高炉喷煤技术已被国内外诸多钢铁企业广泛采用，以降低铁水冶炼过程的燃料消耗，控制生铁成本［1-2］。目前大多数高炉使用混合煤粉进行喷吹，随着近年来国内钢铁产量急剧增长，无烟煤的消耗日益加剧导致了煤炭资源日趋紧张［3-4］。半焦一般是指中低变质煤经过低温干馏得到的固体产物，具有高化学活性、高比电阻、高热值、低灰、低硫和价格低廉等优势，在铁合金、电石等领域得到了广泛应用［5-8］。近些年开展了一些将半焦应用于高炉炼铁领域的研究。张建良等利用兰炭替代焦丁应用于烧结过程，并进行了工业试验［9-12］。国内一些钢铁企业，如鞍钢、首钢等也在高炉进行过半焦喷吹的工业试验［13-15］。本文拟在前人研究的基础上，进行不同比例半焦与烟煤混合后的燃烧试验，为高炉使用合适比例半焦替代无烟煤喷吹提供依据。

1 实验

1.1 试样成分分析

本文研究半焦替代无烟煤后混合燃料燃烧性能的变化时选取的燃料为2种半焦（SB半焦、SJ半焦）、1种无烟煤（SY煤）与1种烟煤（HY煤），其工业成分及元素成分如表1所示。在实验中将HY煤的比例固定为50%，分别改变SY煤、SJ半焦和SB半焦的比例。混合燃料的配比及编号如表2所示。

 

表1 不同燃料的工业分析和元素分析，%Tab.1 Industrial analysis and elemental analysis of different fuels，%

  

燃料HY煤SY煤SB半焦SJ半焦工业分析 元素分析水分1.31 0.95 1.04 4.93挥发分4.20 10.90 4.51 4.92灰分32.61 10.30 4.04 5.20固定碳61.88 77.85 90.41 85.17 C O N S 77.76 81.37 92.25 88.58 H 4.23 2.74 0.57 0.85 11.24 2.43 0.55 1.73 1.2 1.37 1.02 1.26 0.28 0.37 0.17 0.28

 

表2 试样中混合燃料的比例，%Tab.2 Proportion of mixed fuel in sample，%

  

燃料 试样编号HY煤SY煤SB半焦SJ半焦SB-0 50 50 0 /SB-25 50 25 25/SB-50 50 0 50/SJ-0 50 50 SJ-50 50/ 0 SJ-25 50 25/25 0 / 5 0

1.2 实验设备

本文采用北京恒久科学仪器厂生产的HCT-2型综合热分析仪，可以同时连续记录差热和失重数据。燃烧热重实验的条件：反应气氛为空气，流量100 mL/min；起始温度为室温（约25℃）；终止温度900 ℃；4种升温速率分别是10，20，30，40 ℃/min；试样粒径为74～150 μm；试样质量10 mg。

2 不同燃料的燃烧特性分析

2.1 热重结果分析

实验过程自动记录样品的TG曲线、DTG曲线，计算得到转化率曲线和转化速率曲线。其中任一时刻反应的转化率α的计算式：

 

式中：m0为样品初始质量，g；mt为t时刻样品质量，g；mf为反应结束达到稳定时样品质量，g。

图1为煤焦燃烧的转化率曲线和转化速率曲线。HY煤的燃烧最为迅速且燃烧温度区间较低，因此它的燃烧性能最好；SB半焦和SJ半焦的挥发分都很低，燃烧区间温度较高，因而在两类煤焦中燃烧性能最差；SY煤燃烧性能介于两者之间。

  

图1 4种试样的热重实验曲线Fig.1 TG experiment curves of four specimens

表5与表6总结了混煤的燃烧特性温度点及特性参数。分析表5可知：（1）混煤试样的着火点随着半焦比例的增加而逐渐增加；（2）随着半焦比例的增加燃烧区间逐渐向高温区移动；（3）最大燃烧速率和平均燃烧速率都逐渐降低，燃烧变的逐渐困难。由表6可知，燃性指数Cb、稳燃性指数G、综合燃烧特性指数SN均随着半焦的添加相应的降低。总结可知混合燃料的燃烧性能会随着半焦的加入而降低。

