洗选对煤结构及其热解特性的影响

为了探讨煤炭洗选对煤结构及其热解特性的影响,本文选择贺西煤矿原煤(RC)、精煤(CC)、尾煤(TC)和脱灰煤(DC),利用 X 射线衍射(XRD)及傅里叶红外光谱(FT-IR)分析了洗选前后煤炭的结构变化,通过热重(TG/DTG)实验研究了煤热解特性,并对热解焦微晶结构作出分析。结果表明：煤炭洗选前后主要是灰分变化,对煤炭微晶结构和大分子结构的影响并不明显;从微观角度分析发现洗选造成脂肪富氢程度(Hal/Har)和脂芳氢比降低,特别是化学处理造成脂链上富氢基团(CH3、CH2)的脱落,但对脂链结构没有影响。在煤的热解过程中,灰分的存在降低了煤炭的热解缩聚程度,增加了热解活化能,造成热解特征温度均向高温区推移;并阻碍了煤焦基本晶格单元纵向的热缩聚,抑制了煤焦的石墨化进程。     

热解条件对煤焦孔结构和反应性的影响

使用加压热重分析仪、马弗炉和常压滴管炉装置对褐煤、次烟煤、烟煤进行制焦,应用压汞法、低温N2和常温CO2吸附法测定煤焦孔结构参数,并通过扫描电镜观察煤焦表面形貌,测定了煤焦的CHN元素含量,利用热重分析仪测定焦900℃下的CO2气化反应活性,研究了压力、升温速率、高温停留时间对孔结构和气化反应性的影响。研究表明,慢速升温下提高热解压力会降低孔表面积和气化反应性;提高升温速率,降低高温停留时间,则微孔表面积降低,中孔显著增加,大孔的分形维数降低,化学反应活性提高;煤焦反应活性主要与残余挥发分含量相关,其次受到大、中孔表面积影响,而与微孔无关。     

一种生物污泥热解半焦孔隙结构特性

污泥半焦的孔隙结构是影响热解反应的重要因素之一。该文利用固定床反应器在N2气氛下,温度为300~900℃对一种取自香港的生物污泥进行热解。采用ASAP 2010型比表面积及孔径分布分析仪测定生物污泥热解半焦的比表面积及其孔隙结构,研究污泥半焦的孔隙结构在热解过程中的变化规律。利用分形理论和等温吸附理论对半焦进行分析。试验研究与理论分析表明,随着热解终温的提高,孔隙结构变得发达,孔的种类多样化,总孔容积逐渐增加。比表面积总体呈现增加的趋势,从300℃时的0.72 m2/g增加到900℃时的64.88 m2/g,平均孔径为3.7~8.53 nm。不同温度制得的半焦,孔径分布具有相似的特点,在孔径为4 nm左右出现峰值。表面分形维数随热解终温的提高而增高,从2.539增加到了2.824,表面分形维数的增加,有利于污泥的热解。     

煤粉热解特性实验研究

利用热天平,以高纯氩气为气氛气体,研究了细化鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性。实验结果表明,不同粒度的细化和超细煤粉的热失重过程可以分为四个阶段,在1400℃之前DTG曲线有两个失重峰。从室温至400℃之间的,各样品的失重特性无明显区别。在400-980℃间,粒度对煤粉失重速率间存在较好规律性。升温速率对鹤岗细煤粉热解特性的影响表现在,随着升温速率的提高,挥发分的初析温度降低;热解最大失重速率增大,达到最大失重速率的温度升高,煤粉的热解特性指数D值增大,即升温速率的增加有利于细煤粉的热解。此外,在10℃/min加热条件下,对比了平均粒径基本相同的鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性,发现挥发分含量接近,而灰分含量较高的鹤岗煤的热解特性明显优于准噶尔煤。     

