石灰石的煅烧机理, 石灰石对燃料灰熔性的影响, 石灰石固硫效果, 石灰石固氟机理以及石灰石改善水煤浆的吸附剂性能等方面,从煤粉压球机工艺学的角度研究分解炉内碳酸钙对煤炭燃烧特性的影响的研究很少。今天我们以利用先进的热重技术, 来系统研究将碳酸钙从10%～90%添加到煤( 以混合样的质量百分比计) 中时, 它对煤炭燃烧特性的影响。
对此，相对做了实验，在实验中我们选择低挥发分、低灰分的内蒙古太西精煤作为原煤, 将煤样、石灰石原样经破碎后在110℃下烘干,再用密封式制样粉碎机统一制成粒度约180目的标准试样. 将石灰石和煤粉按( 以高岭石质量计) 0%,10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%比例称重, 充分混匀, 各试样配。利用扫描量热仪上对各试样进行燃烧特性实验, 工作气氛为N2 和O2, 流量分别为80mL/ min和20mL/ min, 升温速率为20℃/ min, 温度变化范围为25℃～1100℃. 每个试样重量约为20. 0mg. 由热重曲线( TG) 和差热扫描曲线( DSC) 对样品进行定性分析。
原煤和石灰石的DTG曲线上都只有一个大的尖峰区域, 原煤的DTG曲线上的最大值点出现在590℃左右, 石灰石的DTG曲线上的最大值点出现在810℃左右. 当把石灰石添加到煤粉中后, 燃烧明显分成两个阶段. TG曲线上的A点是两阶段燃烧的分界点, A上方的一段是粉的燃烧段, A下方的一段可以看作是石灰石的分解以及在石灰石中包裹的炭粒在较高温度下的燃烧段. 同时, 在添加了石灰石以后, 前期的燃烧强度降低, 随着石灰石的混合比例的增加, 燃烧逐渐集中于后期阶段。
各种试样的最大始失重速率和相应的温度及其燃尽曲线可以看出，添加石灰石后的试样的最大始失重速率总的趋势是下降的,只有在石灰石的添加量在30%的时候, 其最大燃烧速率比原煤大, 所对应的温度tmax也比原煤提前90℃左右. 在燃烧前期, 温度低于600℃, 燃烧过程并不是很剧烈, 这是加入的石灰石造成了煤粉的灰含量增大, 导致前期的燃烧强度有所降低, 但是在燃烧后期, 温度处于650℃～815℃时, 燃烧失重速率有所增加, 并且当温度在800℃左右时, 又出现一个明显的失重峰, 这主要是石灰石在高温下的分解过程,同时也有石灰石中包裹的炭粒在较高的温度下的燃尽过程, 因此有较大失重。对于原煤而言, 在680℃时, 95%左右的可燃质基本燃尽; 在加入石灰石后, 随着石灰石添加量的增加, 燃尽率随着降低. 当石灰石的添加量达到90%时, 此温度下的燃尽率只有30%左右, 当温度处于770℃～820℃时基本燃尽。
这说明原煤样的放热集中, 发热量大. 单纯的石灰石在680℃～860℃之间有一大的不对称的吸热峰, 这是石灰石分解引起的. 掺入石灰石后的试样的放热峰相对较窄, 发热量减少. 随着石灰石添加量的增加, 800℃左右由石灰石分解引起的吸热峰的峰值变大, 这是由于石灰石的量的增加, 使得其分解所需吸收的热量增大的缘故. 如果从石灰石分解的角度来看, 可以发现,当试样中煤粉所占比例增大时, 石灰石的分解温度就会降低. 这是由于煤粉放出的热量被石灰石吸收,在相对较低的温度下, 吸收的热量就可以满足石灰石分解所需的热量, 因此石灰石的分解温度降低。
在上述的实验条件下, 当石灰石的添加量在20%～30%, 着火温度较原煤降低约15℃～30℃. 这是由于加入石灰石后, 煤粉颗粒之间孔隙增大, 与氧接触的比表面积增大, 因此使得着火提前. 在石灰石的添加量小于70%的情况下, 石灰石的存在都可以使试样的着火温度降低. 当石灰石的添加量在70%～90%时, 试样的着火温度较原煤升高10℃～25℃.这可能是由于大量的石灰石以灰分的形式存在于试样中, 相对减少试样中挥发分的含量; 同时, 这些石灰石在同样的氧化过程中需要吸收相对较多的热量, 因此造成着火延迟, 着火温度升高。
最终从实验中我们得出三大结论：
（1）原煤的燃烧主要集中于燃烧前期; 石灰石的分解主要集中于燃烧后期. 在煤粉与石灰石混烧的情况下, 燃烧过程明显地分成两个阶段, 随着石灰石的混合比例的增大, 燃烧过程逐渐集中于燃烧后期。
（2）当石灰石的量在30%左右时, 试样的着火点比原煤约降低30℃, 此时的最大燃烧速率也比原煤快, 随着石灰石混合比例的增加, 最大燃烧速率有后移的趋势, 同时燃尽性变差。
（3）加入石灰石后, 由于试样的折算灰分增大,它的放热量降低. 在煤粉占较大比例的试样中, 石灰石的分解温度相对较低。
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