GB/T 31097-2014 燃煤助燃剂助燃效果评价方法

　　ICS 73. 040 D 20

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 31097—2014

　　燃煤助燃剂助燃效果评价方法

　　Performanceevaluation ofcoalcombustion-aid additivesforcoal

　　2014-12-22发布 2015-06-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 31097—2014

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由中国煤炭工业协会提出 。

　　本标准由全国煤炭标准化技术委员会(SAC/TC42)归 口 。

　　本标准起草单位 : 煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院 、煤炭工业节能技术服务中心 。

　　本标准主要起草人 :朱川 、姜英 、邵徇 、连进京 、丁华 、盛明 。

　　燃煤助燃剂助燃效果评价方法

　　1 范围

　　本标准规定了燃煤助燃剂助燃效果评价方法的原理 、试剂和材料 、仪器设备 、试验步骤 、评价指标 、结果计算及重复性等 。

　　本标准适用于褐煤 、烟煤和无烟煤添加助燃剂后助燃效果的评价 。

　　2 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/T 212 煤的工业分析方法

　　GB 474 煤样的制备方法

　　GB/T 476 煤中碳和氢的测定方法

　　GB/T 6425—2008 热分析术语

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　残碳率 rateofresidualcarbon

　　煤在燃烧后残留在残渣中的碳的质量分数 , 以 %表示 。

　　3.2

　　燃煤助燃剂 coalcombustion-aid additives

　　能够改善燃煤燃烧性能 , 降低残碳率 ,不带来新污染源的一类添加物质 。

　　3.3

　　助燃效果 combustion-aid effect

　　添加助燃剂的煤燃烧后 ,残碳产率值的降低程度 。

　　3.4

　　燃烧终温 terminaltemperatureofcombustion

　　煤在程序升温实验条件下设定的最高燃烧温度 。

　　3.5

　　残碳差值 carbon residualdifference

　　煤在相同燃烧条件下添加助燃剂前后残碳率的差值 。

　　3.6

　　基线 baseline

　　无试样存在时产生的信号测量轨迹 。

　　[GB/T 6425—2008,定义 3. 5. 3. 1]

　　GB/T 31097—2014

　　4 方法提要

　　煤样在低于完全燃烧温度的高温下燃烧 ,在同一燃烧终温下 ,根据添加助燃剂前后煤样燃烧的残碳率计算残碳差值 ,并以残碳差值作为评价助燃剂助燃效果的指标 。其中 ,燃烧试验在热重分析仪上进行 ,煤样燃烧的残碳率由元素分析仪测定 。

　　5 试剂

　　5. 1 氩气 :纯度为 99. 9% ,含氧量小于 0. 01% 。

　　5.2 空气 :纯度为 99. 9% ,含氩量小于 1% 。

　　6 仪器设备

　　6. 1 热重分析仪(TA) ,称量精度 0. 000 1 g;程序升温速率 阝能达到 5 ℃/min~ 50 ℃/min的范围 ; 温度 25 ℃ ~ 1 400 ℃ ,控温精度为 ±2 ℃ 。

　　6.2 元素分析仪 ,碳的检测范围 1% ~ 100% ,精度为 ±0. 5% 。

　　6.3 石英坩埚 ,直径 20 mm ,高 6 mm。

　　6.4 铁盘 ,400 mm×600 mm。

　　6.5 样品勺 。

　　6.6 喷壶 ,体积 6 mL。

　　6.7 注射器 :体积 1 mL;针头 :5 号 。

　　7 试验步骤

　　7. 1 试样准备

　　7. 1. 1 煤样的制备

　　按 GB 474将试验 用 煤 逐 级 破 碎 制 备 粒 度 小 于 3 mm 样 品,使 其 达 到 空 气 干 燥 状 态 。 取 其 中(4±0. 1)kg采用二分器平分为两份 ,平铺于铁盘中 ,编号待用 。

　　7. 1.2 助燃剂掺混

　　按照助燃剂产品使用说明或用户要求确定助燃剂添加比例 。

　　7. 1.2. 1 固体助燃剂

　　使用样品勺使经研磨的固体助燃剂均匀分散在 7. 1. 1 中一份平铺煤样的表面上 , 待空气平衡后装袋并持续摇晃 10 min;7. 1. 1 中另一份煤样作为对照组装袋 。

　　7. 1.2.2 水溶性助燃剂

　　使用喷壶使经蒸馏水溶解 、稀释 5 倍的助燃剂均匀喷洒在 7. 1. 1 中一份平铺煤样的表面上 ,待空气平衡后装袋并持续摇晃 10 min;7. 1. 1 中另一份原煤样喷洒等体积量的水分作为对照组装袋 。

