Исследование влияния механической активации на горение угольного топлива

Abstract

Ужесточение требований к повышению эффективности топливоиспользования и защите окружающей среды от вредных выбросов явилось мощным стимулом для развития новых перспективных технологий использования твердого топлива, позволяющих решить эколого-экономические проблемы. В связи с этим необходимость повышения качества угольного топлива, изучения и улучшения реакционных свойств углей различной степени метаморфизма имеет значимую практическую применимость. Цель работы: создание методики и исследование влияния процесса механоактивационного измельчения на химическую активность углей различной степени метаморфизма. Методы исследования: изучение процесса термоокислительной деструкции с помощью термогравиметрического анализа, определение температуры самовоспламенения угольной пылевзвеси в вертикальной трубчатой печи, расчет констант реакции горения и энергии активации. Результаты. Получены первые оценки влияния механоактивационного измельчения на химическую активность угольной пылевзвеси с помощью дифференциально-термического анализа. Создан экспериментальный стенд, разработана и апробирована методика определения температуры пылевзвеси. Получены первые результаты по использованию методики измерения температуры воспламенения пылевзвеси углей различной стадии метаморфизма для изучения их кинетических характеристик в процессе воспламенения. Получены энергия активации и константа скорости реакции для бурого и каменного углей, измельчённых на различных мельницах. Для бурого угля, измельченного на виброцентробежной мельнице, энергия активации и константа скорости реакции составила 115385 кДж/моль и 1,97*107м/с, а для угля, полученного на дезинтеграторе, - 103126 кДж/моль и 2,24*106м/с. Эти же величины были получены и для каменного угля, 125000 кДж/моль и 1,26*107м/с, 124185 кДж/моль и 1,23*107м/с соответственно. Полученные в ходе выполнения работ результаты являются новыми. Новизна состоит в использовании особых экспериментальных подходов и в обработке данных для оценки кинетических констант процессов выхода летучих веществ и горения коксового остатка применительно к углям, прошедшим предварительную высокоэнергетическую обработку.

Toughening of requirements to enhance fuel efficiency and protect the environment from harmful emissions was a powerful stimulus for developing promising new technologies of using solid fuel, that allow solving environmental and economic problems. In this regard, the need of improving the quality of coal fuel, studying and improving the reaction properties of coals with different metamorphic grade is of significant practical applicability. The main aims of the study are to develop the methods and to study the influence of mechanical activation grinding on reactivity of coals with different degree of metamorphism. The method used in the study investigation of thermooxidative degradation by thermogravimetric analysis; determination of auto-ignition temperature of coal dust in a vertical tube furnace; calculation of constants of the combustion reaction and activation energy. The results. The authors have obtained the first estimates of mechanical activation grinding effect on coal dust reactivity using differential thermal analysis. The experimental stand was designed; the technique for determining dust temperature was developed and tested. The authors obtained the first results in using the methods of measuring ignition temperature of coals dust with various metamorphic stage to study their kinetic characteristics in inflammation. The activation energy and the reaction rate constant for lignite and hard coal, grinded at different mills were obtained. For lignite, comminuted on vibrocentrifugal mill, the activation energy and reaction rate constant was 115385 kJ/mol and 1,97*107 m/s, and for coal obtained in the disintegrator they are 103126 kJ/mol and 2,24*106m/s. The same values were obtained for hard coal - 125000 kJ/mol and 1,26*107m/s, 124185 kJ/mol and 1,23*107 m/s respectively. The results obtained are new. The novelty is determined by the use of special experimental approaches and in data processing to estimate the kinetic constants of volatiles release and combustion of coke residue, with respect to coals after pre-high-energy treatment.