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

摘要：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。     

长焰煤热解半焦气化反应动力学研究

为获得升温速率对长焰煤热解半焦气化反应的影响,利用热重分析仪对半焦在不同升温速率(5、10、20、30、40℃/min)条件下的气化反应进行了研究,并采用Flunm-Wall-Ozawa(FWO)和Friedman等转化率法进行半焦气化动力学参数的分析计算。结果表明,升温速率的增大不利于半焦的气化,升温速率越快、气化反应温度越高,且气化后期气化速率峰会出现重叠; 2种等转化率法求得的半焦气活化能分别为145.91±32 kJ/mol和149.21±7 kJ/mol;采用等转化率方法研究半焦气化动力学可行。     

提质煤代替高炉部分喷吹用煤及其性能

 为了拓展高炉喷吹燃料资源,研究了由长焰煤低温热解提质后得到的提质煤作为高炉喷吹煤利用的可行性。试验采用TG/DTG差热分析对提质煤的燃烧性和反应性进行研究,运用SEM电镜对提质煤与F煤的微观结构进行表征。结果表明,提质煤的燃烧性和反应性均明显优于F煤,这主要是由于提质煤在低温热解过程中挥发分析出,煤粉颗粒结构遭到破坏,产生大量孔隙和棱角结构所致。配加提质煤的混煤燃烧结果表明,提质煤与F煤燃烧具有协同反应作用,混煤的燃烧性和反应性都明显提高,有利于高炉喷吹煤粉在高炉中燃烧利用。高炉喷吹提质煤工业试验结果表明,配加提质煤焦比、燃料比下降,当提质煤配比达40%时,燃料成本下降9.84元/t,经济效益可观。     

炼焦煤热解挥发分析出特性及作用的研究进展

热解是炼焦煤成焦发生的主要反应,炼焦煤热解产生热塑态同时伴有挥发分析出,对焦炭质量产生关键性影响.从炼焦煤的热解机制、挥发分析出规律、挥发分析出与物理结构和化学结构的关系等角度综述了挥发分析出特性及作用的研究进展.炭化过程中的挥发分析出特性与焦炭化学、物理结构的演变有直接关系,进而影响焦炭质量.现有的研究仅停留在实验层...     

COREX炉内块煤裂化成焦的热态强度

通过对COREX所用2种块煤在不同条件下所成半焦的显微结构、热态强度进行观察,分析了影响块煤成焦质量的内在因素。比较2种块煤所成半焦的组成结构及性能差异后,发现兴隆庄煤成焦结构要优于大同煤,但兴隆庄原煤组织反应性较高,故在前期其煤成焦强度低于大同煤,直至成焦结构较多时,才高于大同煤。通过对COREX风口焦及实验室自制半焦的微观形貌和性能进行对比,确定了风口焦的来源,风口前兴隆庄煤形成焦炭的表面呈现出较浅的孔洞,其热态强度明显高于大同煤形成的焦炭。     

干熄焦及其热能的利用

近代工业生产必须大力节约能源,减轻环境污染。焦化生产每炼一吨焦炭因加热耗用的燃气热量约3136～3346兆焦,而从炭化室推出1000～1050℃的红焦显热占40％左右(即1339兆焦/吨红焦)。湿法熄焦,红焦的显热全部随熄焦水汽化散失于大气中。既浪费了大量热能,又由于红焦被水急剧冷却,使焦炭内部产生应力而出现裂纹,降低了焦炭质量。与此同时,湿熄焦生成的蒸汽夹带着粉尘、酚、氰化物、硫化氢和氨等腐蚀性介质,严重腐蚀周围的构筑物、金属管线和设备。其中有毒成分,大大地超过了环保标准,造成大面积的环境污染。新近发展起来的干法熄焦,无论对节约能源、改善焦炭质量及减轻环境污染均优于湿法熄焦。尤其对节能,干熄焦可回收红焦     