　　7. 1.2.3 油性助燃剂

　　使用注射器使油性类助燃剂液滴均匀分散在 7. 1. 1 中一份平铺煤样的表面上 , 分散同时使用样品勺不停地搅拌 ,待煤样空气平衡后装袋并持续摇晃 10 min;7. 1. 1 中另一份煤样作为对照组装袋 。

　　7. 1.3 评价用样品的制备

　　将 7. 1. 2 中添加助燃剂前后的两份样品均破碎至粒度小于 1 mm ,使其达 到 空 气 干 燥 状 态 。 缩 分(100±1)g制成小于 0. 2 mm 的分析样 ,装袋编号待用 。

　　7.2 试验步骤

　　7.2. 1 确定燃烧终温

　　7.2. 1. 1 设定热重分析仪(见 6. 1) 的升温程序 :初始温度 : 30 ℃;升温速率 : 30 ℃/min;进气流量 :氩气(Ar)10mL/min,空气 150 mL/min;终温 :1 300 ℃ 。

　　7.2. 1.2 在空坩埚条件下按仪器的操作规程启动仪器 ,完成试验用基线 。

　　7.2. 1.3 待仪器温度下降至 30 ℃以下时 ,调取 7. 2. 1. 2 中的基线 ,并称取 7. 1. 3 中未添加助燃剂的煤样(0. 250±0. 001)g,称准至 0. 000 02g平摊在坩埚中 。

　　7.2. 1.4 按仪器的操作规程启动仪器 ,完成终温为 1 300 ℃的样品燃烧试验 ,保存燃烧曲线 。

　　7.2. 1.5 按 照 附 录 A 的 方 法 , 根 据 7. 2. 1. 4 中 的 燃 烧 曲 线 确 定 燃 煤 助 燃 剂 评 价 用 燃 烧 终 温 T1、T2、 T3、T4。

　　7.2.2 原煤残碳测试

　　7.2.2. 1 设 定 热 重 分 析 仪 的 升 温 程 序 : 初 始 温 度 : 30 ℃;升 温 速 率 : 30 ℃/min;进 气 流 量 : 氩 气(Ar) 10 mL/min, 空气 150mL/min;终温 :T1。 降温过程切换空气流量为氩气(Ar)20mL/min以保护残渣至常温 。

　　7.2.2.2 在空坩埚条件下按仪器的操作规程启动仪器 ,完成试验用基线 。

　　7.2.2.3 待仪器温度下降到 30 ℃ 以 下 时 , 调 取 7. 2. 2. 2 中 的 基 线 , 称 取 7. 1. 3 中 未 添 加 助 燃 剂 的 煤 样(0. 250±0. 001)g, 称准至 0. 000 02g平摊在坩埚中 。

　　7.2.2.4 按仪器的操作规程启动仪器 ,完成终温为 T1的原煤燃烧试验 。

　　7.2.2.5 待仪器温度下降到 30 ℃以下时 ,收集原煤残渣 。

　　7.2.2.6 按照 GB/T 476测定 7. 2. 2. 5 中原煤残渣碳含量 ,记为 Cd,T1(原 煤 残 渣) 。

　　7.2.2.7 按照 7. 2. 2 的试验步骤继续完成 Cd,T2(原 煤 残 渣) 、Cd,T3(原 煤 残 渣) 、Cd,T4(原 煤 残 渣) 的测试试验 。

　　7.2.3 煤样添加助燃剂后的残碳测试

　　7.2.3. 1 待仪器温度下降到 30 ℃ 以 下 时 , 调 取 7. 2. 2. 2 中 的 基 线 , 称 取 7. 1. 3 中 添 加 助 燃 剂 后 的 煤 样(0. 250±0. 001)g, 称准至 0. 000 02g平摊在坩埚中 。

　　7.2.3.2 按仪器的操作规程启动仪器 ,完成终温为 T1的添加助燃剂后煤样的燃烧试验 。

　　7.2.3.3 待仪器温度下降到 30 ℃以下时 ,收集添加助燃剂后煤样燃烧的残渣 。

　　7.2.3.4 按照 GB/T 476测定 7. 2. 3. 3 中残渣碳含量 ,记为 Cd,T1(助 燃 剂 残 渣) 。

　　7.2.3.5 按照 7. 2. 3 的试验步骤继续完成 Cd,T2(助 燃 剂 残 渣) 、Cd,T3(助 燃 剂 残 渣) 和 Cd,T4(助 燃 剂 残 渣) 的测试试验 。

　　8 效果助燃评价指标与结果计算

　　8. 1 评价指标

　　以不同燃烧终温下的残碳差值作为助燃剂效果评价指标 ,符号记为 ΔCTi ,i= 1,2,3,4。

　　8.2 结果计算

　　残碳差值的计算 ,见式(1) :