CO_2气氛对烟煤热解过程的影响

采用热重–傅里叶红外联用的方法研究徐州烟煤在Ar、N2和CO2气氛下的热解特性,考察CO2气氛下反应终温和升温速率对其失重和气体析出特性的影响。结果表明,CO2气氛对煤热解的影响主要在高温区,表现为对煤中碳酸盐分解的抑制作用和对煤焦的气化作用。反应终温900℃时,CO2气氛下CH4和C2H6的析出量较Ar和N2气氛下小,而CO析出量较大。CO2气氛下反应终温由700℃上升到1000℃,CH4和C2H6的析出量略有升高,CO析出量显著升高;升温速率提高,CH4、C2H6和CO析出量降低。     

催化剂对褐煤焦孔隙结构和表面形态的影响

在固定床反应器中对添加了碱金属K、碱土金属Ca、过渡金属Ni和Fe的褐煤进行制焦,采用N2等温吸附法测量各煤焦孔隙结构的表征参数,从而研究催化剂对煤焦的孔隙结构和气化反应性的影响。同时利用扫描电子显微镜分析煤焦表面形态的变化。测试结果表明,原煤焦主要含中、微孔;相对于原煤焦,添加Ca、Ni和Fe后煤焦的孔隙结构向中大孔发展,微孔比表面积减小,中大孔比表面积增大;而K-char的微孔和中大孔比表面积均大幅度减小。原煤焦以及添加Ni和Fe后所制成的焦均具有不规则粗糙表面和直管壁结构2种表面形态。当催化剂添加量达10%时,Ca-char和K-char从具有与原煤焦相同的表面形态发展为仅有粗糙表面形态。K-char和Ca-char的气化反应性随催化剂添加量的增加而增强,但K-char的比表面积随催化剂添加量的增加而减小,Ca-char的比表面积随催化剂添加量的增加先减小后增大。     

褐煤和煤矸石混合热解研究

对某煤矿的褐煤和某煤矿煤矸石的混合物按(1:4,2:3,3:2和4:1)的比例进行热解。本实验采用热重分析法(TG)和差示扫描量热法(DSC)。将试样分别在同一条件下进行试验,气氛为氮气,升温速率为10℃/min,压力为0.055 MPa,反应终止温度为1000℃。通过对试验结果分析,研究分析混合比对试样热解的影响,并得到最佳混合比。     

氢等离子体裂解煤制乙炔结焦物形成机理

为研究氢等离子体裂解煤制乙炔过程中的结焦物形成机理,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对反应器内混合段和反应段结焦物进行了分析。结果表明不同位置的结焦物形貌和石墨化程度不同:混合段结焦物以碳纳米管和碳微球为主,石墨化程度最高;第一反应段结焦物中碳微球颗粒较大,石墨化程度较高;第二反应段结焦物中有炭黑颗粒,石墨化程度较低。结合化学平衡理论分析,推测了结焦物不同的原因是裂解产物经历了不同途径形成结焦:混合段中煤粉颗粒、气态碳、固态碳,在壁面形成结焦;第一反应段中气态碳的气相沉积对壁面结焦影响增加;第二反应段结焦以固相吸附而形成。对不同挥发份的煤进行了实验,发现挥发份高的煤结焦严重。因此为减少或抑制结焦物形成,应选用低挥发份煤。     

基于傅里叶红外光谱的高温煤焦表面化学结构特性分析

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉,获取了不同环境气氛下的煤焦试样,采用傅里叶变化红外（Fourier-transform infrared,FTIR）光谱仪测定固体颗粒试样的表面微化学结构及官能团,通过FTIR谱图的分峰拟合处理,对焦样表面化学结构变化特征进行半定量分析。实验结果显示,热解及燃烧过程中所有的C—H、C—O类官能团基本均会随着挥发分一起析出,特别是含O及脂肪类结构基本消失,所属波段的吸收峰的强度均不同程度的有所减弱。无论热解还是燃烧过程,与芳氢相比煤焦中的脂肪类氢、碳基团更容易分解而析出,表现为试样中芳碳相对含量增加,焦样表观的芳香度（fa）升高。在高浓度的CO2气氛下,由于CO2对煤焦颗粒的气化效应,颗粒的实际温度较N2气氛时降低,使得煤焦中有机物的分解及析出过程有所延缓,表现为CO2气氛下颗粒的芳氢与脂氢比（Har/Hal）以及芳香度（fa）稍低于N2气氛时的情况。研究推断热解气氛及温度是影响有机组分分解及煤焦活性的关键因素。     

