煤粉热解特性实验研究
粉煤热解技术研究与探讨

粉煤热解技术研究与探讨摘要: 本文主要对气固热载体双循环快速热解技术(SM-SP)的工艺原理进行了探讨和工艺技术特点的阐述。
关键词: 粉煤;热解;干馏;我国作为富煤大国,煤炭资源极为丰富,不论从能源利用,还是从国家战略角度考虑,十二五、十三五期间国家积极鼓励煤化工的发展,各大企业也积极投资建项。
然而我国受传统利用技术的制约煤炭资源的利用率并不高,而且还带来了各种污染和浪费,这与清洁高效的利用产生背离的同时,更不利于节能减排目标的实现。
煤炭分级分质利用[1]迫在眉睫,煤炭分级分质利用通常以煤炭热解工艺为基础,对煤热解产物煤气、煤焦油、半焦等进行深加工利用,生产多种具有高附加值的化工产品,从而实现煤炭利用最大化。
热解技术通常指的是在隔绝空气或惰性气氛下,将煤炭加热至500~650℃,利用其物理、化学变化使挥发分分解析出的过程,称为煤热解。
煤热解过程的产物为煤焦油、煤气及半焦。
目前,主流的技术有以下几种:DC热解技术、LCC 热解技术、带式炉热解技术、国富炉煤热解技术(GF)、无热载体蓄热式移动床热解技术、气固热载体双循环快速热解技术(SM-SP),此文以胜帮科技股份有限公司承建的1500 万吨/年煤炭分质清洁高效转化示范项目热解启动工程对气固热载体双循环快速热解技术(SM-SP)进行简单介绍。
一、工艺流程简述本装置分为磨煤干燥单元、粉煤进料单元、干馏及烧炭单元、分馏单元;1.磨煤及干燥单元来自原煤仓的原煤加入到磨煤机内。
在磨煤机内磨成粉状,并由高温惰性气体干燥。
惰性气体将干燥后的粉煤输送到进料单元的原料罐,通过原料罐内的旋风分离器将大部分(约 95%)的煤粉分离出来,剩余固体颗粒随着干燥惰性气返回磨煤干燥单元的粉煤袋式过滤器,将该部分细粉进行脱除,除尘后惰性气体中的粉尘含量<10mg/Nm3。
1.粉煤进料单元粉煤来自磨煤单元磨煤机,通过干燥惰性气体将磨煤机出口粉煤细颗粒经进料旋风分离罐送至原料罐中,然后进入锁斗送至计量给料罐中,计量给料罐底装有叶轮给料机并有质量称重计,在保证密封性的同时,实现煤粉的连续稳定计量进料。
09第九章-煤粉燃烧特性研究解析

1.灰熔融特征温度型结渣指数法 2.灰成分型结渣指数法 3.灰粘度型结渣指数法 4.特种判别方法 5.综合判别方法
五、煤燃烧污染排放特性研究
人们的环境意识及对环境的要求随着工业化 的发展日益提高。对降低煤燃烧产生的污染 物的排放的研究也越来越深入,已经达到实 用阶段。目前控制的主要气体污染物为NOx 和SOx,正进行CO2的控制研究。
颗粒与气相的关系
无滑移模型、小滑移模型、颗粒轨道模型、 多流体(多连续介质)模型等。
4、煤粉燃烧模型
挥发分热解模型。 挥发分紊流燃烧模型。 焦炭燃烧模型。
5、辐射换热模型
目前常用的能模拟颗粒与气相之间辐射传热 的模型包括:P-1辐射模型、离散坐标辐射 (DO)模型等。
P-1法是最简单的一种球谐函数法,它假定 介质中的辐射强度沿空间角度呈正交球谐函 数分布,并将含有微分、积分的辐射能量传 递方程转化为一组偏微分方程,联立能量方 程和相应的边界条件便可以求出辐射强度和 温度的空间分布。
ASM模型反映了与浮力及旋流效应有关的 各向异性湍流的基本特征,同时与DSM模 型相比大大削减了方程数目,也无需分别
给出各应力及通量分量的入口及边界条件, 因此该模型拓宽了k-ε模型的适用范围。但 该模型仅适用于不很偏离局部平衡条件的