2.2 不同燃料的燃烧特征指数分析

将半焦添加比例分别为0%、25%、50%的混煤，在20℃/min升温速率下进行燃烧热重实验。通过实验数据计算得到混煤燃烧转化率曲线和转化速率曲线，如图2所示。

 

表3 不同燃料的燃烧特征点计算结果Tab.3 Calculation results of combustion characteristic points of different fuels

  

燃料HY煤SY煤SB半焦SJ半焦Ti/℃372.0 501.7 540.6 512.4 T1/℃398.7- - -T2/℃457.1 566.2 621.5 608.5 Tf/℃523.7 658.2 699.7 698.8 Rmax/（%·min-1）16.5 14.2 12.6 10.5 Rmean/（%·min-1）11.8 11.3 11.2 9.4

通过计算得到可燃性指数Cb、稳燃性指数G和燃烧特性指数SN，计算结果如表4所示。

上海金山第二工业区不仅加强安全环保管理，还积极构筑循环经济产业链条。孙莉军提到，工业区产业的发展和产业链的完善使区内企业形成了原料互补。如汇得聚氨酯产品供应给亨斯迈作为TPU产品的原材料；园区精细化工产业园和物流产业园也自成一体，形成生产性服务业和制造业的互补。与此同时，工业区还与周边的上海石化及上海化学工业区两个化工基地联合发展，更是形成了资源互补、产业链延伸。产业供应链的形成使得园区环境得到进一步提升。

4.4.2 颗粒物浓度预报月变化。从图25～图30可以看出，模式预报颗粒物浓度的月变化呈现峰谷峰的趋势。

B段音乐反复之后，接着是重复A段的“劳动呼声”。然后进入C段音乐。这一段音乐好像是一位健壮劳动者的“男中音独唱”，左手以壮健、饱满的和声给予衬托：

由表3可知，HY煤的着火点最低，从而最易着火；SY煤与SJ半焦的着火点较为接近，着火难易程度居中；SB半焦着火点最高最难着火。HY煤最大燃烧速率和平均燃烧速率，均高于其他3种燃料。

 

表4 各燃料的燃烧特性参数计算结果Tab.4 Calculation results of combustion characteristic parameters of different fuels

  

燃料HY煤SY煤SB半焦SJ半焦Cb/（%·min-1·℃-2）1.17×10-4 5.72×10-5 4.33×10-5 4.16×10-5 G/（%·min-1·℃-2）1.12×10-4 5.11×10-5 3.76×10-5 3.49×10-5 SN/（%2·min-2·℃-3）2.51×10-6 9.72×10-7 6.75×10-7 5.51×10-7

由表4中的燃烧特性参数，4种煤焦中可燃性指标Cb、稳燃性指标G和综合燃烧特性参数指标SN最好的皆为HY煤，由此可知HY煤的燃烧性能最好。在可燃性指标Cb上，SY煤和SB半焦较为接近，而对于稳燃性指标G和综合燃烧特性指标SN，SY煤都明显优于SB半焦，所以SY煤的燃烧性能优于SB半焦。

3 煤焦混合后的燃烧特性分析

3.1 半焦混合比例的影响

借鉴前人工作中关于热重曲线的各个特征温度点定义方法，同时考虑煤粉挥发分较高，本文定义以下4个特征温度点：挥发分初析点、着火点、最大失重速率点和燃烬点，以TG曲线上的切线来确定燃烧曲线的着火点。计算过程为利用DTG曲线上的最大值点，找到对应失重曲线上的温度点，过此点作曲线的切线，此线与失重开始前的TG曲线水平延长线交于一点，此交点即为着火点温度。最大失重速率点温度即为DTG曲线中最大值相应的温度坐标上非等温过程中的温度，国内研究通常认为燃烧反应失重为98%时所对应的温度为燃尽点温度［16］。根据数据处理过程，可以得到4种煤焦得到着火点温度Ti；转化速率曲线峰值温度T1，T2；燃尽点温度Tf；燃烧的最大转化速率Rmax；燃烧过程中Ti到Tf的平均转化速率Rmean。计算结果如表3所示。