　　ΔCTi =Cd,Ti(原 煤 残 渣) -Cd,Ti(助 燃 剂 残 渣) …………………………( 1 )

　　式中 :

　　Ti — 样品燃烧终温 ,单位为摄氏度( ℃) ;i= 1,2,3,4;

　　Cd,Ti(原 煤 残 渣) — 终温为 Ti时的原煤残渣中碳元素含量 , % ;

　　Cd,Ti(助 燃 剂 残 渣) — 终温为 Ti时的添加助燃剂后残渣碳元素含量 , % 。

　　9 精密度

　　燃煤助燃剂效果评价的精密度如表 1规定 。

　　表 1 燃煤助燃剂效果评价的精密度

　　10 试验报告

　　燃煤助燃剂效果评价试验报告具体形式参见附录 B。

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　终温温度值确定方法

　　A. 1 燃烧曲线图绘制

　　按照 7. 2. 1 的规定进行完成 1 300 ℃下样品的燃烧实验 ,保存生成的燃烧曲线 ,样品 A 的燃烧曲线如图 A. 1所示 ,从图 A. 1 中可读出样品燃烧剩余百分数(αT )与温度 T 的关系 。

　　图 A. 1 1 300℃下样品燃烧曲线

　　A.2 燃烧终温参考值(Tb)计算

　　以空干基灰分(Ad)的 1. 11倍作为确定燃烧温度的剩余百分数参考值 ,计算公式见式(A. 1) :

　　αTb = 1. 11Aad …………………………( A. 1 )

　　式中 :

　　αTb— 温度为 Tb时的样品燃烧剩余百分数 , % ;

　　Aad— 试验煤样灰分空干基值 。

　　根据图 A. 1 中 αT 与温度的关系 , 由计算出的 αTb值读取对应温度点 Tb。

　　A.3 燃烧终温计算

　　根据 Tb确定燃烧终温 ,接近 Tb且为 50整数倍的温度点作为第一个燃烧终温温度点(T1) :当 T1大于 850 ℃ ,依次递减 50 ℃作为第二(T2) 、第三(T3) 、第四(T4)燃烧终温温度点 ;

　　当 T1小于 850 ℃ ,依次递减 20 ℃作为第二(T2) 、第三(T3) 、第四(T4)燃烧终温温度点 。

　　A.4 示例

　　A.4. 1 灰分(Ad)测试

　　将试验煤样 A、B、C按照 GB/T 212的规定进行灰分测试 ,结果见表 A. 1。

　　表 A. 1 试验煤样灰分(Ad)测试结果

　　A.4.2 1 300℃下的燃烧曲线图绘制

　　按照 7. 2. 1 的规定进行完成 1 300 ℃下 样 品 的 燃 烧 实 验 ,试 验 煤 样 燃 烧 曲 线 图 见 图 A. 2、图 A. 3、图 A. 4。

　　图 A.2 煤样 A在 1 300℃燃烧曲线

　　图 A.3 煤样 B在 1 300℃燃烧曲线

　　图 A.4 煤样 C在 1 300℃燃烧曲线

　　A.4.3 燃烧终温确定

　　A.4.3. 1 煤样 A

　　煤样 A 的 Aad为 22. 72% ,乘以 1. 11后 αTb为 25. 22% ,从图 A. 3 中可读出 Tb为 1 214. 6 ℃ , 因此1 200 ℃ 作为煤样 A 的第一燃烧终温温度值(T1) ,1 150 ℃ 、1 100 ℃ 、1 050 ℃分别为第二(T2) 、第三(T3) 、第四(T4)燃烧终温温度值点 。

　　A.4.3.2 煤样 B

　　煤样 B 的 Aad 为 38. 36% , 乘 以 1. 11后 αTb 为 42. 58% , 从 图 A. 4 中 可 读 出 Tb为 934. 5 ℃ , 因 此950 ℃ 作为煤样 B 的第一燃烧终温温度值(T1) ,900℃ 、850℃ 、800℃分别作为第二(T2) 、第三(T3) 、第四(T4)燃烧终温温度值点 。

　　A.4.3.3 煤样 C

　　煤样 C 的 Aad 为 36. 21% , 乘 以 1. 11后 αTb 为 40. 19% , 从 图 A. 5 中 可 读 出 Tb为 861. 3 ℃ , 因 此850 ℃ 作为煤样 C 的第一燃烧终温温度值(T1) ,830℃ 、810℃ 、790℃分别作为第二(T2) 、第三(T3) 、第四(T4)燃烧终温温度值点 。

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　燃煤助燃剂效果评价试验报告示例

　　试验时间 : 试验 : 审核 :

　　图 B. 1 原煤、添加助燃剂后煤样残碳率变化图示例

　　图 B.2 残碳差值变化图示例