灰成分影响煤灰烧结温度的实验研究

利用压差法煤灰烧结温度测量装置,通过用化学纯试样替代煤中灰成分来改变煤灰不同组分的含量,研究了在典型燃烧反应气氛和气化反应气氛下SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、Na2O、K2O等灰中化学成分对煤灰烧结温度的影响特性。实验结果表明,与燃烧气氛下SiO2成分一般提高烧结温度不同,气化气氛下添加的SiO2会与氧化物结合生成的硅氧化物和硅酸盐矿物群产生低共融现象,导致在一定含量范围内降低烧结温度;添加Fe2O3在气化气氛下能显著降低煤灰的烧结温度,在燃烧气氛下对烧结温度的影响不大;在燃烧气氛或气化气氛下,添加Al2O3和K2O对烧结温度影响较复杂,随着其加入会适当降低煤灰烧结温度,当其含量超过一定比例后又会提高煤灰烧结温度;无论在燃烧还是气化气氛下添加MgO都会降低煤灰烧结温度,但当其含量超过一定比例后对煤灰的烧结温度的影响不大;在煤灰中添加CaO和Na2O无论在燃烧气氛下还是气化气氛下都可以明显降低煤灰的烧结温度。     

碱金属对煤燃烧特性的影响及动力学分析

采用热重法研究了碱金属盐（K2CO3、NaCl）对煤粉燃烧特性的影响。升温速率为20 ℃/min,20%（体积比）的氧气（99999%）和氮气（99999%）混合气体作为气氛气体,气体流量为80 mL/min。实验结果表明：K2CO3、NaCl能够改善煤粉的燃烧性能,当K2CO3、NaCl负载量（煤）在低于52049 7 mg/g和8969 4 mg/g时,随着负载量的增加着火温度降低,与原煤相比最多降低60 ℃和32 ℃。K对挥发分的析出、着火以及固定碳的燃烧都具有催化作用,Na主要催化固定碳的燃烧。Na、K均可降低煤样高温燃烧区的表观活化能,提高燃烧反应速度。     

CO2与H2O对煤炭急速气化反应活性的 影响分析

为探讨煤气化反应过程中合成气CO和碳氢化合物(HCs)的产量,以及水对煤气化反应活性的影响,应用自制的CO_2激光束以200℃/s的急速加热系统在CO_2富集环境中(O_2浓度≤10%),通过改变实验的升温速率、氧气浓度及煤样润湿度等条件,进行了煤的气化与燃烧特性实验。实验结果表明:在煤的气化与燃烧过程中,随着加热温度的升高,煤样的质量损失与合成气的产量不断增加,且煤样的质量损失与转化气体环境之间的关系为Air富CO_2富N_2;在富CO_2气体环境中,随着加热温度的升高,O_2浓度5%环境的CO气体和HCs气体的产量相对较大;此外发现CO气体生成量相对降低,而HCs生成量相对增加,这一结果表明煤在CO_2富集气体环境的气化燃烧过程中,CO气体的生成主要依赖于O_2浓度,而HCs的生成则主要依赖于H_2O。     

无烟粉煤成型块炭化行为及热解气体生成规律

采用自制炭化装置研究了含有球化剂和黏结剂的无烟粉煤成型块在炭化过程中的收缩特性,用显微热台考察了煤微粒热解时微粒面积随温度变化的关系,用GC考察了型煤炭化过程中热解气生成规律。研究结果表明:无烟粉煤成型块在炭化过程中分别在150 ℃和600 ℃左右有明显的收缩峰,其炭化分为不同于烟煤的5个阶段,即干燥-预热-软化阶段（<480 ℃）、热分解开始阶段（480～550 ℃）、热解-黏结阶段（550～600 ℃）、固-胶体固化阶段（600～630 ℃）和固化型煤收缩阶段（600～900 ℃)。其中第2阶段热解气中的CO2、C2H4、C2H6、CO和CH4含量达到45.62%;第5阶段析出的气体开始以CH4和H2为主,后期主要是H2。     

