低阶煤低温热解半焦在模拟高炉喷吹条件下的燃烧性能

采用自制固定床热解装置在隔绝空气的条件下制备神木长焰煤热解终温分别为400℃、450℃、500℃及550℃的热解半焦,利用管式沉降炉模拟高炉喷吹条件研究神木长焰煤低温热解半焦的燃烧性能,并考察了热解终温、半焦喷吹粒径以及燃烧反应温度对半焦燃烧性能的影响。研究表明：低温热解半焦的燃烧性能优于实验所选用无烟煤的燃烧性能,半焦的燃烧性能与其燃料比之间存在负相关关系,即燃料比越高,燃烧性能越差;降低热解终温、减小半焦喷吹粒径以及提高燃烧反应温度均能改善半焦的燃烧性能,当热解终温为400℃、喷吹粒径100～200目、燃烧反应温度为1100℃时半焦的燃尽度最佳为96%。本实验半焦制备及燃烧条件与现有低温热解和高炉喷吹工艺相符,且热解半焦各项性能均符合喷吹用煤指标。     

煤焦燃烧特性及反应活性探究

中国褐煤资源丰富,然而由于褐煤自身特点使其应用受到了极大的限制。针对中国褐煤应用最广的途径———燃烧,借助热重分析仪对不同热解终温的褐煤半焦及热解终温为1273 K的褐煤半焦与原煤的混合燃料的燃烧特性进行了分析。并利用Coats-Redfern法进行了燃烧动力学的分析,通过求得的表观活化能表征煤焦的燃烧反应活性。研究发现：热解终温越高,煤焦的燃烧特性越差;掺混褐煤有助于提高其半焦的燃烧特性,而掺混燃料的燃烧稳定性几乎和原煤无差别,且随着掺混比例的增加,混合燃料的活化能逐渐增大,越不易点燃,掺混半焦对燃料的燃烧特性和反应活性都有影响。相同制备条件下的烟煤半焦和褐煤半焦的燃烧动力学参数尤其是活化能相差很大,可见煤焦的燃烧反应活性与煤种有关。     

煤炭地下气化过程中半焦孔隙结构的变化规律

在煤炭地下气化过程中,热解反应生成的半焦孔隙结构性质是影响气化过程的重要因素.对大雁褐煤、协庄烟煤、昔阳无烟煤及其热解半焦的比表面积、孔容积和孔径进行了测定,总结出了不同煤种、不同热解温度和不同热解气氛下半焦孔隙结构变化的规律.结果表明,半焦的表面结构特性受热解温度和热解气氛双方面的影响,改变热解终温或气氛,孔径分布特征变化幅度不大.     

中低温热解半焦作为高炉喷吹燃料的现状分析及建议

为优化高炉燃料结构和降低生产成本,从半焦的基础性能、工艺性质、喷吹效果等方面论述了中低温热解半焦作为高炉喷吹燃料的研究现状,分析了半焦替代喷吹煤粉后存在的主要问题,提出了改善半焦性能的途径和建议。现有中低温热解半焦的煤质特征和多数工艺性质满足高炉喷吹要求,但其可磨性与燃烧性能波动较大,需区别对待。随着半焦添加比例的增加,混煤的燃烧和可磨性能总体呈下降趋势。提出应通过热解过程控制、与其他燃料共热解、催化燃料等方式改善低温干馏半焦性能,增加廉价燃料在喷吹燃料中所占比例,降低高炉炼铁成本。     

内蒙古褐煤热解半焦燃烧特性研究

为实现内蒙古乌拉盖褐煤的高效利用,以粒度小于6 mm乌拉盖褐煤为原料,用马弗炉模拟工业炭化炉热解条件,制取了乌拉盖褐煤中低温热解半焦,测定了热解半焦的工业分析、发热量、哈氏可磨性指数,分析了半焦的燃烧动力学,研究了热解条件与半焦燃烧特性之间的关系。结果表明:热解终温对乌拉盖褐煤热解半焦燃烧特性影响最大,升温速率和保温时间对半焦燃烧特性影响不显著。乌拉盖褐煤热解半焦反应活化能随热解终温、保温时间的升高而增加,燃烧特性指数随热解终温、保温时间的升高而降低。热解终温为600℃时产生的半焦具有最高发热量24.50 MJ/kg,比原煤提高77%;燃烧特性指数最高为1.4×10-7%2/(min2·℃3),适宜燃料比为7~9,是很好的燃料。     

