《动力用煤的热重燃烧性能测试及评价方法》

Q/GDWXXXXX—XXXX范围本标准规定了热重分析仪法测定动力用煤着火和燃尽特性的术语和定义、仪器设备、试剂、方法提要、试验步骤、结果表述、数据处理和燃烧性能等级判别等。本标准适用于褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤等单一动力用煤或者混煤。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T212煤的工业分析方法GB/T27762热重分析仪质量示值校准的试验方法GB474煤样的制备方法GB475商品煤样人工采取方法GB/T483煤炭分析试验方法一般规定GB/T6425热分析术语术语和定义下列术语和定义适用于本文件。

热重分析thermogravimetricanalysis在程序控温和一定气氛下，测量试样质量（或质量分数）与温度（或时间）关系的一类技术。[GB/T6425-2008，定义3.2.1]

热重曲线（TG曲线）thermogravimetriccurve(TGcurve)由热重法测得的数据以质量（或质量分数）随温度或时间变化的形式表示的曲线。曲线纵坐标为质量m（或质量分数），向上表示质量增加，向下表示质量减少；横坐标为温度T或时间t，自左向右表示温度升高或时间增长。[GB/T6425-2008，定义3.2.5]微商热重曲线（DTG曲线）derivativethermogravimetriccurve(DTGcurve)由热重法测得的数据，以质量变化速率与温度或时间的关系图示。当试样质量减少时，DTG曲线峰向上；质量增加时，DTG曲线峰向下。[GB/T6425-2008，定义3.2.6]热天平thermobalance在程序控温和一定气氛下，可实时称量试样质量的仪器，是实施热重法的仪器。[GB/T6425-2008，定义3.3.2]升温速率heatingrate相应于温度程序的温度升高速率。[GB/T6425-2008，定义3.4.12.1]基线baseline无试样存在时产生的信号测量轨迹。[GB/T6425-2008，定义3.5.3.1]可燃质combustiblematter试样扣除水分和灰分等不可燃物质后的剩余物质。燃烧速度combustionrate单位时间内试样重量变化百分比（%/min）。燃烧稳定性指数combustionstabilityindex试样开始稳定着火时的温度（℃）。燃尽指数burnoutindex表征试样燃尽性能难易的指数。方法提要将一定质量的试验煤样按要求放置于热分析仪内，在规定条件下升温使煤样完全燃烧，记录试验数据得到热重曲线和微商热重曲线（TG和DTG曲线），根据TG、DTG曲线得出相应的性能指标参数。图1为典型单一煤样的TG-DTG曲线，图2为典型的燃烧特性有所差异的两个煤样的混煤的TG-DTG曲线。图1典型单一动力用煤的燃烧TG-DTG曲线图2典型两种燃烧性能有所差异的动力用煤混煤的燃烧TG-DTG曲线试剂氧气：纯度为99.9%。仪器设备热分析仪热分析仪主要由加热炉、温度控制器、热天平、记录仪组成，其组成示意图如图3所示，主要部件如下：加热炉：为试样和参考物质提供统一的控制加热装置，其温度范围为0℃～1150℃；温度传感器：显示样品温度至±1℃；温度控制器：可通过操作加热炉执行一个特定的温度程序，在选定温度范围内，温度变化率从2℃/min～30℃/min。基线测试时，当大于200℃后，误差为±2℃/min；热天平：感量小于0.01mg；记录仪：应能够记录和显示以质量变化为纵坐标、温度或时间为横坐标的函数图的任何部分。1——氧气瓶；2——热天平；3——恒温水浴；4——坩埚（装试验煤样）；5——温度传感器；6——加热炉；7——温度控制器；8——记录仪。图3仪器组成示意图坩埚Φ12×7mm(792mm3)，耐温大于1200℃。分析天平感量小于0.1mg。试验步骤7.1试样制备和贮存按GB474将煤样制成粒度小于0.2mm的一般分析煤样。已制备好的一般分析试验煤样应装在带磨口瓶塞的玻璃瓶中，置于阴凉处。试验应在制备后3天内完成。若不能在3天内完成，试样应放在真空干燥器或氮气中贮存或将煤样瓶密封后冷藏，贮存时间不允许超过一周，否则试样作废。7.2试验准备7.2.1仪器预热与稳定。试验前依次打开主电源、热分析仪、计算机和恒温水浴，预热和稳定30min。7.2.2检查气路、水路是否泄露现象，在气、水正常情况下进行下列操作步骤。7.2.3热分析仪质量校准和温度标定。7.2.3.1热分析仪质量校准按标准GB/T27762执行。7.2.3.2采用标样对热分析仪温度进行标定。7.2.4基线试验。将未放置任何样品的坩埚放在热电偶端点处的载样台，盖上加热炉体。升温程序从室温的初始温度以20℃/min的速率升温至900℃，进气流量：氧气100L/h。启动程序开始试验，待试验结束后命名并保存基线。7.2.5基线试验至少进行二次，重复测量质量信号相差不大于±0.05mg。7.3燃烧试验7.3.1称取7.1中样品（50±1）mg，称准至0.01mg并平摊在坩埚中。把装有样品的坩埚放置在载样台，盖上加热炉体。升温程序从常温的初始温度以20℃/min的速率升温至900℃，进气流量：纯氧气100L/h。启动程序开始试验，待燃烧试验结束后命名并保存燃烧TG曲线。7.3.2待仪器降温至室温后，依次关闭恒温水浴、计算机和热分析仪。为保证下次试验的稳定性，可保持热分析仪处于开机状态。7.3.3燃烧试验至少进行二次，重复测量质量信号相差不大于±0.05mg。结果表述试验煤样的热重曲线根据试验煤样的质量与燃烧温度的关系，通过基线修订后得出最终的煤粉质量与燃烧温度的相关性，具体如图4所示。图4试样燃烧TG曲线试验煤样的控温曲线生成根据试验结果，绘制控制温度随时间的变化曲线，具体参见图5。