流动过程。它无法计算出反梯度扩散效应,
同时在三维计算中的收敛性方面常常有相 当大的困难。
雷诺应力方程模型
直接推导雷诺应力的输运方程,通过求解该输运方程
来封闭湍流运动微分方程组,这种方法称为雷诺应力 模型(Reynolds Stress Model,即RSM)。求解雷诺应 力的方程,可以是微分方程(DSM:Differential Stress Model)或者是其简化形式-代数方程(ASM: Algebraic Stress Model)。雷诺应力模型通过建立和 模拟雷诺应力--二阶关联量的方程求得均流问题的封 闭,故又称为二阶矩封闭模型(Second-Moment Closure)。
煤热解特性及热解反应动力学研究

图1 不同粒径滕州烟煤的 T G、 D T G 曲线 ( 升温速率 : 30 ℃ / min)
2
] , 当 n ≠1 时 , 令 Y =
求解动力学参数主要有积分法和微分法 , 它们之 热力发电 ・ 2006 ( 04)
∼ λ
基础研究
ln [
) 1- n 1 - (1 - α ] , 则动力学方程可简化为 Y = a + 2 T ( 1 - n)
结果表明 , 当 n 等于 3 时 , 函数图像的线性关系最好 , 黑 龙江大头煤不同升温速率下的计算结果见表 5 。
2 . 2 动力学参数的计算
( 5) ( 6) ( 7)
对式 ( 8) 积分后两边取对数得 : ) 1- n 1 - (1 - α AR ( 2RT) E ln [ ] = ln [ 1 ] 2 βE E RT T ( 1 - n)
( n ≠1) ( 9)
或 ln [ -
) ln ( 1 - α T
2
] = ln [
βE
AR (
1-
2RT)
E
]-
E RT
式中 : E 为活化能 ; A 为频率因子 ; R 为气体常数 ; n 为 令 X =
T
( n = 1) ( 10)
1 α AR ( 2RT) E , = ln [ 1],b = ,当 n
βE
E
R
= 1 时 , 令 Y = ln [ -
) ln ( 1 - α T
微负压系统中不同粒径煤粉热解半焦特性研究

5. 0 5 7 3 . 61 7 . 5 O 1 . 4 7 0. 2 1
1 . 2 实 验 仪 器
灰分 、 挥 发分 含 量 和 结 构 等 特 性 对 其 高效 利用 有 着 很重 要 的影 响 , 因此 , 半 焦特 性 的研 究对 煤热 解 技术
的发 展 利用 具 有重要 意 义 . [ 1 半 焦 的特性 与 煤 热解
过程 紧密 相关 . 研究表 明, 升 温 速率 对 煤 热 解 历 程 、
产 物产 率 和结 构 等 有 重 要影 响 , 高 的升 温 速 率 下煤 热解 过 程会 产 生 的较 多 挥发 分 , 较 低 的 反 应 压力 下 煤 的挥 发 分更 易 逸 出 , 粒 径 不 同 的煤 粉 在 热 解 过 程 中挥发 分逸 出阻 力 不 同 , 挥 发 分 逸 出速 率 影 响 煤 焦 的微 观结 构 . 因此 , 本 文研 究 了微负 压 系统 中煤 粉 粒
DS ( 发散狭缝)r, S s ( 防散射 狭 缝 )1 , 步 进 为0 . 0 2 。 , 扫描 速度 1 0 。 / mi n , 工 作 电压 为 4 0 k V, 工 作 电流 为
程 对 半焦 特性 的影 响 , 旨在 为 煤 低 温 快 速 热 解 工 艺
的发 展应 用奠 定 理论 基础 .