神府煤加压热解特性及热解动力学分析

煤的加压气化是煤清洁利用的关键,作为气化反应的初始阶段,煤热解特性对煤气化过程有着重要的意义.为了深入了解煤的加压热解机制,该文采用加压热重分析仪研究了我国的一种典型烟煤--神府煤在不同压力下的热解失重特性,采用挥发分释放综合特性指数(D)与非等温法,结合不同的扩散机制函数分析了神府煤加压热解动力学机制.研究发现神府煤的热解主要包括煤样的干燥脱水、挥发分的析出以及大分子焦油的二次裂解;加压对神府煤的热解过程有明显的影响,热解压力小范围的升高(＜0.8MPa)有利于挥发分的析出,然而过高的压力不利于挥发分的快速析出,挥发分释放综合特性指数可很好地表征神府煤加压热解过程中挥发分的析出特性.热动力学分析表明,三维球扩散模型比较适合神府煤的加压热解机制,低温段活化能随热解压力增大先增大后减小,但明显高于高温段热解活化能.     

氧化性气氛下煤热解脱硫的实验研究

在氧化性气氛中采用固定床反应系统对合山原煤进行了热解脱硫效果考察。主要考察了热解温度、热解时间对煤中挥发分和硫变化的影响。结果发现:随热解温度的升高,挥发分的损失量增加,而半焦的含硫量呈现先是升高而后下降的变化趋势;随热解时间的延长,挥发分的损失量增加,而半焦的含硫量呈现先是下降而后升高的变化趋势。     

典型煤种加压热解与气化实验研究

为了解压力对煤粉颗粒热解特性与固体煤焦的气化活性的影响，及其与煤粉颗粒特性的关联关系，采用加压热重分析仪在常压和3MPa下分析了4种我国典型工业用煤的热解失重特性，同时对煤焦的孔隙结构和化学组成进行了分析，并采用常压热分析仪比较了所得煤焦的CO2气化特性。结果显示高压不利于煤颗粒的热解，增加了煤焦的产量，而煤焦中H元素的含量明显降低；煤焦的气化活性也有明显降低。压力对不同煤种的影响因煤特性而异，褐煤焦的比表面积明显减少，而烟煤、无烟煤与贫煤的比表面积却有所增加，进而对煤焦气化特性的影响也有明显不同。     

双流化床中煤的热解特性试验研究

在双流化床试验台上,对神木煤的热解特性进行了试验研究。结果表明,在试验温度范围内,煤中的碳元素主要汇集于燃烧炉尾气,氢元素主要汇集于热解炉产物中。在热解炉温度450~850℃的范围内,热解产品质量收率随着热解炉温度的升高而上升,热解炉冷效率在550℃达到峰值。试验条件下,热解焦油质量收率在热解温度550℃时达到峰值;热解停留时间对热解焦油的产率影响不大。热解炉煤气各组分体积分数关系为:H2CH4COCO2;随着热解炉温度升高,热解气体热值降低,热解气体产率升高。     

基于煤热解动力学理论的CO在线监测技术在电厂的应用

针对某电厂制粉系统存在安全监控措施匮乏、磨煤机出口温度过低等问题,提出通过实时在线监测磨煤机本体及一次风管全工况下的CO数值,实现对磨煤机及一次风管的全方位监控,有效地提升了磨煤机的出口温度,达到了节能降耗的效果.     

氧量对松木热解特性的影响

基于热重-质谱联用仪上松木在5种不同氧量气氛下（0％、5％、10％、15％、21％）的热解实验研究考察了热解气氛中氧气浓度对热解特性的影响,通过差式扫描量热分析曲线讨论了氧量对反应热效应的影响,并对热解过程的动力学特性进行了分析。结果表明：氧气对松木热解2个阶段都有重要影响,氧气加速了热解反应;所求解的动力学参数能较好的描述反应过程,有氧热解过程存在动力学补偿效应;氧浓度的增大减小了反应放热温度范围,增大了放热峰峰值;除H2外的其他气体随着氧浓度的增大,析出温度范围变窄,析出峰峰值增大。     

给煤机煤闸门的新结构

针对现有锅炉给煤机煤闸门工作不佳的状况,提出了一种新的给煤机煤闸门结构方案,以解决现有给煤机煤闸门在运行中存在失步、开关位置指示不准、出口煤闸门不能完全关断并阻止热风反蹿等问题,从而避免给煤机进口煤闸门开关不到位,影响煤流和给煤机皮带被烧毁等一系列事故.实践表明,这些改进取得良好的效果.     