高炉喷吹生物质水热炭的可行性分析

 钢铁生产制造过程消耗大量化石燃料,同时排放大量CO₂和污染物,降低钢铁生产过程CO₂排放成为实现钢铁工业“碳达峰”和“碳中和”目标的关键。生物质作为植物光合作用的产物,具有产量大、可再生、碳中性的特点,是唯一具有可再生性能的含碳清洁能源,具备良好的可存储性和易运输特点,将丰富的生物质资源高效应用于高炉炼铁生产成为钢铁工业实现绿色可持续发展的关键。但生物质普遍具有水分含量高、固定碳含量和发热值低、碱金属(K、Na)有害元素多和粉碎性能差的缺点,不经炭化处理难以满足高炉炼铁生产对喷吹燃料的工艺性能要求。对比分析了热解炭化和水热炭化技术原理的差异,并对两种技术制备获得生物质炭的高炉喷吹基础性能和工艺性能进行了系统检测。结果表明,热解炭化能够脱除生物质中的挥发分,提升固定碳的含量和发热值,但灰分和碱金属元素在热解过程中会富集到生物质炭中,造成热解生物质炭中灰分和碱金属元素含量大幅增加,4种生物质热解炭中碱金属元素质量分数普遍大于1%,远超高碱度煤中碱金属元素含量的标准,不能作为喷吹燃料替代煤粉进行高炉喷吹生产。水热炭化在脱除挥发分的同时,能够有效脱除溶解生物质中的矿物元素,制备得到的生物质水热炭具有灰分和碱金属元素含量低、固定碳和发热值高的特点,同时生物质水热炭还具有高的可磨性和优良的燃烧性能,能够满足高炉喷吹的要求。生物质水热炭化技术解决了生物质能量密度低、有害元素含量高、粉碎和喷吹困难等限制性问题,通过生物质水热炭化技术制备优质碳中性燃料进行高炉喷吹新技术的实施,支撑了宝武集团实现绿色低碳炼铁。     

干熄焦运载罐车改进

介绍了干熄焦焦罐运载车的机构组成及动作原理,对日常生产中该系统发生的典型问题进行改进。分析焦罐及其衬板的运行环境,从衬板材质及安装结构改进入手,延长其使用寿命。分析了熄焦车旋转对位机构的运行工况,增加转盘旋转对位条件,提升旋转对位精度,从程序分析和设备改造入手,防止出现焦罐钩偏事故。通过改进为干熄焦红焦的承接和运送提供了可靠保障,不断提高了干熄焦设备的作业效率。     

三种石油焦热解特性及动力学模型建立

在热重分析仪上开展三种石油焦的热解特性研究,分析了颗粒直径、升温速率和样品种类对石油焦挥发分析出温度区间、析出速率的影响。研究结果表明,热解过程挥发分析出主要集中在500~800℃温度区间内;颗粒直径小,石油焦挥发分析出起始温度高,但颗粒直径对整体析出速率影响较小;随升温速率增大,热解起始温度升高,热解速率峰值变大;高挥发分石油焦,挥发分析出起始温度低,挥发分析出峰值大。采用Coats-Redfern法建立石油焦热解过程的动力学模型,三种石油焦热解模型遵循化学反应机理,反应活化能在45~63k J/mol之间。     

高炉喷吹半焦的可行性

本文介绍了煤的热解和半焦性质。煤在快速热解过程中脱除热解水、焦油、部分的硫和煤气。半焦含有比煤低的硫含量和较高的热值。半焦的可磨性、反应性及燃烧性都比煤好，因此，半焦是高炉理想的喷吹燃料。     

生物质焦与煤混合燃烧特性及动力学分析

利用热重分析天平,采用非等温燃烧的方法对生物质热解产物——生物质焦与两种无烟煤混合试样的燃烧特性及其反应动力学参数进行了实验研究,考察了不同配比的混合试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数,求出了反应的动力学参数活化能E_a和指前因子A.结果表明:活化能和指前因子均随混煤中生物质焦比例的增加而降低,存在动力学补偿效应;煤中掺入生物质焦后,试样燃烧的第一阶段和第二阶段的活化能分别呈现出"U形"曲线和"阶梯形"曲线的规律,且对混合燃料热解过程的作用要优于对固定碳燃烧过程的作用;活化能的计算表明生物质焦的存在有助于改善煤的着火性能,对煤的燃烧有催化促进作用.