不同热解工艺下半焦的微观结构特点及其对燃烧性能的影响

对比研究了3种直立内热炉半焦(熄焦方式分别为水泡熄焦、喷水熄焦及烟气干熄焦)及一种流化床热解半焦的微观结构及燃烧性能。通过对半焦组成、孔隙结构、有机官能团、碳化学结构及半焦微晶结构分析,获得了不同低温热解工艺半焦的组成及微观结构特点,明确了组成及微观结构与燃烧性能之间的关系。结果表明,不同热解工艺半焦的组成和微观结构差异明显,其对半焦的燃烧性能影响显著。干熄焦碳化学结构缺陷比例大,快速热解半焦孔隙结构发0达、挥发分高,与水喷焦相比水泡焦石墨化程度低;水喷焦燃烧性能优于水泡焦,干法所得半焦的燃烧性优于湿法;半焦的挥发分含量决定其燃点,在快升温速率条件下孔隙结构对半焦的燃烧性能影响较大,而慢升温速率条件下有序化度对半焦的燃烧性能影响较大。     

热解制备芦竹半焦基础性能分析

为了研究低温热解炭化后芦竹半焦的基础性能，利用中温管式炉，选取4个热解温度(350、450、550和650 ℃)制备芦竹半焦，研究了芦竹失重率、化学组成、微观形貌、燃烧性和反应性的变化。研究发现，热解炭化后的芦竹半焦挥发分大幅降低，固定碳含量大幅增加，形成了较发达的孔隙结构，半焦的燃烧性和反应性也随着热解温度和热解时间的变化而改变，350～450 ℃是热解的剧烈反应区间，挥发分大量逸出；热解温度大于450 ℃后，芦竹失重率、微观形貌、燃烧性和反应性变化不大。     

不同热解半焦与高炉喷吹煤粉燃烧性能差异性

 研究不同半焦与喷吹煤粉的燃烧性能有利于半焦进行高炉喷吹、降低炼铁成本。通过改变热解温度、热解升温速率、热解保温时间和热解气氛在管式炉中制备了不同的半焦样品,通过工业分析和热重试验、结合比表面积、发热量和活化能变化对不同热解半焦和两种喷吹煤粉燃烧性能差异进行了分析。结果表明,不同热解条件下制备的半焦,其燃烧性能大多介于两种喷吹煤之间,热解温度是影响半焦反应性能最重要的因素,热解温度对活化能的影响呈现先减小后增大的趋势。不同热解温度制备的半焦孔隙结构均比喷吹煤发达,且累积孔容积和比表面积均呈现先增加后减少的趋势,孔隙特点与燃烧性能基本对应。550 ℃是制备高反应性半焦较适宜的热解温度。可以通过控制热解条件制备高反应性半焦,这有利于半焦在高炉喷吹中的应用。     

用于高炉喷吹的低阶煤梯级转化半焦的燃烧性能

 采用固定床热解装置制备神木长焰煤与凤眼莲和冶金工业固体废弃物热解终温分别为450和550 ℃的共热解半焦;利用管式沉降炉模拟高炉喷吹条件研究共热解半焦的燃烧性能,并考察了热解终温和共热解物质对半焦燃烧性能的影响。研究表明：高炉瓦斯泥和冷轧氧化铁红的加入起到催化煤热解的作用,其中高炉瓦斯泥的催化热解效果最优,挥发分析出的增幅为18.4%;煤与冷轧氧化铁红在热解终温550 ℃时共热解半焦的燃烬度最佳为98%,与550 ℃时的原煤半焦的燃烬度相比,提高了22.5%;SEM扫描电镜结果显示,煤与冷轧氧化铁红共热解半焦与原煤半焦相比,半焦表面产生了更多的裂纹;除煤与轧钢氧化铁皮及煤与高炉瓦斯泥共热解半焦外,试验所制备的其他共热解半焦的各项性能均符合中国喷吹用煤指标。     

低变质煤热解提质及其半焦作为高炉喷吹用燃料的特性分析

为降低焦比、优化高炉燃料结构和降低生铁成本,结合高炉喷吹要求,对半焦部分特性进行了分析。结果表明:与既有的两种喷吹煤对比,样品半焦的燃烧性能均介于两种喷吹煤之间,但半焦之间差异明显;工业分析和半焦的表面与攀钢喷吹煤相似,但累积比表面积较大;基本上能满足高炉喷吹燃料要求,但对于部分高灰分和挥发分半焦,应当考虑混合使用或不用。     

包钢高炉喷吹低温半焦试验研究

低温半焦是高挥发份的烟煤经低温热解得到的固体炭质燃料,具有固定碳高,灰分低、硫低,挥发分较低的特点。高炉喷吹低温半焦的试验研究表明,其爆炸性、可磨性均能满足生产要求,燃烧率指标还要优于目前的混合煤粉;低温半焦若能在高炉冶炼领域得到利用,可以缓解无烟煤资源紧张的压力,拓宽高炉喷吹煤源选择范围。     