不同挥发分含量煤种与热解半焦混燃热态试验研究

半焦是低阶煤经低温热解后的产物,着火和实现稳定燃烧较原煤需更高温度,为拓展其在电厂动力用煤等领域的应用,有必要引入一些易燃高挥发分煤种作为混燃燃料;同时国内外关于混煤燃烧研究多是基于小型试验台和数值模拟,而非中试规模的试验系统。基于此,在350 k W热态试验炉上开展了不同挥发分煤种(褐煤、烟煤、次烟煤)与神木热解半焦混燃热态试验研究。通过测量燃烧器下游主燃区不同轴向位置、径向位置处炉膛温度以及O_2、CO、CO_2、NO_x等气体成分浓度,研究掺混煤质变化对混合燃烧(半焦质量掺混比50%)的着火特性以及NO_x生成影响。结果表明:混合燃料浓侧煤粉射流的着火优于淡侧,O_2消耗及燃烧产物生成也主要集中在浓侧;随着混合煤质V_(daf)增加,混煤射流着火距离减小,燃点下降,燃烧器出口与稳定燃烧区之间的距离随之缩短;主燃区出口截面处,褐煤+半焦、烟煤+半焦、次烟煤+半焦混合射流中心的NO_x浓度分别为473、462、532 mg/m~3(6%O_2下,下同),对于褐煤+半焦、烟煤+半焦混合射流NO_x浓度差值较小,仅为11 mg/m~3。综合考虑着火距离、燃烧强度和主燃区NO_x排放量,适合较大比例混合热解半焦(半焦掺混比50%)混燃煤质的V_(daf)不宜低于16%。     

生物质热解半焦燃烧特性的实验研究

鉴于目前针对生物质热解半焦燃烧特性的研究较少,以稻壳、松木屑和玉米秸秆为原料,利用自行搭建的固定床热解实验台,在300、400、500、600℃的热解温度下制备了以上3种生物质的半焦,同时采用TG-DTG热分析联用技术,研究热解终温、粒径、升温速率和生物质种类对生物质热解半焦燃烧特性的影响。结果表明:热解终温越高,半焦的燃烧性能越差;同一种半焦,粒径越小越有利于其着火与燃尽;升温速率为50℃/min时,燃烧性能达到最佳;不同生物质种类制得的半焦燃烧性能差异很大。     

冷却方式对低温热解半焦结构及性能的影响

对比研究了经水泡冷却和通氮气冷却方式制得的低温热解半焦的微观结构和理化性能差异.X射线衍射与傅立叶变换红外光谱分析结果表明:氮气冷却半焦样品的官能团强度和碳原子结构有序化程度比水泡冷却的样品高;氮气吸附结果表明:氮气冷却半焦比表面积较小,且10nm以下的孔隙发达程度不及水冷半焦;可磨性与转鼓强度测试结果表明:氮气冷却半焦样品的可磨性比水泡冷却半焦低20%,抗碎性能高于后者;热重分析结果表明:相较氮气冷却半焦,水冷半焦的燃烧着火点降低了19℃,平均燃烧速率更快,燃尽性能更好.     

生物质型煤热解半焦的燃烧特性研究

为开拓低阶粉煤资源高效分质利用途径,在前期制备的能满足直立炉热解要求的生物质型煤的基础上,利用同步热分析仪研究了生物质型煤热解半焦的燃烧性能,并与原煤、原煤半焦及型煤的燃烧性能进行了对比,考察了热解温度对半焦燃烧性能的影响规律。由结果可知,生物质型煤热解半焦的燃烧特征温度低于原煤半焦;随热解温度的升高,原煤半焦的燃烧特征温度呈线性增加,而型煤半焦燃烧特征温度的增加幅度较小;在热解温度较高时,型煤半焦的燃尽性能较好;型煤半焦的综合燃烧特性略差于相同热解温度的原煤半焦,但差别很小。热解温度为650℃的型煤半焦具有最好的燃尽性能和综合燃烧特性。     

低阶煤热解条件对高炉喷吹半焦燃烧性能及动力学特性的影响

采用热重分析法研究了不同热解条件下半焦的燃烧性能和动力学特征,利用Ozawa法求取动力学参数。结果表明,热解温度越低、保温时间越短时,半焦的燃烧性能越好;热解升温速率对半焦燃烧过程的反应程度影响不大;粒度越大,燃烧性能差异性越明显。热解温度对半焦燃烧性能影响较大,550℃是本研究中制备高燃烧反应性半焦的适宜热解温度。两种不同粒度原煤制得的半焦均随转化率增大,活化能减小。1~3 mm原煤在热解温度为550℃时所得半焦在燃烧过程中符合反应级数模型,化学反应为限制性环节,反应最概然机理函数为f(α)=(1–α)2。     