根据升温控制要求，控制温度应随时间而线性增加，当试验煤样达到着火温度并燃烧时，将大量释放热量而干扰控制温度的测量。将干扰点去掉，根据剩余的控制温度与时间的线性关系，将干扰点进行还原，具体参见图6。图5实测控制温度随时间的变化图6还原后的控制温度随时间的变化试验煤样的燃烧速度曲线根据试验煤样在纯氧气状态下的失重曲线，通过微分得出试样的燃烧性能曲线，其中横坐标温度为还原后的控制温度，具体如图7所示。其中CR为试验煤样的燃烧速度，%/min，表示单位时间煤粉重量变化占试验煤粉总重量的百分比。图7典型单一动力用煤的燃烧速度DTG曲线图8典型两种燃烧性能有所差异的动力用煤混煤的燃烧速度DTG曲线特征指标以第一个燃烧峰对应的初始反应温度、第一个燃烧峰的最高燃烧反应速度等作为燃烧特性指标，具体如下。t1，第一个燃烧峰对应的初始反应温度，℃；W1max，第一个燃烧峰的最高燃烧反应速度，%/min；T1max，第一个燃烧峰的最高燃烧反应速度所对应温度，℃；T1，第一个燃烧峰的结束温度，℃；G1，第一个燃烧峰下烧掉的燃料量，mg；t2，第二个燃烧峰对应的初始反应温度，℃；W2max，第二个燃烧峰的最高燃烧反应速度，%/min；T2max，第二个燃烧峰的最高燃烧反应速度所对应温度℃；T2，第二个燃烧峰的结束温度，℃；T3，试验结束温度，℃；G2，第二个燃烧峰下烧掉的燃料量，mg；G3，第二个燃烧峰后烧掉的燃料量（当只有一个燃烧峰时，为第一个燃烧峰后烧掉的燃料量），mg；特征指标确定方法当试验燃烧速度曲线为单峰时，确定4个特征温度（第一个燃烧峰对应的初始反应温度、第一个燃烧峰的最高燃烧反应速度所对应温度、第一个燃烧峰的结束温度、试验结束温度）和1个最大燃烧速度（第一个燃烧峰的最大燃烧速度）以及2个重量（第一个燃烧峰下烧掉的燃料量和第一个燃烧峰后烧掉的燃料量）。以上7项特征指标按下列方法确定和表述：第一个燃烧峰对应的初始反应温度：燃烧速度开始迅速并持续升高对应的温度，符号记为t1，℃；第一个燃烧峰的最高燃烧反应速率：图7中第一个燃烧峰中纵坐标最高值W1max即定义为最大燃烧速度，符号记为W1max，%/min；第一个燃烧峰的最高燃烧反应速度所对应温度：图7中DTG曲线上纵坐标值W1max对应的横坐标温度值，符号记为T1max，℃；第一个燃烧峰的结束温度：图7中DTG曲线上的第一个燃烧峰结束时的温度，符号记为T1，℃；第一个燃烧峰下烧掉的燃料量：图7中DTG曲线上的t1到T1温度范围内烧掉的燃料量，符号记为G1，mg；试验结束温度：符号记为T1，℃；第一个燃烧峰后烧掉的燃料量，图7中DTG曲线上的T1到T3温度范围内烧掉的燃料量，符号记为G3，mg；当试验燃烧速度曲线为双峰时，除前述第一燃烧峰的特征指标外，还需确定3个特征温度（第二个燃烧峰对应的初始反应温度、第二个燃烧峰的最高燃烧反应速度所对应温度、第二个燃烧峰的结束温度）和1个最大燃烧速度（第二个燃烧峰的最高燃烧速度），此时G3为第二个燃烧峰后烧掉的燃料量。以上6项特征指标按下列方法确定和表述：第二个燃烧峰对应的初始反应温度：图8中燃烧速度开始迅速升高对应的温度，符号记为t2，℃；第二个燃烧峰的最高燃烧反应速率：图8中第一个燃烧峰中纵坐标最高值W2max即定义为最大燃烧速度，符号记为W2max，%/min；第二个燃烧峰的最高燃烧反应速度所对应温度：图8中DTG曲线上纵坐标值W2max对应的横坐标温度值，符号记为T2max，℃；第二个燃烧峰的结束温度：图8中DTG曲线上的第一个燃烧峰结束时的温度，符号记为T2，℃；第二个燃烧峰下烧掉的燃料量，图8中DTG曲线上的t2到T2温度范围内烧掉的燃料量，符号记为G2，mg；第二个燃烧峰后烧掉的燃料量，图8中DTG曲线上的T2到T3温度范围内烧掉的燃料量，符号记为G3，mg；燃烧指标的计算方法根据8.5的特征指标，计算燃烧稳定指数RI和燃尽指数Cb。8.6.1燃烧稳定指数RI（1）式中：RI——燃烧稳定性指数，℃；T1max——第一个燃烧峰的最高燃烧反应速度所对应温度，℃；8.6.2燃尽指数Cb8.6.2.1当燃烧速度曲线为单峰时Cb=0.0717T1-0.373R3-19.31(2)(3)mM=m0×Mad(4)mA=m0×Aad(5)式中R3为第一个燃烧峰后烧掉的燃料量G3占试验煤样可燃质的比例，%；其中m0为试验煤样的初始重量，mg；mM为试验煤样的水分重量，mg；mA为试验煤样的灰分重量，mg；Mad为试验煤样的空干基水分，%，测试方法参见GB/T212；Aad为试验煤样的空干基灰分，%，测试方法参见GB/T212；8.5.2.1当燃烧速度曲线为双峰时Cb=0.0509T1+0.0346T2-0.0637R2+0.1112R3-31.83(6)(7)式中R2为第一个燃烧峰后烧掉的燃料量G2占试验煤样可燃质的比例，具体计算参见式（7）R3为第二个燃烧峰后烧掉的燃料量G3占试验煤样可燃质的比例，具体计算参见式（3）；结果表述测定结果按GB/T483数字修约规则，特征温度的测定值和燃烧稳定指数RI修约到整数，燃烧速度的测定值和燃尽指数Cb修约到小数点后两位。指标判别试验煤样的燃烧稳定指数RI和燃尽指数Cb的具体评价方法如表1所示。将8.6计算得出的煤样燃烧稳定指数RI、燃尽指数Cb，按照表1的判别标准判别试验煤样的燃烧性能。燃烧稳定指数RI：反应动力用煤着火难易程度的指数，该指标越低，则试样的着火温度越低，燃烧稳定性越好。燃尽指数Cb：反应动力用煤燃尽难易程度的指数，该指标越低，则试样的燃尽性能越好。表1试验煤样的燃烧性能评价标准判别RI（℃）Cb极难42514.0难425-37514.0-9.0中等375-3259.0-6.0易325-2756.0-3.5极易＜275＜3.5试验报告试验报告的内容和形式可参见附录A。