煤的快速热解动力学研究

煤的快速加热条件下的热解研究对煤气化反应过程以及气化炉的运行有着重要的意义。试验采用TGA/SDTA 851型热天平对不同煤种、不同升温速率、不同灰煤比下的煤快速热解特性进行研究，同时对3种气氛下煤的动力特性进行分析。研究发现：随着升温速率的增加，最大失重速率也有所提高；随着煤的变质程度提高，热解最大失重速率有所降低；随着灰/煤比的增加，失重速率先升后降。说明存在一个最佳的灰/煤比，使得失重速率达到最大值；在N2、、O2、CO2 3种气氛下，CO2气氛下的气化反应进行的温度要高于N2气氛下的热解和O2气氛下的燃烧温度，气化与燃烧相比，气化反应进行的剧烈程度远远小于燃烧。文中也根据Coast-Redfern积分方法得出了煤热解的表观动力学参数。     

黑液水煤浆焦与普通水煤浆焦CO2催化气化反应特性研究

黑液水煤浆燃烧和气化是一种新型的洁净煤利用技术。它是在普通水煤浆的基础上发展起来的,该文对黑液水煤浆焦和普通水煤浆焦进行CO2催化气化实验,得到了在等温条件和程序升温条件下气化反应的碳转化率。试验结果表明:黑液水煤浆焦中的钠及其化合物在气化过程中有明显催化作用,并且黑液中有机物成分也对气化起到一定促进作用。黑液水煤浆焦的碳转化率为98.37%,比普通水煤浆焦碳转化率(93.60%)高出5.1%,催化气化作用明显。两种煤焦的最佳气化反应温度为1200℃,碳转化率最高。碱金属催化剂的负荷饱和度LSL(loadingsaturationlevel)最佳值为10%。     

热解温度对褐煤半焦成浆特性影响的实验研究

采用低温热解法(450-650℃)对褐煤进行改性处理,研究热解终温对褐煤半焦成浆特性的影响,并从煤质特性和微观孔隙结构的角度对成浆性改变的原因进行了分析,选用Herschel-Bulkley模型对浆体流变特性进行拟合分析,直观地显示了水煤浆流变特性随浆体浓度和热解终温的变化情况.实验结果表明:低温热解有效地提高了褐煤的成浆性能,褐煤水煤浆的最大成浆浓度由改性前的44.31%,最大可升至66.78%,热解终温越高,定黏浓度越大.在表观黏度相近的情况下,热解终温越高,半焦水煤浆的稳定性越好.低温热解能有效脱除褐煤中的水分,促进含氧基团的分解,提高煤阶.热解后,煤的孔隙结构发生变化,热解终温升高,孔比表面积和孔容积减小.     

燃烧中气化半焦孔隙结构特性变化实验研究

针对工业气化炉二级旋风分离器捕集的气化后半焦,利用高温携带流反应器进行高温燃烧反应特性实验。对1273和1573 K两个温度,5%和20%两个烟气含氧量,在反应器轴向不同停留时间下采得半焦样。采用自动吸附仪(ASAP 2020)测定半焦样氮吸附等温线,对氮吸附等温线形态、BET比表面积及BJH孔容积等孔结构参数进行了分析,并结合分形维数测量和扫描电镜对燃烧过程中气化半焦孔隙结构变化规律进行研究分析。研究表明所采集的半焦样吸附等温线为典型Ⅱ类吸附等温线,高温和较高烟气含氧量对半焦孔隙结构变化有促进作用,半焦燃烧反应中比表面积变化趋势与半焦燃烧反应速率变化趋势相似,后期燃尽速率主要由焦炭本征反应活性决定。