  

图2 煤焦混合燃料转化率曲线Fig.2 Conversion curve of coal char mixed combustion

随着半焦比例的增加，混煤的燃烧转化率曲线逐渐向高温区移动。因为半焦的燃烧性能低于两种煤，所以混煤的燃烧曲线会随着半焦比例的增加向高温区移动。

农民面临的主要挑战是，满足超市供应链设定的数量、质量、品种、周期等要求。此外，农民必须要处理在超市供应链中用到的销售地点和支付系统问题。由于当地生产商没有足够的能力来满足这些要求，目前超市供应链内进口的数量约占超市需求的30%左右。超市供应链的需求和小农场主供应之间的差距可能会因为两个原因而增加。首先，由于更多的投资投入连锁超市(如进入本地区的沃尔玛和DR-CAFTA)，预期供应链中新鲜水果和蔬菜的市场份额将在未来几年继续保持增长。其次，如果小农户不调整自己的生产和销售系统来响应超市供应链的要求，他们将被更大的生产商或外国供应商所替代。

混煤的转化速率曲线出现了两个峰，燃烧前后期控速环节的不同是导致这种现象的主要原因。由图2可以看出，燃烧前与燃烧后期的反应控速环节不同是导致混合燃料的燃烧出现两个峰的现象的主要原因，前期主要是由化学反应控速，后期是由内扩散控速。

《寄黄几复》颔联“桃李春风一杯酒，江湖夜雨十年灯”是黄诗佳句，《王直方诗话》载：“张文潜尝谓余曰，黄九云：‘桃李春风一杯酒，江湖夜雨十年灯’，真奇语。”[13](P62)许多朝鲜诗人化用过，如徐居正《夜吟》：“宦梦凄凉三夜雨，交游零落十年灯。”金麟厚《奉和柳眉岩钟山谪所》：“桃李春风际，江湖夜雨边。”成汝学《烟村远灯》：“夜久前村灿星点，一江烟雨十年灯。”李寅烨《又迭前韵》：“湖山夜雨诗千首，桃李春风酒一尊。”

煤燃烧的过程分为固体热分解和残余碳的燃烧两个阶段。由图1b可以看出，在400℃左右只有HY煤转化速率曲线出现尖峰现象，这是因为HY煤挥发分较高，在碳燃烧反应之前有大量挥发分析出。两种半焦的转化率曲线中没有出现尖峰现象是因为半焦中的挥发分含量低于SY煤，其热重反应过程主要是碳的燃烧，故而转化率曲线中没有出现尖峰。

 

表5 添加半焦的混煤燃烧特征点及特性参数Tab.5 Characteristic points and characteristic parameters of coal combustion mixed with semi coke

  

试样SB-0 SB-25 SB-50 SJ-0 SJ-25 SJ-50 Ti/℃410.3 416.6 423.3 413.5 425.4 432.6 T1/℃454.3 476.5 486.4 458.3 489.2 503.7 T2/℃581.2 602.3 619.1 582.3 585.7 613.2 Tf/℃636.6 655.3 667.1 638.4 653.7 678.2 Rmax/（%·min-1）11.53 10.91 10.62 11.54 11.58 8.63 Rmean/（%·min-1）8.11 7.82 7.63 8.12 7.93 6.97

 

表6 添加半焦的混煤燃烧特征点及特性参数Tab.6 Characteristic points and characteristic parameters of coal combustion mixed with semi coke

  

试样SB-0 SB-25 SB-50 SJ-0 SJ-25 SJ-50 Cb/（%·min-1·℃-2）7.11×10-5 6.52×10-5 6.35×10-5 7.11×10-5 6.71×10-5 4.83×10-5 G/（%·min-1·℃-2）4.98×10-5 4.51×10-5 4.34×10-5 4.98×10-5 4.91×10-5 3.41×10-5 SN/（%2·min-2·℃-3）9.07×10-7 7.91×10-7 7.22×10-7 9.07×10-7 8.23×10-7 5.11×10-7

