煤泥-矸石-末煤混燃交互作用及反应动力学

摘要

通过热重实验研究了煤泥、矸石、末煤的单独燃烧特性及其混燃特性,并且对混燃过程中燃料间的交互作用和反应动力学进行了分析。结果表明:煤泥和末煤的燃烧过程仅为1个阶段,即为挥发分和焦炭的燃烧,而矸石的燃烧过程则分为2个阶段,包括挥发分和焦炭的燃烧及硅酸盐矿物的分解。3种燃料中矸石的着火温度最高,煤泥和末煤的着火温度比较接近,而燃烬温度则呈现与之相反的变化趋势,即末煤>煤泥>矸石,从综合燃烧特性指数与可燃性指数来看,末煤的燃烧性能最好,煤泥次之,矸石最差。3种燃料混燃时着火温度和燃烬温度实验值均低于理论计算值,综合燃烧特性指数及可燃指数实验值则高于理论计算值。且混合燃料的综合燃烧特性指数及可燃性指数与燃料比(固定碳含量/挥发分含量)之间呈正线性相关性。3种燃料混燃时在400~800℃存在明显的交互作用,两两混合时,煤泥与矸石及末煤与矸石之间交互作用强于煤泥与末煤;3种混合时,随着燃料中矸石或末煤比例的提高,混烧过程中的交互作用逐渐增强。动力学分析结果表明,煤泥、矸石、末煤单独燃烧及混合燃烧过程均符合一级化学反应级数模型(O1)。单独燃烧时,煤泥和末煤的活化能比较接近,分别为69.6和63.8 kJ/mol,矸石的活化能最高,为85.3 kJ/mol。3种燃料混烧时的活化能为63.2~76.3 kJ/mol,混烧时活化能的实验值低于理论计算值。