原 子 和 其 他 缺 陷较 多 , 半 焦炭 层 结 构较 不 致 密 . 极 小颗 粒 中矿 物 质 含 量 较 高 导 致 煤 粉 粒 径 越 小 , 所 得 半 焦 的灰 分含 量 越 高 , 大粒 径 煤 粉 由 于在 低 温 区 间 失 重 速 率 快 , 挥 发 分 逸 出量 大 而 导 致 半 焦 中残 余 的 挥 发 分
1 实 验 部 分
加热煤炭实验总结报告范文(3篇)

第1篇一、实验目的本次实验旨在研究煤炭在不同温度下的热解特性,分析煤炭的热稳定性、热分解产物及其组成,为煤炭的深加工和利用提供理论依据。
二、实验原理煤炭的热解是指煤炭在无氧或微氧条件下,加热至一定温度时,发生化学分解,生成焦炭、煤气、焦油等产物的过程。
本实验采用程序升温法,对煤炭进行加热,并测定其热解特性。
三、实验方法1. 样品准备:选取具有代表性的煤炭样品,进行破碎、筛分,制备成粒径小于0.2mm的粉末。
2. 实验装置:采用程序升温热分析仪,设置实验温度范围为室温至800℃,升温速率为10℃/min。
3. 实验步骤:- 将煤炭样品置于实验装置中,密封。
- 启动程序升温,记录样品在不同温度下的失重率和热解产物的组成。
- 分析热解产物的组成,计算焦炭、煤气、焦油等产物的含量。
四、实验结果与分析1. 失重率:实验结果表明,煤炭在加热过程中,失重率随温度升高而增加。
在400℃以下,失重率增加较慢,说明煤炭的热稳定性较好;在400℃以上,失重率迅速增加,说明煤炭开始发生热解反应。
2. 热解产物:实验结果表明,煤炭在热解过程中,主要产生焦炭、煤气、焦油等产物。
其中,焦炭含量最高,煤气次之,焦油含量最少。
3. 热解特性:- 焦炭:焦炭是煤炭热解的主要产物,其含量随温度升高而增加。
焦炭的生成有利于提高煤炭的利用价值。
- 煤气:煤气是煤炭热解的重要产物,其主要成分包括氢气、甲烷、一氧化碳等。
煤气具有较高的热值,可作为一种清洁能源。
- 焦油:焦油是煤炭热解的副产物,其含量较低。
焦油可通过进一步加工,制备成化工产品。
五、结论1. 煤炭在加热过程中,热稳定性较好,可在400℃以下保持稳定。
2. 煤炭热解过程中,主要产生焦炭、煤气、焦油等产物,其中焦炭含量最高。
3. 煤炭热解具有较好的应用前景,可为煤炭的深加工和利用提供理论依据。
六、实验不足与展望1. 实验过程中,未对热解产物的成分进行详细分析,今后可进一步研究热解产物的组成及其应用价值。
细煤粉燃烧特性的热分析研究

( col f o e n nryE gneig h na gA rsaeU iesy h nag10 3 Sho o w r dE eg n ier ,S eyn eop c nvri ,Se yn 116,C ia P a n t hn )
Ab t a t A t e ma a a c a p le t d h o u t n fa u e ft e He a g f e o ls mp e n n y e sr c : h r l b l n e w sa p id t s y t e c mb s o t r so g n n d c a a l sa d a a z d o u i e h i l te p r ce tmp r t r s g s e d r t n x g n o c nr t n af ce o h o u t n fa u e f te f e h a t l , e e au e r i p e ai a d o y e c n e t i f td t te c mb s o e t r s o h n d i i n o ao e i i
p l e z d c a . T e r s h h w d t a e h x g n c ne twa u ce t t e tmp rt r sn p e ae w s uvr e o1 i h e u s s o e h twh n t e o y e o tn s s f in , h e ea u e r ig s e d r t a i i s w a d t e p r ce wa e o 0j ,t e c mb si n p ro ma c s o e s l p r ce p le z d c a o l e b t r l n h a t l o i sb lw 6 x m h o u t e r n e ft mal at l uv r e o lw u d b et o f h i i e
煤粉高温裂解特性试验及裂解气化中试系统设计与试验

煤粉高温裂解特性试验及裂解气化中试系统设计与试验煤炭既是一种能源,也是一种资源。
在当前油气资源日益枯竭、煤炭利用带来的低效和环境问题不断凸显的时代大背景下,开发出一种清洁高效的煤炭利用技术是我国实现可持续发展的必由之路。