CO_2/H_2O气化反应作用下煤恒温富氧燃烧特性

利用自制恒温热分析系统研究了不同气氛中(O_2/N2,O_2/CO_2和O_2/H2O_/CO_2)煤粉在温度(800~1 200℃)和氧气体积分数(2%~21%)范围内的燃烧行为,主要关注CO_2/H2O_气化反应作用下的燃烧特性。结果表明:在800℃时,大同烟煤在O_2/N_2中相对O_2/CO_2较快的燃烧速率主要源于N_2和CO_2物性的差异。温度升高到1 000℃进而到1 200℃,CO_2气化反应影响增强,大同煤在O_2/CO_2中整体反应速率逐步接近并超过O_2/N_2中的燃烧速率。但是当氧气体积分数超过10%后,气化反应影响减弱,大同煤在O_2/CO_2中的反应速率又逐渐落后于O_2/N_2中。因为H_2O比热和氧扩散能力介于N_2和CO_2之间,在气化反应作用之前,大同煤在O_2/CO_2/H_2O中的燃烧速率低于O_2/N_2而高于O_2/CO_2。在2%氧气体积分数下,温度的升高强化了CO_2/H_2O协同气化的影响,使得大同煤在O_2/H_2O/CO_2中的整体反应速率始终要高于O_2/CO_2中;但是氧气体积分数增加到10%后,协同气化作用减弱,导致大同煤在3种气氛中的反应过程较为接近。与大同烟煤相比,阳泉无烟煤在气化反应作用下的整体反应速率增幅更加明显,说明气化对高阶煤反应过程改善可能更为显著。     

O2/CO2煤炭地下气化模型试

利用O2/CO2作为气化剂进行煤炭地下气化,不仅能够提高煤气中有效组分的含量和CO/H2比例,而且煤气脱碳后适合用于合成甲醇或液化天然气（LNG）。为考察O2/CO2地下气化的可行性,通过模型试验在模拟煤层中进行不同O2/CO2比的气化试验,考察不同CO2浓度气化下的煤气组分特征、温度场分布、燃空区立体形状以及污染物析出情况。试验表明：CO2体积分数为40%~50%时,煤气中的CO和H2的含量均在25%左右,CO2的含量小于50%。与已有的富氧空气地下气化模型试验结果相比,在气化剂中的CO2能够抑制地下气化过程中CO2的生成,O2/CO2气化下的温度场相对较低,气化过程中煤层的最高温度也只有1 200 ℃,对煤气有效组分的生成比较有利。最终的燃空区3D形状符合一般燃烧扩展规律,试验过程中还监测了硫化氢、氨气和焦油等污染物的析出量。     

K2CO3催化煤炭不完全气化联产高强度颗粒炭及富氢合成气研究

煤气化技术是煤炭清洁高效利用的重要技术。然而,煤气化过程气化碳转化率无法达到100%并产生大量废渣,而细渣中高含量且孔隙发达的残炭提取困难,使得大量堆积的细渣很难资源化利用。从细渣产生的源头出发,采用低灰煤圆柱状成型煤颗粒在K₂CO₃催化下进行不完全气化(在碳转化率达到70%～80%时终止气化)联产高性能活性炭及富氢合成气,并研究气化气体产物组分和所制备K掺杂活性炭AC-Kx的CO₂吸附性能及K对CO₂吸附性能的影响。结果表明：在纯水蒸气气氛下,外部热源供热气化终温950℃条件下,Kx催化不完全气化气体产物中H₂/CO体积分数比值在2.20～6.29,氢碳比f在1.37～2.32。与未掺杂钾的样品相比,K₂CO₃催化气体产物的氢碳比显著提高;气化后期产生的气体中CO和CO₂体积分数偏高,说明不完全气化及时终止气化反应可提升合成气的氢碳比,同时降低煤气化工艺的碳排放;当K₂CO₃     

不同镜惰比低阶煤燃烧特性及动力学分析

为解释显微组分对低阶煤燃烧特性的影响,以一系列不同镜惰比低阶煤为研究对象,利用热重-质谱-差热(TG-MS-DTA)联用技术,研究了样品在空气气氛下的燃烧特性、热量变化过程以及气体逸出行为。结果表明：煤的显微组分含量对煤燃烧达到最大反应速率时的温度影响不大,但对反应最大速率的大小有影响,富惰质组煤燃烧的反应最大速率更大。同时,煤中较多矿物使得反应达到最大速率时温度更高。燃烧过程呈现出明显的两个阶段,第一阶段(400℃之前)缓慢放热,对应脱挥发分过程,第二阶段(400℃之后)快速放热,对应固定碳燃烧过程,燃烧放热特征呈现出缓慢到快速放热的转变。不同镜惰比煤在燃烧过程中主要释放CO₂、CO、H2O等气体,但释放的相对含量不同,脱挥发分阶段,有较少的CO₂、CO气体释放,H₂O的释放相对量较多。而在固定碳燃烧阶段,CO₂大量释放,CO释放量略低,H₂O最少。其中,富惰质组煤在燃烧过程中释放相对更多的CO₂,在相同条件下,燃烧更加充分。此外,还借助Coats-Re...     