干熄焦灰对重钢高炉喷吹煤粉燃烧性能的影响

对干熄焦灰对重钢高炉喷吹煤粉燃烧性能的影响进行分析总结。通过改变高炉喷吹煤粉中烟煤和干熄焦灰的配入比例发现,随干熄焦灰配比由5%增加到10%,混合煤的固定碳和挥发分含量变化明显,而灰分和硫分变化不大,不同温度下的燃烧性能有所降低,但燃烧率均保持在80%以上,完全能够满足高炉正常生产。     

分峰法分析半焦燃烧动力学的非等温热重实验

为了清楚地阐述半焦的燃烧过程,采用非等温热重法研究了氧气体积分数对半焦燃烧动力学的影响。得出挥发分析出燃烧、碳燃烧失重规律及其描述函数,挥发分析出燃烧和碳燃烧所需的表观活化能和表观指前因子。结果表明:挥发分析出燃烧所需的表观活化能和表观指前因子的最小值处于φ(O_2)=28%的条件下,最大值处于φ(O_2)=30%的条件下;碳燃烧所需表观活化能和表观指前因子的最小值处于φ(O_2)=24%,最大值处于φ(O_2)=30%条件下。     

白云鄂博稀土尾矿对半焦助燃脱硝的影响研究

针对白云鄂博稀土尾矿利用率低的问题,为拓展其利用范围,研究了白云鄂博稀土尾矿对半焦助燃脱硝的影响。在自制的燃烧平台对稀土尾矿的脱硝效果进行分析,采用热重分析仪对配入不同稀土尾矿比率的半焦试样的着火点、燃尽温度、燃尽时间、综合燃烧特性指数等参数进行了分析,探讨了稀土尾矿的配入量对半焦燃烧性能的影响,同时利用扫描电镜和X射线衍射对燃烧后试样进行对比分析,进一步研究稀土尾矿对半焦燃烧影响的原因,结果表明,稀土尾矿的加入有助于半焦燃烧产物中氮氧化物的减少,在加入适量的稀土尾矿时有助于半焦的燃烧,当稀土尾矿的加入量在20%及以下时其对半焦助燃脱硝效果最好。     

生物质炭化提质制备高炉喷吹燃料的研究

生物质原料具有碳中性的属性,将其用于高炉冶炼可以降低钢铁生产CO₂排放。以典型农林废弃物为原料制备生物质炭,研究了热解炭化和水热炭化工艺参数对制备生物质炭高炉喷吹性能的影响。结果表明,2种炭化方式均可有效脱除生物质原料中的挥发分,提升生物质炭的品质,但热解炭化会造成灰分富集,水热炭化能够同时脱除灰分,生物质热解炭的收得率低于水热炭。生物质热解炭和水热炭的着火点较低,其中水热炭具有强爆炸性,热解炭无爆炸性,生物质热解炭和水热炭的燃烧性能和可磨性优于高炉喷吹烟煤。有害元素分析表明,水热炭的碱金属含量远低于热解炭,对于林木类生物质,2种炭化方式制得的生物质炭均可应用于高炉喷吹生产,但需控制热解炭的喷吹量;对于秸秆类生物质,应优选水热炭化的方式进行炭化提质,以降低碱金属对高炉冶炼的负面影响。     

兰炭与烟煤混合燃烧特性及机制分析

试验研究表明,烟煤M的燃烧性要好于兰炭XJ,兰炭XJ燃烧后期燃烧速度变慢。随着烟煤M配比量的增加,混煤的燃烧性逐渐变好。烟煤M对改善混煤的可燃性具有重要作用,当烟煤配比量超过20%时,能显著提高混煤的综合燃烧特性指数。研究结果表明,兰炭XJ与烟煤M在成分、微观结构及化学结构上具有显著的差异性,这是导致烟煤M燃烧性好于兰炭XJ的本质原因。     

熔融气化炉内块煤成焦后粉化现象的相关研究

采用200 kg级炼焦炉对熔融气化炉主要使用的2种块煤进行了不同时间的半焦裂解试验,比较了2种块煤成焦后的粒度分布和强度变化,发现B煤在炼焦炉内粉化严重,随结焦时间的延长其粒度降解度一直在升高,而A煤降解度在达到最大值后开始下降.对比了2种块煤生成半焦的矿相微观结构,A煤生成的半焦主要以镶嵌结构和各向同性结构为主,而B煤生成的半焦主要以类丝炭和各向同性结构为主;2种半焦均含有未成焦煤.通过分析熔融气化炉内取出的风口试样中不同粒度的含碳物质其矿相微观结构,认为在炉缸内6.3 mm的颗粒由2种块煤裂解成焦后的粉化现象所引起,且B煤的粉化是主要因素.     