相比将煤炭直接燃烧只利用其热能的传统煤炭利用方式,更加应该针对煤炭各组分的不同性质和转化特性,对煤炭资源实行分级分质梯级利用。
煤基多联产技术是以煤为原料,以煤气化技术为核心,将多种煤转化技术集合在一起,可以获取裂解焦油,提取苯、蒽、茚、荧蒽等原料用于化工合成;也可以获取裂解气用于冶金还原或民用煤气;还可以获取半焦继续燃烧发电,从而实现煤炭资源综合利用,提高能源利用效率。
煤基多联产系统追求的是整体生产效益最大化和污染物排放最小化,可以实现很高的煤炭利用经济效益,这是符合我国基本国情的煤炭利用技术。
其中,热解和气化技术是煤多联产系统的关键技术,本文采取了多种不同的裂解气化反应器,对煤粉定向裂解的调控机理进行了深入的研究。
首先,本文在固定床管式炉试验平台上,选取了神华煤、平庄煤、淮南煤和白音华煤作为研究对象,研究了不同温度和不同粒径对煤粉裂解行为的影响,对不同温度和粒径下半焦、焦油、裂解气进行了全面、深入的研究。
裂解温度的变化范围是600~1200℃,升温梯度100℃;煤粉颗粒尺寸变化的范围为0~75μm、75~150 μm、150~300 μm和300~900μm。
研究表明,提高裂解温度,能够增加产出裂解气的体积,裂解温度越高,裂解气的产量越大,温度从600℃升高到1200℃时,神华煤的裂解气产量从678 ml增加到1932 ml;平庄煤从544 ml增加到了 2077 ml;淮南煤从347ml增加到1903 ml;白音华煤从328 ml增加到1918ml;高温有利于H2的产生,但是会降低CH4和CO2的产量;淮南煤在700℃裂解时,煤气热值最高,达到27.2 MJ/Nm3;煤粉粒径减小有利于裂解气的产生,但是会降低CH4的产量;神华煤焦油主要是不含苯环的脂肪族化合物。
煤粉热解组分析出特性的实验研究和DAEM模拟

收稿日期:2007-09-05; 修订日期:2008-08-21基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目(2006CB200305)作者简介:张彦文(1979-),男,河北保定人,清华大学博士研究生 文章编号:1001-2060(2008)06-0661-05煤粉热解组分析出特性的实验研究和DAEM模拟张彦文,杨景标,蔡宁生(清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084)摘 要:为研究煤粉热解各组分的析出特性,在TGA-FTIR 联用实验台上对宝日希勒褐煤和包头烟煤进行了热解实验研究,对CH4、CO2、CO和HCN进行了测量,并对采用分布活化能模型(DAE M)模拟总体挥发分和各组分的析出进行了分析。
结果表明,C H4的析出浓度曲线呈对称的单峰分布,而CO、C O2和HC N的析出浓度曲线不规则,DAE M模型可适用于整体挥发分的模拟,也可对CH4的析出进行较准确的模拟和预测,但不适用于CO、C O2和HC N的模拟。
CH4、C O2、CO 和HCN析出温度主要由各自官能团分解键能决定。
宝日希勒褐煤总体挥发分含量高于包头褐煤,然而挥发分中C H4和HCN的含量低于包头烟煤。
关键词:煤粉;热解;热解气组分;热解析出;分布活化能模型中图分类号:TQ530 2 文献标识码:A引 言近年来发展的煤粉再燃脱硝利用超细煤粉作为再燃燃料,适合我国天然气资源较为贫乏的国情。
在煤粉再燃脱硝中,大约85%的煤粉随一次风进入主燃区燃烧,同时会生成NO x,在主燃区上部喷入其余的燃料形成再燃区,造成贫氧的还原性气氛,做为再燃燃料的煤粉热解生成的低碳烃类和含氮化合物(主要是HC N和NH3),是还原NO x的主要物质。
针对天然气再燃脱硝已有很多人深入研究了它的反应机理,然而由于煤粉反应的复杂性,对煤粉再燃脱硝的反应机理研究较少。
为深入的分析和研究煤粉再燃脱硝的反应过程和机理,必须对煤粉热解生成低碳烃类和含氮物质的特性进行研究。
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第28卷第26期中国电机工程学报V ol.28 No.26 Sep.15, 20082008年9月15日 Proceedings of the CSEE ©2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 53 文章编号:0258-8013 (2008) 26-0053-06 中图分类号:TQ 530文献标识码:A 学科分类号:470⋅10煤粉热解特性实验研究魏砾宏1,李润东1,李爱民1,李延吉1,姜秀民2(1.沈阳航空工业学院清洁能源与环境工程研究所,辽宁省沈阳市 110034;2.