乌拉盖褐煤热解特性及反应动力学参数研究

为获得较好的褐煤半焦制备工艺参数,研究了不同制备条件(热解终温、升温速率、原煤粒径、热解气氛)下制得的乌拉盖褐煤半焦的燃烧性能和燃烧动力学参数。结果表明,热解终温对半焦品质的影响最大,热解升温速率、原煤粒径和热解气氛对半焦燃烧特性的影响不显著。热解终温由350℃升至600℃时,反应指数RI由235℃升至292℃,半焦着火性能变差;燃尽指数Cb由4.68升至6.15,半焦燃尽性能变差;爆炸指数Kd由2.54降至0.46,半焦爆炸倾向性变低;反应活化能由44.4 k J/mol升至63.4 k J/mol,半焦燃烧动力学特性变差。热解终温为520℃时制得的半焦反应指数、燃尽指数、爆炸指数和反应活化能分别为265℃,5.34、0.80和53.2 k J/mol,属于易着火、易燃尽、中等爆炸燃料,燃烧特性良好。     

碱/碱土金属对煤热解半焦燃烧特性的影响

低温热解提油-半焦燃烧可以实现低阶煤的梯级高效利用,是目前低阶煤高效利用的研究热点。由于热解半焦挥发分低,导致其燃点高、难燃尽,而添加助燃剂是改善低挥发分煤热解半焦燃烧特性的有效途径。采用热重法研究了碱金属(K_2CO_3)和碱土金属(CaCO_3)添加剂对半焦燃烧特性的影响,并利用Kissinger-Akahira-Sunose (KAS)模型对不同条件下的燃烧活化能进行研究。结果表明,半焦着火温度高、燃烧性能差,半焦中碱性矿物质对其燃烧性能有一定催化作用;CaCO_3的添加对半焦燃烧特征参数的影响不大,说明其对半焦燃烧性能的促进作用不明显;与碱土金属CaCO_3不同,添加碱金属K_2CO_3能显著降低煤热解半焦的燃点、最大燃烧峰温及燃烧指数;同时随着K_2CO_3添加比例的增加,半焦表观燃烧活化能显著降低,说明其能明显促进半焦的燃烧反应性;在本研究试验条件下,添加2%K_2CO_3对改善半焦燃烧性能效果最好,同时采用浸渍法添加K_2CO_3的分散效果更好,因此相比机械混合方式,浸渍法添加K_2CO_3更能改善半焦的燃烧特性。     

不连沟煤热解半焦燃烧特性研究

煤热解产生具有高利用价值的煤气和焦油,并伴随产生大量的热解半焦,燃烧是半焦的主要利用途径之一。本文采用非等温热重分析法研究了热解条件(热解温度和停留时间)、热解气氛和燃烧升温速率对热解半焦燃烧行为的影响,并利用Coats-Redfern积分法对半焦燃烧过程进行动力学计算。结果表明:热解温度对甲烷二氧化碳重整与煤热解耦合过程半焦的燃烧反应特性有重要影响。随热解温度升高,半焦燃烧反应性呈下降趋势,反应活化能逐渐增加,这与半焦中较低的挥发分成正相关。热解停留时间和热解气氛对半焦燃烧影响较小。与在氮气中热解半焦相比,加氢热解和耦合热解半焦表现出几乎相同的燃烧特征和反应活化能。燃烧升温速率显著影响半焦的燃烧特性,提高燃烧升温速率促使半焦燃烧反应在更高温度下进行。     

五彩湾煤快速热解及多联产路线研究

低阶煤的热解多联产技术是实现煤炭分级、高效、清洁利用的最佳途径之一。为了探索储量巨大的新疆五彩湾煤炭资源的高效利用技术途径,利用1 kg/h实验室规模流化床快速热解装置研究了该煤种在600℃的热解特性,并对热解产物进行了分析。研究发现,热解后煤质得到了提升,并且半焦的燃烧特性仍接近于原煤;焦油中芳烃含量较高,长链烷烃含量较低,较适合于先提取化学品再加氢制备优质燃料。与直接燃烧发电相比,五彩湾煤的热解多联产更能实现煤炭的高效、清洁利用。     

生物质活性半焦制备及应用研究现状

该文分析了生物半焦制备过程中热解温度、热解速率等条件对生物半焦吸附性能的影响。结果表明随热解温度升高,比表面积及孔隙结构呈现先增大后减小趋势,快速热解获得比慢速热解更好孔隙结构。通过活化和脱灰方式对半焦进行改性,改性后的半焦具有更好的吸附性能,也称为活性半焦。生物质活性半焦用于处理染料废水和烟气脱汞等。     

