低温热解条件对低阶煤热解半焦燃烧行为的影响研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenshi_shen
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低温热解半焦是低阶煤低温热解去除部分挥发分并分离焦油后的固体产物。当作为高炉喷吹燃料,燃烧性能波动大,不利于在高炉中大规模喷吹利用。本文将提出通过改变热解条件来进一步改善半焦燃烧性的思路。研究成果对于高炉喷吹半焦具有重要的理论意义和使用价值。论文首先分析了不同热解工艺下所得半焦的TG曲线和非等温燃烧过程中的活化能,构建了燃烧特性与活化能之间的关系;接着分别采用XRD、Raman、BET和FTIR方法分析了不同熄焦方式的传统热解半焦、新型流化床快速热解半焦以及两种喷吹煤的微晶结构、碳化学结构、微观孔隙结构和官能团结构,构建了微观结构和燃烧反应性之间的关系;最后结合Melak方法获得了燃料非等温燃烧的反应机理模型,构建了等温非等温燃烧活化能之间以及微观碳化学结构和非等温燃烧活化能之间的联系。研究表明:(1)在热解温度为550℃,升温速率为15℃/min,保温时间为30min,N2气氛下可获得反应性最佳的半焦;其中大粒度半焦(Ea:72.61 k J/mol)的反应性优于小粒度半焦(Ea:73.43 k J/mol)。热解保温时间的增加、升温速率的降低以及H2和CO气氛均有利于半焦的热解。(2)干熄焦和快速热解半焦的碳化学结构中有序化结构所占比例分别为8.72%和7.53%,低于两种水熄焦,呈现出较好的燃烧性;此外,快速热解半焦和水泡熄焦孔隙结构发达,比表面积分别为77.20m~2/g和26.54m~2/g,远大于邯郸喷吹煤和攀钢喷吹煤的比表面积10.32m~2/g和3.52m~2/g;挥发分含量高的快速热解半焦和邯郸喷吹煤燃烧性能优于水泡焦和攀钢喷吹煤,攀钢喷吹煤的燃烧性能最差。(3)通过等转化率的方法求得非等温燃烧活化能远大于等温燃烧活化能;半焦和喷吹煤燃烧的机理通常可由反应级数模型和收缩球模型描述,但也存在扩散为限制性环节的情况;整个动态燃烧过程中,影响活化能大小的主要因素由初始的挥发分转变为较高转化率时的孔隙结构和碳化学结构,反应末期,本征结构对活化能的影响微小。研究结果证明通过改变热解工艺可以达到改善半焦燃烧性能的目的,有望拓展半焦在高炉及其它工业领域中的应用。
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