ICS73.040 D20 中华人民共和国国家标准 GB/T31097—2014 燃煤助燃剂助燃效果评价方法 Performanceevaluationofcoalcombustion-aidadditivesforcoal 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前 言 本标准按照GB/T1.1—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。 ⅠGB/T31097—2014 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/T212 煤的工业分析方法 GB474 煤样的制备方法 GB/T476 煤中碳和氢的测定方法 GB/T6425—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-aidadditives 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-aideffect 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 carbonresidualdifference 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/T6425—2008,定义3.5.3.1] 1GB/T31097—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0.0001g;程序升温速率β能达到5℃/min~50℃/min的范围;温 度25℃~1400℃,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20mm,高6mm。 6.4 铁盘,400mm×600mm。 6.5 样品勺。 6.6 喷壶,体积6mL。 6.7 注射器:体积1mL;针头:5号。 7 试验步骤 7.1 试样准备 7.1.1 煤样的制备 按GB474将试验用煤逐级破碎制备粒度小于3mm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10min;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10min;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。 2GB/T31097—2014 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10min;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1mm,使其达到空气干燥状态。缩分 (100±1)g制成小于0.2mm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150mL/min;终温:1300℃。 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0.00002g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1300℃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) 10mL/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0.00002g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/T476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0.00002g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/T476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。 3GB/T31097—2014 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; ΔCTi ———终温为Ti时的残碳差值,%; 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 指标/% 重复性限/% Cd,T 0.50 ΔCT 1.00 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。 4GB/T31097—2014 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1300℃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 1300℃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。 5GB/T31097—2014 A.4 示例 A.4.1 灰分(Ad)测试 将试验煤样A、B、C按照GB/T212的规定进行灰分测试,结果见表A.1。 表A.1 试验煤样