相当，即两者具有等效性，且始终高于TG-DTG切线法获得的着火温度；着火温度随着β的增加而增加，但增加幅度逐渐减少，可用指数函数描述。将β设置为锅炉中常见的升温速率如105 K/s，可获得煤焦的极限着火温度。采用DSC拐点法和TG-DTG切线法获得的煤焦极限着火温度分别为673～680 ℃和644～659 ℃，前者与文献中在携带流反应器(类似锅炉环境)中获得的同类型煤样的着火温度值一致，而后者则会低估着火温度。结合高温热解焦比煤/低温热解焦的反应性低的事实，指出制取反应性合适的高温热解(类似锅炉环境温度)煤焦样品和采用DSC或DTG拐点法获取煤焦的极限着火温度可实现热分析对锅炉内煤着火温度的预测。根据极限着火温度获取了锅炉内2种煤焦的着火热qig为3 414～3 669 kJ/kg，并计算了风煤比为0.9～2.5下2种煤焦的理论着火热为1 826～2 811 kJ/kg。qig比相应煤焦的理论着火热值大，表明理论着火热可能高估煤在锅炉内的实际着火能力。对热分析获取锅炉内煤着火特性的合理性进行了全方位诠释，所提出的热分析方法论可为获取CFD模拟锅炉内煤着火特性所需的基础数据提供参考。

来源：2025年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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