上海交通大学机械与动力工程学院,上海市闵行区 200240)Thermogravimetric Analysis on the Pyrolysis Characteristics of Pulverized CoalWEI Li-hong1, LI Run-dong1, LI Ai-min1, LI Yan-ji1, JIANG Xiu-min2(1. Institute of Clean energy and Environmental Engineering, Shenyang Institute of Aeronautical Engineering,Shenyang 110034, Liaoning Province China; 2. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University,Minhang District, Shanghai 200240, China)ABSTRACT: The pyrolysis characteristics of different particle size Hegang(HG) and Zhungaer(ZGE) coal were investigated by non-isothermal thermogravimetry in high purity argon. The results show that there are four stages (dehydration, holding, rapid weight-loss and slow weight-loss) during the non-isothermal weight loss process of different granularity coal powders, the differential thermo- gravimetry(DTG) curve has two weight loss peaks when temperatures lower than 1400℃. There was no differences in the weight-loss characteristics of various samples at the temperature below 400℃. For the pyrolysis characteristics of HG coal with rising heating-up rate , the initial release temperature decreases, the maximum weight loss rate and pyrolysis index D increase. Therefore the heating-up rate increase is favorable to improving pyrolysis characteristics of pulverized coal. In addition, comparison between similar particle size HG and ZGF coal at 10℃/min heating rate shows that the pyrolytic characteristics of HG coal with high ash and similar volatile is better than ZGE coal.KEY WORDS: pulverized coal; pyrolysis characteristics; particle size; thermogravimetric analysis摘要: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4个阶段,在1400℃之前热失重微分曲线有2个失重峰。
室温~400℃,各样品的失重特性无明显区别。
400~980℃,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;热基金项目:国家高技术研究发展计划基金项目(2002AA527051);辽宁省教育厅A类计划项目(2004D079)。
The National High Technology Research and Development of China (863 Programme)(2002AA527051).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。
关键词:煤粉;热解特性;颗粒粒度;热分析0 引言煤的热解作为煤燃烧过程中的一个重要的初始过程,对煤粉着火有极大的影响,也影响到燃烧的稳定性及后期的燃尽问题。