半焦-烟煤混燃特性及动力学分析

掺烧烟煤是解决低挥发分热解半焦着火难、燃尽差的一种有效方法。采用热重实验研究了半焦、无烟煤与烟煤混燃特性的差别,分析了混燃过程中的交互作用和反应动力学。结果表明:陕煤半焦的燃烧过程分为可燃质的燃烧和CaCO_3的分解两个阶段。半焦-烟煤混烧的主失重峰靠近燃料比接近的单燃料的DTG峰。半焦-烟煤混合燃料较无烟煤-烟煤混合燃料的综合燃烧特性更优。掺混烟煤比例越高,混燃的表观活化能越低,可燃性和综合燃烧特性越好。烟煤与半焦或无烟煤混燃过程中存在一定的交互作用,且无烟煤-烟煤的交互作用较半焦-烟煤更显著。可燃性指数和综合燃烧指数与燃料比呈负线性相关性,表观活化能E与燃料比呈正线性相关性。     

半焦-烟煤混燃特性及动力学分析

掺烧烟煤是解决低挥发分热解半焦着火难、燃尽差的一种有效方法。采用热重实验研究了半焦、无烟煤与烟煤混燃特性的差别,分析了混燃过程中的交互作用和反应动力学。结果表明：陕煤半焦的燃烧过程分为可燃质的燃烧和CaCO₃的分解两个阶段。半焦-烟煤混烧的主失重峰靠近燃料比接近的单燃料的DTG峰。半焦-烟煤混合燃料较无烟煤-烟煤混合燃料的综合燃烧特性更优。掺混烟煤比例越高,混燃的表观活化能越低,可燃性和综合燃烧特性越好。烟煤与半焦或无烟煤混燃过程中存在一定的交互作用,且无烟煤-烟煤的交互作用较半焦-烟煤更显著。可燃性指数和综合燃烧指数与燃料比呈负线性相关性,表观活化能E与燃料比呈正线性相关性。     

高碱低阶煤热解及热解半焦研究进展

我国碱金属、碱土金属(AAEM)含量高的低阶煤储量丰富。高碱含量造成锅炉受热面结渣沾污及气化炉结块腐蚀等难题,低阶煤内水高、氧含量高、挥发分高、发热量低以及易氧化自燃等特性为其储、运、用带来极大的难题。热解可生产优质燃料和高附加值化工原料,也是燃烧、气化、直接液化等过程的起始阶段和/或伴随反应,煤在热解阶段发生的反应、经历的变化,对煤转化利用的效率和清洁程度起重要、甚至决定性作用。笔者对煤热解与热解半焦研究及进展进行综述性评价,着重探讨煤中AAEM对热解过程及半焦的影响。结果表明,热解研究装置模拟的工况与现代煤化工过程中煤热解所处环境相差甚远,半焦样的代表性不强使热解研究成果的指导意义不大;对煤中不同赋存形态AAEM的分离方法有待完善,还需筛选、尝试新的萃取试剂;基本掌握了煤热解过程中AAEM的变迁行为,但尚缺乏控制煤中AAEM危害的有效方法。高碱低阶煤的安全高效洁净转化利用技术仍待突破。     

油页岩半焦与煤混合燃烧特性研究

采用热重分析仪对油页岩半焦与不同煤化程度的煤混合燃烧特性进行动态分析,讨论了掺混煤种和比例对燃烧过程的影响.结果表明,燃烧特性好的煤种可以改善页岩半焦燃烧特性,额吉长焰煤是最佳掺混煤种,随着煤掺混比例的提高,混合物燃烧特性指数增大.     

粉煤气化条件下不同粒径半焦的表征与气化动力学

利用可模拟真实粉煤气化条件的平流火焰反应器制取了同一煤种的2种不同平均粒径的半焦,并对其进行了物理表征和气化反应动力学研究. 其物理表征显示,小颗粒半焦的平均比表面积远小于大颗粒半焦. 半焦的CO2气化实验表明,含很多小孔的大颗粒半焦的气化反应受内扩散影响显著,比表面积较小的小颗粒半焦具有更高的气化反应速率. 利用随机孔模型导出了反应速率Ri. 根据小颗粒半焦在不同温度下平衡态时的反应速率Ri,s值获得半焦气化的本征气化反应速率表达式为Ri=1.243′103exp(-19243.5/T) g/(m2×min).