3.2 升温速率的影响

将SB-25号试样在不同的升温速率下（10，20，30，40℃/min）进行燃烧热重实验，得到的转化率曲线和转化速率曲线如图3所示。

分析可知燃烧反应向高温区移动的原因是：（1）升温速率的增加导致在某一温度点反应的时间变短，反应物的失重量变小；（2）高升温速率下存在热滞后现象，且升温速率越高，热滞后现象越严重，所以燃烧反应向高温区移动。在升温速率增加的条件下，相同时间点高升温速率的炉内温度要高于低升温速率，而温度越高其燃烧反应就越快，反应速率也就越大，所以，燃烧反应的转化速率曲线上移。

由图3可知：（1）升温速率增加后，燃烧反应整体向高温区移动；（2）升温速率增加后，混煤燃烧反应的转化速率曲线上移，燃烧速率变快。

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图3 不同升温速率下混煤的燃烧特性曲线Fig.3 Combustion characteristic curves at different heating rates

表7为不同升温速率条件下混煤的燃烧特性参数。分析可知，随着升温速率的提高，混煤的着火点Ti、峰值点（T1、T2）和燃尽点Tf都相应的提高，反应逐渐向高温区移动，混煤的最大反应速率Rmax和平均反应速率Rmean都有明显的提高，说明升温速率的增加对燃烧反应的进行有很大的促进作用。

本文定义将着火点温度T带入Ari rhenius方程中，整理可得可燃性指数稳燃性指数G定义式为：，综合燃烧特性指数

表8为不同升温速率下混煤的燃烧特性参数及其变化程度。随着升温速率的提高，混煤的可燃性指标Cb、稳燃性指数G与综合燃烧特性指标SN均明显提高。因此，升温速率对混煤的燃烧影响非常大，且升温速率越高，越有利于煤的燃烧。

 

表7 不同升温速率下混煤的燃烧特征点Tab.7 Combustion characteristic points of mixed coal at different heating rates

  

升温速率/（℃·min-1）10 20 30 40 Ti/℃392.6 410.4 414.2 424.1 T1/℃447.7 468.0 479.5 500.9 T2/℃549.1 594.8 625.5 648.1 Tf/℃600.1 645.4 686.3 734.6 Rmax/（%·min-1）7.06 11.03 13.01 14.64 Rmean/（%·min-1）4.61 7.95 10.49 12.27

 

表8 不同升温速率下混煤的燃烧特性参数Tab.8 Combustion characteristic parameters of mixed coal at different heating rates

  

升温速率/（℃·min-1）10 20 30 40可燃性指数Cb数值4.47×10-5 6.51×10-5 7.76×10-5 8.21×10-5变化比例/%-49.76 76.38 86.69稳燃性指数G数值3.27×10-5 4.58×10-5 5.17×10-5 5.31×10-5变化比例/%-42.47 61.18 68.57综合燃烧特性指数SN数值3.33×10-7 7.79×10-7 11.52×10-7 13.43×10-7变化比例/%-141.67 253.52 311.04

4 结论

对4种不同比例半焦与烟煤混合后的燃烧性能进行分析，根据燃烧过程的TG曲线和DTG曲线确定了煤粉燃烧过程的特征温度点，进一步计算出煤粉燃烧的燃烧特性参数，以对比煤、半焦及其混煤的燃烧特性。

（1）4种燃料中HY煤的燃烧性能最好，SY煤燃烧性能次之但优于半焦，两种半焦的燃烧性能相差不大。

（2）随着半焦比例的增加混合燃料的着火点逐渐升高，最大燃烧速率和平均燃烧速率都逐渐降低，燃烧区间逐渐向高温区移动，燃烧变的逐渐困难。燃性指数Cb、稳燃性指数G、综合燃烧特性指数SN都会随着半焦的添加相应的降低。半焦代替无烟煤后会在一定程度上会降低混煤的燃烧性能

（3）升温速率对混煤的燃烧影响显著，升温速率越高，越有利于煤的燃烧。

2)课堂引导学习。新课前教师根据学生的反馈，教师总结提炼出共性问题，在课堂上针对重难点微课着重讲解，引导学生以小组为单位进行讨论交流。

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