【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锅炉煤粉燃烧检测，特别涉及一种热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法。
技术介绍
0、技术背景
1、煤的着火特性包括比热容、着火温度、着火热和本征反应动力学等，是锅炉启动点火或煤燃烧数值模拟所需的关键参数。目前研究煤着火特性的主要仪器分为固定床和携带流反应器(类似工业煤粉炉条件)两种，其中固定床设备中的热重分析仪(tga)或热重-差式扫描量热仪(tg-dsc)因其具有的操作简单、实验可重复性高等方面的优势，被广泛应用于煤的着火特性研究中。通过tga或tg-dsc确定煤/焦的ti的方法有tg-dtg切线法。
2、tg-dtg切线法具体是根据tg-dtg曲线最大失重速率点的切线求着火温度ti。该方法是目前应用最广泛的确定煤/焦ti的方法，但其也存在一定的缺点：纯数学的经验方法，缺乏足够的着火理论支撑；一定的范围内作切线具有随机性。该方法所得ti(次烟煤至半无烟煤：300℃～500℃)通常比携带流反应器中得到的(580℃～790℃)要低300k左右。当煤/焦的放热量等于吸热量且放热速率与吸热速率相等时发生着火，具体地将dsc热流成放热趋势后且处于最大热流前的拐点所对应的温度定义为着火温度tig。研究发现煤焦(管式炉，热解温度900℃)的tig随着升温速率β的增加而增加，但增加幅度逐渐减少，故构建了经验公式得到β无限大即工业加热条件下的最大着火温度tig,max(褐煤焦513℃、烟煤焦589℃和无烟煤焦616℃)，该温度虽然与文献中滴管炉(dtf)中所得煤的ti值(褐煤到无烟煤727℃～1077℃)仍
3、造成上述热分析预测会低估锅炉内煤着火温度现象的主要原因是所选样品的反应性过高，导致其着火提前。锅炉内煤首先热解生成焦，其是一个降低反应性的过程，通常热解温度越高所得煤焦的反应性越低，主要因为热解温度的提高会增加煤焦内较大的中心孔隙和网状空隙量而减少微孔孔隙度，若热解温度高于煤的软化温度还会引起微孔结构的闭合导致煤焦的比表面积急速下降。可见高温焦的反应性要明显比煤和低温焦的反应性低导致相同燃烧条件下其ti更高，通过热分析和dsc拐点法研究高温煤焦的着火温度有望解决热分析获取的煤/焦着火温度过低的问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，用于更加准确、可靠获取锅炉内着火温度。
2、一种热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，具体地，该方法包含以下步骤：
3、步骤1：将煤样制备成用于热分析的煤焦样品。
4、步骤2：将制备完成的煤焦样品放入同步热分析仪中，得到高温快速热解煤焦的非等温燃烧的tg-dsc曲线。
5、步骤3：采用semenov热爆炸理论的dsc拐点法，通过非等温dsc曲线确定不同升温速率下煤焦的着火温度。
6、步骤4：对不同升温速率下煤焦的着火温度进行非线性拟合，得到极限条件下锅炉内的着火温度。
7、其中，所述步骤1具体步骤如下：煤由螺旋给料系统以一定质量流量连续注入，并在氮气中夹带以保证惰性气氛，在高温炉膛中充分反应。煤颗粒在气流床中的升温速率约为104～106k/s。
8、进一步的，所述dsc拐点法，需要满足热分析中煤粉着火燃烧过程中的热平衡表达式：
9、
10、式中c为煤粉的比热容，kj/(kg·k)；为煤粉颗粒加热速率，k/s；tp为煤粉颗粒温度，k；t为时间，s；为单位时间内单位质量的煤粉所释放的热量，kj/(kg·s)，主要包括煤表面的氧吸附热和其着火燃烧释放的热量
11、为单位时间内单位质量的煤粉所吸收的热量，kj/(kg·s)，主要包括煤热解热水分蒸发潜热煤粉与环境的对流换热量kh为对流换热系数，tr为环境温度，由于热分析仪样品室空间小，故煤粉与环境的辐射换热量可以忽略。
12、由于煤焦在着火前已完成热解、氧吸附和水蒸发过程，着火过程的dsc曲线可简化为即且进一步的，所述semenov热爆炸理论，煤焦达到着火时的热平衡方程如下：
13、
14、
15、式中，表示单位质量煤焦释放的热流率，表示单位质量煤焦与环境之间的对流换热量，t为煤焦的温度，k。
16、公式(2.2)表示dsc曲线成放热趋势后的dsc曲线的拐点，如摘要图所示，dsc曲线的零点为a，公式(2.3)表示对应的ddsc曲线的极值点即b和c点，由于着火一定发生在煤焦热流达到最大值(d点)之前，前述条件还需满足根据上述分析，满足semenov热爆炸理论的dsc拐点法所获取的着火温度为e点对应的温度即tig。
17、进一步的，所述同步热分析仪升温速率为2.5–40k/min。
18、进一步的，所述极限条件下锅炉着火温度计算方法是将升温速率取1e5k/min代入非线性拟合方程所得的着火温度。
19、进一步的，所述同步热分析仪采用气氛控制模式，测试时总气体流量为100ml/min，实验气体组成为21％o2/79％n2氛围。
20、进一步的，所述煤炭破碎需要将样品粉末筛分至74μm以下以最大程度地减少扩散反应的影响。
21、进一步的，所述高温炉膛壁温设置为1400℃，接近煤粉工业炉的燃烧温度。
22、和现有技术相比，本专利技术基于semenov的热爆炸理论，通过制备实验煤焦并在同步热分析仪中获取燃烧过程的dsc曲线，非线性拟合得到能够预测锅炉煤着火的dsc极限着火温度，更符合实际情况。
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1.一种热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，所述步骤1煤样制备成煤焦样品具体为：煤颗粒在气流床中在惰性气氛下，在高温炉膛中反应制焦。
3.根据权利要求2所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，所述煤颗粒在气流床中的升温速率约为104～106K/s。
4.根据权利要求1所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，所述DSC拐点法，满足式1.1：
5.根据权利要求1所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，所述同步热分析仪升温速率为2.5–40K/min。
6.根据权利要求1所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，所述同步热分析仪测试时总气体流量为100ml/min。
7.根据权利要求4所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，实验气体组成为21％O2、79％N2。
8.根据权利要求1所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在
9.根据权利要求2所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，所述高温炉膛壁温设置为1400℃。
...【技术特征摘要】
1.一种热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，所述步骤1煤样制备成煤焦样品具体为：煤颗粒在气流床中在惰性气氛下，在高温炉膛中反应制焦。
3.根据权利要求2所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，所述煤颗粒在气流床中的升温速率约为104～106k/s。
4.根据权利要求1所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量方法，其特征在于，所述dsc拐点法，满足式1.1：
5.根据权利要求1所述热分析获取锅炉内煤着火温度的测量...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，陈朝帅，王鑫雨，石泽正，余波，周怀春，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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