燃煤电厂印尼褐煤氧化自燃过程实验研究

宋宏飞

摘要：以印尼两种褐煤为对象，进行了自燃倾向性分析，对印尼低、高热褐煤煤堆在堆垛周期内的不同高度、深度方向的温度分布进行了分析，发现在同一堆放时间下，低热褐煤煤堆达到自燃敏感性的范围要大于高热褐煤煤堆，并建立了煤堆内温度与表层温度之间的函数关系，并对印尼褐煤煤堆的热值损失进行了估算，为印尼火力发电厂的褐煤合理堆放与周转提供了科学依据。

关键词：印尼褐煤，自燃倾向性，热值损失

煤是世界上最广泛、最丰富的传统能源之一。中国已探明的煤炭资源储量位居全球第三，是全球最大的进口和消费大国。煤炭资源是不可替代的重要资源，今后很长一段时期，煤炭资源仍然是国家的主要能源。煤的低温热解可以生产优质的石油和天然气产品，而半焦则可以作为清洁能源进行燃烧，在环保、能耗、经济性等方面都有其优越性，是煤炭资源的高效、清洁利用的有效手段。本文以印尼褐煤为原料，采用神雾蓄热式快速热解工业炉型，利用自制的快速热解小型试验装置，对其热解温度和产物特性进行了研究，以确定神雾快速热解炉的产率和性能。

１实验部分

１．１实验煤种

选取两种印尼褐煤作为实验煤种，实验煤堆的煤质数据见表１．

表１实验煤堆的煤质数据

１．２实验煤种自燃倾向性评价

将1克0.2 mm的试验煤样置于硅坩埚内，置于绝热条件下的自然发热率试验装置，将煤样品在100%的氮气惰性气体的气流中加热至110℃，当设备和煤样温度稳定后，将其从氮转换成100%氧。随后，利用保温控制加热炉来维持煤层与环境的温度，并测量温度升高至200℃所需的时间，为了缩短加热时间，试验设定了110℃。将煤样的自然加热时间t180确定为自然加热时间t180，用此数值对不同煤种之间的自燃趋势进行了定量对比.得到的试验结果表明：高热褐煤与低热褐煤的天然加热时间t180为47分钟，低热褐煤的自燃倾向高于高热褐煤。

２结果与讨论

２．１高热褐煤测温结果分析

试验点高度2米，最大深度1米.61页图9是高热褐煤煤堆试验点不同深度的温度随堆垛时间的变化情况.在堆场周期中，在0.1 m深的煤层中，随着堆垛时间的延长，内部温度逐渐从40℃升高到80℃，不同深度的温度随时间的变化趋势基本相同，可以得出高热褐煤煤堆1 m~1 m深度的温度变化与煤层厚度没有明显的相关性，而堆垛时间则是影响不同深度煤层温度变化的主要原因.

在堆存时间之前11天，煤堆表面温度无明显变化，煤堆内的氧化放热所产生的热量比外界少，而煤自身燃烧的氧化放热作用使其热量在煤堆中不断积累，使其内部的温度逐渐上升。

随着堆煤时间的延长，煤层内部的热分解作用也随之加强，而在向煤层中传输的热流比在煤层上散射出的热量要大得多，则会使煤层温度升高。因此，试验前期煤层表面温度没有明显的改变，之后煤层温度随煤层温度的变化呈一定的函数关系.

２．２低热褐煤测温结果分析

试验点高度2米，最大深度1米。试验地点的温度在20天以内没有达到煤堆自然发火的敏感温度，且随煤层深度的增大，温度逐渐升高，当温度为0.7~0.8 m时，最高温度为60℃。低热褐煤煤堆进入车间后，表面温度已接近30℃，表面温度随着堆存时间的延长而没有明显变化，炉膛内的氧化放热比外界少，热量在炉膛中不断积累，炉膛内的温度逐渐上升，但由于试验点的温度没有达到自燃敏感性，温差很小，再加上煤堆的导热系数对热量的传递有一定的影响，使得煤堆的表面温度没有明显的变化，20天后，其表面温度仅为34℃.

２．３实验煤种热值损失分析

热源点位是指煤在堆放期间自然加热到敏感温度，高热印尼和低热印尼褐煤的存放时间为24天，而低热印尼褐煤则为20天。

随着堆垛时间的延长，两个试验煤种的高热高热褐煤发热点位在堆放期间热值损失达到3.5%，低热褐煤发热点位在堆放期间热值损失达到3.5%，低热印尼褐煤发热点位在堆放期间20 d内热值损失达到3.4%，可以认为这是两种煤堆在堆放期间的最大热损失，而非发热区或不明显区的热损失较小，故两煤堆的总热损失小于测定的热损失值，而低热褐煤煤堆的自然热损失小于测定的热损失值，而低热褐煤煤堆的自然热损失比高热褐煤煤堆总热损失大。

３结论

1)印尼褐煤的自燃倾向采用自然点火试验评价，结果表明：低热褐煤的自燃倾向比高热褐煤的自燃倾向大。

2)建立了高热褐煤的表面温度与内部温度之间的函数关系，可以对煤层内部温度的变化进行更好的预报和分析，从而达到防止煤层自燃、降低煤层热值损失的目的。

3)在同一堆垛时间内，低热褐煤煤堆的自燃敏感性范围要大于高热褐煤煤，两种煤堆均以1 m作为评价煤的天然发热区。

4)在堆存24天、20天后，低热印尼褐煤煤堆与高热印尼褐煤煤堆的热值损失不大于3.5%，而低热褐煤煤堆的总热损耗比高热褐煤煤堆的热损失要大。

参考文献

［１］陈清华．松散煤体热物性测试及其温度场分布规律研究［Ｄ］．淮南：安徽理工大学，２００９．

［２］邓军，徐精彩，陈晓坤．煤自燃机理及预测理论研究进展［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报，２００３，２２（４）：２５５－４５９．

［３］肖旸，马砺，王振平，等．采用热重分析法研究煤自燃过程的特征温度［Ｊ］．煤炭科学技术，２００７，３５（５）：７３－７６．［

4］文虎，徐精彩，薛韩玲，等．煤自燃氧化放热效应的影响因素分析［Ｊ］．煤炭转化，２００１，２４（４）：５９－６３．