丙酸钙高温协同脱硫脱硝的试验研究

在管式炉反应器上对丙酸钙高温条件下脱硫脱硝效果进行了试验研究。试验结果表明,煤中添加丙酸钙燃烧,硫、氮析出速率明显降低,SO2、NO排放量显著减少,1 000 ℃、按钙硫比为2的量向聊城贫煤中添加丙酸钙,单位质量煤粉SO2、NO排放量分别减少了6466%和4869%;脱硫脱硝效果受燃烧温度、煤的含硫量、钙硫比的影响;低温有利于脱硫,高温有利于脱硝;在相同钙硫比添加量下,煤种含硫量越高,丙酸钙脱硫脱硝效果越好;增大钙硫比可提高脱硫脱硝率,按钙硫比为2可以获得较为理想的脱硫脱硝率,继续添加丙酸钙,脱除效率提高不明显。     

煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究

〖HT5H〗摘〓要：〖HT5K〗实验室研究了山西阳泉无烟煤在30 ℃恒温下注入N2对吸附平衡煤样中CH4的竞争吸附解吸特性,结果表明混合压力高于225 MPa后,CH4吸附量开始下降。在阳泉煤业集团石港矿业公司井下进行了煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究,结果表明,注氮16 h后距离2 m以内的钻孔自然排放纯瓦斯流量提高了2倍以上,煤体解吸气体中CH4浓度由9729%减小到7966%,氮气浓度由080%增加到1319%,煤层瓦斯含量由977 cm3/g减少到868 cm3/g,起到了预排瓦斯的效果。     

CO2气化反应对O2/CO2气氛中煤焦燃烧特性影响

为探讨CO2气化反应在低氧气体积分数下对煤焦燃烧及燃烬过程的影响,利用热天平对比研究了大同煤焦在O2/N2/和O2/CO2气氛中的燃烧行为,主要探讨CO2气化反应对煤焦富氧燃烧特性的影响。实验结果表明,在5%氧气体积分数下,煤焦在O2/CO2气氛下的燃烧速率要低于O2/N2气氛下。当氧气体积分数降低到2%,且温度高于900 ℃时,在CO2气化反应的作用下,煤焦在O2/CO2气氛中的整体反应速率逐渐高于O2/N2气氛中的燃烧速率,使得燃烬提前。随着环境温度的升高,煤焦在O2/CO2和O2/N2气氛下的反应速率均有所增加,但在O2/CO2中增幅更显著。动力学分析显示,在5%氧气体积分数时,大同煤焦在O2/N2中的活化能要低于O2/CO2中。当氧体积分数减少到2%时,由于高温下煤焦的燃烧和气化反应同时进行,较高的气化反应活化能使得煤焦在O2/CO2中的整体反应活化能有明显增加。     

转炉高温煤气中煤粉的气化行为

为了有效提高转炉高温煤气中可燃气体品质,降低CO2含量。文中提出了一种向转炉高温煤气中喷吹煤粉制备高品质气体的方法。本试验方法采用FactSage 6.1计算各组分之间反应的可能性,利用热重分析仪对煤焦的热解、气化、复合添加剂下的催化气化行为进行理论分析,通过沉降炉实验研究了900~1 200 ℃气体产物的动态析出特性,并计算出可燃气体上升率α,CO2下降率β作为评价指标,最后通过工业试验进一步验证。试验结果表明,煤焦质量损失是由于CO2气化行为造成的,加入添加剂后,气化反应开始温度降低了62 ℃,气化反应结束的温度降低了117 ℃,煤气中H2和CO的含量显著升高,CO2和CH4的含量显著降低。无添加剂条件下,α值由900 ℃时的7.63%增加到1 200 ℃时的17.27%,β值由900 ℃时的4.42%增加到1 200 ℃时的27.52%。含添加剂条件下,α值由900 ℃时的11.51%增加到1 200 ℃的37.64%,β值由900 ℃时的11.48%增加到1 200 ℃时的54.72%。在900~1 200 ℃,α值随温度的升高,逐渐增大,β值随温度的升高,逐渐减小。在1 200 ℃时,含添加剂与未加入添加剂相比α值增加20.37%,β下降27.20％,这是由于添加剂对煤粉的气化起到催化作用。与沉降炉实验结果相比,工业试验得到的α,β值分别增加5.29%,4.96％,工业试验值略大于沉降炉实验值。通过试验结果分析验证了向转炉高温煤气中喷吹煤粉制备高品质气体的方法的可行性。该试验方法的设计应用,可为转炉高温煤气中可燃气体品质优化提供参考。     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧NO的排放特性

以徐州烟煤和娄底无烟煤为研究对象,在水平管式炉上对比了O2/N2和O2/CO2两种气氛下NO的析出释放规律,获得了O2/CO2气氛下,温度、氧气体积分数、石灰石添加剂与煤种对NO排放量的影响规律。实验结果表明：高体积分数CO形成的还原性气氛是导致富氧燃烧条件下NO排放总量低于空气气氛的主要原因;700～900 ℃时,升高温度对两种气氛下NO的释放均有促进作用,O2/CO2中两种煤对温度的变化更为敏感;O2体积分数增加能够促进两种煤NO的释放;CaCO3的加入在两种气氛下都能对NO起减排作用,在O2/CO2气氛中的减排效果要优于O2/N2气氛;高含氮量煤种的NO排放总量更大,但转化率低。     

低变质煤水热提质及气化特性研究

将低变质煤在高压反应釜中进行不同温度(100℃~250℃)的水热提质试验,然后采用非等温热重分析法对不同提质煤进行CO2气氛下的气化特性分析。分析结果表明,水热提质后煤样表面形貌发生较大变化,煤整体结构发生收缩,表面结构致密化并产生裂缝和断裂。原煤和提质煤在气化过程中均经历了热解和碳气化这2个主反应段。随着水热温度增加,提质煤由于挥发分含量减小使其热解段的反应速率明显下降,而碳气化段反应速率增加不明显;在碳气化段,提质煤的碳转化率随着水热温度的升高而有所增加,煤焦气化活性指数整体上略呈增大趋势。研究表明,该低变质煤提质后的气化活性受物理孔隙结构变化的影响可能超过煤阶和化学微晶结构等因素的影响。     

高温下神府煤焦/CO2气化反应动力学

在950~1 400 ℃,以神府煤为原料制备了各种慢速和快速热解焦,并对各种热解焦的CO2气化反应动力学进行了研究。研究结果表明：在高温范围内,修正体积模型对神府煤焦/CO2气化反应的模拟明显优于收缩未反应芯模型和随机孔模型;神府煤焦气化反应动力学从低温到高温存在一个偏折点,即低温区(950~1 150 ℃)属化学动力学控制,高温区(1 150~1 400 ℃)属扩散动力学控制。在950~1 150 ℃,神府慢速和快速热解煤焦的表观活化能范围分别为109.21~205.30 kJ/mol和86.88~116.90 kJ/mol;在1 150~1 400 ℃,分别为16.58~52.16 kJ/mol和14.00~32.91 kJ/mol;神府煤焦/CO2气化反应过程也存在动力学补偿效应。     

涌水条件下富氧煤炭地下气化温度场扩展的模型试验

借助模型实验系统进行了一定涌水条件下的富氧空气煤炭地下气化试验,研究了不同氧气浓度下炉内的最大升温速率、燃烧前沿的移动速率、以及量化的三带分布与煤气组分的对应关系。试验结果表明,在一定涌水条件下,富氧浓度在21%～80%的煤炭地下气化,煤层的最大升温速率在3.7～9.0 ℃/min,而且氧气浓度在45%左右时,升温效果较好;燃烧前沿沿气化通道的移动速率在0.07～0.11 m/h之间;温度场的三带分布情况对煤气组分有较大影响;当煤炭地下气化温度场的温度梯度比较小时,煤气的组分比较好。     

豹子沟煤业煤层自然发火标志气体分析与优选

通过对豹子沟煤业10101采煤工作面中9、10、11号煤层煤样实验和分析,得到CO可以在38℃~193℃范围内作为预测预报煤自然发火的指标气体,C2H4和C3H6气体可以在225℃左右和275℃左右时作为预测煤层自然发火的指标气体,C2H2气体可以在320℃~419℃左右范围内作为预测煤层自然发火的指标气体;豹子沟煤业煤层自然发火临界氧气浓度为7.0%,可以据此准确的预测煤层自然发火。