（规范性附录）

动力用煤的热重燃烧性能测试及评价报告示例动力用煤的热重燃烧性能测试及评价试验报告报告编号TPRI/TG-RC-005-2017试样名称神华煤委托单位陕西煤田地质化验有限公司检测单位西安热工研究院试验项目煤热重燃烧性能测试依据标准GB/T×××××完成日期2017-9-25委托日期2017-9-5试验结果一.试验说明1.试验条件气氛：99.9%的纯氧空干基煤粉重量：50mg氧气流量：100L/h升温速度：20℃/min2.做出煤粉在氧气气氛中的失重曲线，并将其转化为煤粉的燃烧分布曲线。因为气氛为纯氧，反应较为剧烈，可以比较明显地反应出煤燃烧过程的几个阶段：水分析出峰；第一燃烧峰，单一煤种通常只有一个燃烧峰；第二燃烧峰，当两种燃烧性能有差异的煤种掺烧时易出现双峰现象。对于部分混煤，燃烧峰可能出现三次。根据煤粉在氧气气氛中的燃烧分布曲线得出相关的煤的燃烧特性指标：t1，第一个燃烧峰对应的初始反应温度，℃；W1max，第一个燃烧峰的最高燃烧反应速度，mg/min；T1max，第一个燃烧峰的最高燃烧反应速度所对应温度，℃；T1，第一个燃烧峰的结束温度，℃；G1，第一个燃烧峰下烧掉的燃料量，mg；试验人审核人批准人（续下表）（续上表）

t2，第二个燃烧峰对应的初始反应温度，℃；（续上表）W2max，第二个燃烧峰的最高燃烧反应速度，mg/min；T2max，第二个燃烧峰的最高燃烧反应速度所对应温度℃；℃；T2，第二个燃烧峰的结束温度，℃；T3，试验结束温度，℃；G2，第二个燃烧峰下烧掉的