干熄焦焦炭质量特性研究

采用微观和宏观技术手段研究了焦炭质量特性,分析了在6m焦炉140t/h的条件下干熄焦与湿熄焦的质量差异。试验结果显示,干熄焦和湿熄焦相比,灰分略有升高,抗碎强度M40提高,耐磨强度M10降低,焦炭反应性CRI降低,而焦炭反应后强度CSR提高。干熄焦和湿熄焦之间灰成分无明显差异,干熄焦焦炭的气孔率比湿熄焦低,干熄焦焦炭的显微结构各项异性指数OTI提高。研究表明,气孔率和焦炭显微结构的变化是焦炭冷热强度变化的内在原因,其中焦炭气孔率变化达到8.8％,是引起焦炭反应后强度变化的主要原因。     

155t/h干熄焦工艺对焦炭品质及生产的影响

在相同配煤比及焦炉加热制度的情况下,对干、湿法熄焦的焦炭主要品质指标进行了对比分析,结果表明:干熄焦有效地控制焦炭水分,提高焦炭的机械强度,改善焦炭的热强度,降低反应性,但是对单炉产量和大焦率有一定的影响。     

焦炭低浓度燃烧及碳素溶损反应的模拟研究

通过连续热反应装置,考察不同焦炭粒度在低O2及CO2浓度下随温度下的失重行为,并采用此装置对干熄焦过程焦炭的烧损行为进行分析研究。结果表明,焦炭的燃烧反应和碳素溶损反应的起始温度约分别为550和800℃,且随着焦炭粒度的降低以及温度、O2、CO2浓度的提高,焦炭的损失质量均会增加;同时通过对TG、DTG曲线的分析,得到焦炭在低浓度燃烧反应的动力学参数。利用连续热反应装置,能较好地模拟干熄炉内焦炭在不同温度区域、气相组成以及红焦燃烧和碳素溶损的反应过程,为探讨工业上干熄焦炉内的焦炭烧损控制及其对焦炭质量的影响提供理论指导。     

干熄焦系统中硫化物产生及其变化规律

通过热解试验及建模分析,对干熄焦系统中硫化物产生原因及其变化规律开展了研究。焦炭残余挥发分和焦炭烧损是干熄焦系统中硫化物的主要来源,且存在硫化物的平衡浓度(S_e)。采用热重质谱联用仪对生焦进行热解分析,推测焦炭残余挥发分主要成分是H₂。通过建模分析,当不考虑焦炭残余挥发分的影响时,硫化物的平衡浓度仅与导入空气中O₂含量、焦炭中的硫和碳含量有关。当烧损量一定时,存在一特定值,当S_r(残余挥发分中硫的体积分数)大于该值时,S_e随V_r(单位时间内在干熄系统内释放的焦炭残余挥发分体积)增大而增大;当S_r小于该值时,S_e随V_r增大而减小。对某干熄焦循环气体中SO₂浓度进行了检测,检测值低于不考虑残余挥发分时的理论值S0_e,推测该干熄焦系统中残余挥发分的存在降低了干熄焦系统中S_e。     

干湿法熄焦对焦炭强度影响的对比分析

通过测定焦炭强度和水分 ,对干法熄焦和湿法熄焦对焦炭质量的影响进行了对比分析。结果表明 :干熄焦炭提高了成熟度 ,减少了微裂纹的产生 ,改善了内部结构 ,其抗碎强度 M40比湿熄焦炭提高了 6% ,焦炭水分降低 5 %。     

Coal pyrolysis in a rotary kiln: Part II. Overall model of the furnace

In order to simulate coal pyrolysis in a rotary kiln in the steady-state regime, a mathematical model has been developed which calculates the temperature profiles in the charge, the gas, and the furnace walls, together with the gas composition and the degree of removal of volatile species. The model takes into account the principal physicochemical and thermal phenomena involved, including the complex movements of the charge; the gas flow; heat transfer between the charge, the gas phase, and the furnace walls; drying and pyrolysis of the coal; the cracking of tars; the combustion of volatile species; and the combustion and extinction of the coke. The data necessary for the model were obtained by specific experiments or from the literature. The model has been validated by comparing its predictions to measurements performed on an industrial rotary kiln. The model has been used to study the influence of operating parameters such as the furnace rotation speed, in order to optimize the process. It is shown how a modification to the extinction zone leads to an increase in coke yield of 0.75 pct.     

高炉喷吹煤配加供料系统除尘灰可行性分析

除尘灰的合理利用一直是钢铁厂面临的问题之一,近年来国内重点钢铁企业都在将干熄焦除尘灰配入喷吹煤中进行高炉喷吹,实现了除尘灰的资源化利用。为了明悉不同除尘灰进行高炉喷吹时工艺性能的区别,提升高炉消纳除尘灰的能力,对首钢京唐公司所产干熄焦除尘灰CC9、供料系统除尘灰C8和CCJ1及其与煤粉混合喷吹的可行性进行分析,并根据研究结果在首钢京唐3号高炉进行工业试验。研究结果表明,3种除尘灰均具有高固定碳含量和低的挥发分,燃烧性能比高炉喷吹煤粉差,在配加比例不超过5%情况下,干熄焦除尘灰CC9混煤与供料系统除尘灰C8以及CCJ1混煤燃烧曲线接近,供料系统除尘灰可以配加到煤粉中进行高炉喷吹。从工业试验结果来看,配加5%供料系统除尘灰对高炉喷吹煤粒度、除尘灰成分以及高炉炉况和燃料消耗均不会造成较大影响,可以替代干熄焦除尘灰,弥补除尘灰高炉喷吹资源缺口。