由于煤本身具有复杂性、多样性和不均一性,因此影响煤热解的因素繁多,如煤阶[1]、矿物成分和含量[2]、粒径[3-4]、升温速率[5]、温度[6-7]、停留时间[5]、压力[8-9]、煤的显微组分[10]、气氛[11]等。
超细煤粉燃烧技术是目前一种重要的有效控制NO x排放的燃烧技术(在电站煤粉锅炉燃烧方面,将超细化煤粉定义为20μm以下的煤粉[12]),美国2000年清洁煤技术项目中将超细煤粉再燃作为降低燃煤NO x排放的主要技术之一。
本文采用非等温热重分析方法,研究了粒度、升温速率和煤种对细化和超细化煤粉的热解特性的影响,由微分热重曲线计算热解反应动力学参数。
1 实验部分1.1 样品的选取和制备实验采用鹤岗(HG),准噶尔(ZGE)煤,经过碾磨,不进行筛分制成细化和超细化煤粉,原煤的煤质分析数据见表1。
54 中 国 电 机 工 程 学 报第28卷表1 鹤岗煤、准噶尔煤的工业分析与元素分析 Tab. 1 Ultimate and proximate analysis of testingcoal samples元素分析/ % 工业分析/ % 煤种C H N S OAV FCMHG 68.25 4.678 0.826 0.487 3.104 20.85 32.53 44.8151.805ZGE 72.54 3.336 1.218 1.016 4.390 13.86 33.33 49.17 3.64注:根据ω(C ad )+ω(H ad )+ω(N ad )+ω(O ad )+ω(S ad )+ω(A ad )+ω(M ad )=100%计算得到。
1.2 热重分析本实验是在日本岛津公司的60–H 型热重差热同时分析仪上进行。
采用5、10、20、30 /min ℃升温速率,用氩气(99.999%)作为气氛气体,气体流量50 mL/min 。
试样用量约8 mg ,用高纯氩(99.999%)气吹扫0.5 h 以除去炉体内的空气,再开始程序升温。
2 结果及讨论2.1 热解特征参数的确定在氩气气氛中进行的热解实验可以得到TG 和DTG 曲线,其特征参数有:①挥发分初析温度T s ,℃:指试样开始失重时的所对应的温度,是衡量煤质挥发分析出难易的一个重要因素,取DTG 曲线上开始恒定出现负值的点;②挥发分最大释放速度峰值(d w/d τ)max ,mg/min ;③(d w/d τ)max 对应的温度 为T max ,℃;④max (d /d )/(d /d )1/2w w ττ=对应的温度区间1/2T Δ,即半峰宽,℃;⑤定义热解特性指数D 为:maxmax 1/2(d /d )s w D T T T τ=⋅⋅Δ,3mg /(min )⋅℃,各煤样的热解特性参数见表2。
2.2 不同粒径煤样的热解特性分析图1~3是不同粒径的鹤岗细化和超细煤粉在10 ℃/min 的升温速率下的TG 、DTG 和热解特性参数与粒径关系。
由图1和2可知,各粒径鹤岗煤在10 ℃/min 升温速率下热解特性曲线分为4个阶段,分别对应于水分和吸附气体的脱附(初温到150 ℃)、煤中非共价键结合的分子发生解聚(150~350 ℃)、煤中大分子网络结构发生断链(350~1 150 ℃)和半焦缩聚成焦炭(1 150 ℃以上)。
由图1和2的热解曲线还可以看出,4种粒径的鹤岗煤粉在400 ℃之前的热解特性曲线无明显区别,在400~500 ℃区间有一快速失重区间,相同温度下的失重速率随粒径的增大而增大,其顺序为:56.2 μm >23.3 μm >35.9 μm >7.0 μm 。
在500~ 980 ℃区间,失重速率与粒径的关系与前者相反,相同温度下的失重速率随粒径的增大而减小,其顺序为:7.0 μm >35.9 μm >23.3 μm >56.2 μm 。
980 ℃以后,7.0、35.9和56.2 μm 粒径的煤样也较好规律:在980~1200 ℃之间,同一温度下的失重速率随着粒径的增大而减小;在1 200~1 400 ℃之间,同一温度下的失重速率随着粒径的增大而增大。
而在980~1 400 ℃之间,23.3 μm 粒径样品的与其他3个粒径样品有较大不同:在980~1 270 ℃之间,呈现了比其他3个粒径样品加速失重的状态,且在1 120 ℃时失重速率达到最大。
总体上,在10 ℃/min 的热解条件下,4种粒径煤粉在980 ℃之前的热失重有较好规律性,在主要热解温度区间,煤粉粒度的减小,有利于热解反应的进行。
因为随着粒径的减小,可以从煤粉的比表面积,热的传递速率、化学反应速率、物质的挥发速率等多方面导致煤粉的热失重加快[13]。
而在980~1 400 ℃之间,23.3 μm 粒径煤粉的热失重与其他3个粒径煤粉样品相比出现异常,这种现象需要大量的实验数据来进一步分析。