神东煤热解特性及半焦用作高炉喷吹适用性分析_谭静

收稿日期:2018-02-06;责任编辑:白娅娜 DOI:10. 13226 / j. issn. 1006-6772. 18020601 作者简介:谭 静(1985—) ,男,江西赣州人,助理研究员,从事煤化工、煤炭燃烧及煤粉锅炉技术应用研究。 E-mail:linglingtong2008@ 163. com 引用格式:谭静,朱川. 神东煤热解特性及半焦用作高炉喷吹适用性分析[ J] . 洁净煤技术,2018,24(4) :65-71.
Pyrolytic characteristics of Shendong coal and feasibility analysis of semi-coke used in pulverized coal injection
TAN Jing1,2,3 ,ZHU Chuan2,3
(1. China Coal Research Institute Company of Energy Conservation,Beijing 100013,China; 2. State Key Laboratory of Coal mining and Environment Protection,Beijing 100013,China; 3. National Energy Technology & Equipment Laboratory of Coal Utilization and Emission Control,Beijing 100013,China)
应用 NETZSCH STA 449 F3 热重分析仪进行热 解特性试验,通入流速 20 mL / min 的 N2 保护气,将 30 mg 粒度小于 0． 2 mm 的样品从室温 开 始 以 10
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℃ / min 升温至 1 000 ℃ ,记录试验过程中样品的质 量变化。
自制 ϕ38 mm × 4 mm 耐热耐 压 电 加 热 管 式 热 解炉对热解产物的质量特性进行分析,装置流程 如图 1 所示。 将 60 g 粒度 < 3 mm 样品装入热解 炉,连 接 N2 高 压 气 瓶 进 行 吹 扫, 升 温 速 率 10 ℃ / min,热解 终 温 分 别 为 350、400、450、500、550、 600 ℃ ,到达温度后再恒温一定时间以便收集焦油 和煤气。 热解气经冷凝冷却器得到焦油和水分, 再经湿式气体流量计计量后进入储气袋,由气相 色谱仪分析热解气的组成。
摘 要:为实现神东煤的深度加工利用,利用热重分析仪及管式热解炉对神东煤的热解特性进行分 析,研究热解半焦用作高炉喷吹原料的适用性,提出热解半焦利用的新途径。 结果表明,神东煤的煤 质特性优良,格金焦油产率高达 8． 15% ,比较适宜用作低温热解;550 ℃ 时焦油产率最大,焦油灰分 低,馏出温度<350 ℃ 占比 50% 以上。 随着热解温度升高,热解气中 CH4 和 CO2 含量降低,而 H2 和 CO 含量增多。 热解水产率基本保持在 16% 。 热解半焦喷吹特征与目前国内主流的喷吹煤性质相 当,比较适合用作高炉喷吹原料。 轻度热解半焦可直接用于高炉喷吹,提取焦油剩余半焦用作喷吹配 煤可实现煤炭分质转化利用。 关键词:热解特性;半焦;高炉喷吹;神东煤 中图分类号:TQ523 文献标志码:A 文章编号:1006-6772(2018)04-0065-07
1 试 验
1． 1 原料煤性质 试验用煤选用神东煤 田 侏 罗 纪 不 黏 煤, 按 照
GB / T 212—2008《 煤的工业分析方法》 、GB / T 214— 2007《 煤中全硫的测定方法》 、GB / T 476—2008 《 煤 中碳和氢的测定方法》 、GB / T 213—2008《 煤的发热 量测定方法》 、GB / T 219—2008《 煤灰熔融性的测定 方法》 、GB / T 1341—2007 《 煤的格金低温干馏试验 方法》 、 GB / T 1574—2007 《 煤 灰 成 分 分 析 方 法 》 、 GB / T 5447—2014《 烟煤黏结指数测定方法》 对原料 煤的基本性质进行分析测试。 1． 2 原料煤的热解特性
谭 静等:神东煤热解特性及半焦用作高炉喷吹适用性分析
2018 年第 4 期
w(K + Na) = [0． 83w( K2 O) + 0． 742w( Na2 O) ] Ad (1)
对 2 类半焦进行喷吹特性评价,一类半焦的挥 发分 Vdaf 在 22% 左 右, 可 直 接 用 作 高 炉 喷 吹, 记 为 SC1;另一类为焦油收率最大时的半焦产品, 记 为 SC2。 1． 3． 1 基本性质
按照 GB / T 2565—2014 《 煤的可磨性指数测定 方法 哈德格罗夫法》 、GB / T 216—2003 《 煤中磷的 测定方法》 、GB / T 220—2001《 煤对二氧化碳化学反 应性的测定方法》 分别测试半焦的 HGI、磷含量和反 应活性,半焦的其他性质测试见 1． 1 节。 半焦中钾 钠总量的计算方法为
TAN Jing,ZHU Chuan. Pyrolytic characteristics of Shendong coal and feasibility analysis of semi-coke used in pulverized coal injection[ J] . Clean Coal Technology,2018,24(4) :65-71.
0 引 言
我国西北地区早、中侏罗纪煤田优质的长焰煤、 不黏煤和弱黏煤等资源适合用作以中低温热解为基 础的分质分级利用[1] 。 热解焦油可加氢精制高附
加值产品,热解煤气可用作化工合成原料气及清洁 燃料,半焦产品可用作电石、化肥、铁合金、工业及民 用燃烧等行业[2] 。 半焦产品产量远大于需求量造 成产品大量积压,半焦添加黏结剂制备清洁燃料以 及半焦用作高炉喷吹原料是扩大半焦使用量的切实
图 1 热解试验装置流程 Fig． 1 Schematic diagram of pyrolysis apparatus
收集的焦油按照 GB / T 2288—2008 《 焦化产品 水分测定方法》 、GB / T 29748—2013《 煤炭直接液化 液化残渣灰分的测定方法》 、GB / T 11137—1989《 深 色石 油 产 品 运 动 黏 度 测 定 法 ( 逆 流 法 ) 》 、 GB / T 13377—2010《 原油和液体或固体石油产品 密度或 相对密度的测定》 、GB / T 30044—2013《 煤炭直接液 化 液化 重 质 产 物 组 分 分 析 溶 剂 萃 取 法 》 、 SN / T 3005—2011《 有机化学品中碳、氢、氮、硫含量的元素 分析测定方法》 、GB / T 384—1981《 石油产品热值测 定法》 对焦油的质量特性进行分析,并按照 ASTM D 1160—2006《 在减压情况下对石油产品蒸馏的标准 试验方法》 进行馏程分析。 1． 3 半焦的喷吹特性分析
Abstract:In order to realize deep processing and utilization of Shendong coal,thermogravimetric analyzer and tubular pyrolytic furnace were used to analyse pyrolytic characteristics of Shendong coal. Feasibility of semi-coke used in pulverized coal injection( PCI) were also conducted,and new path ways of usage of semi-cokes were proposed. The results show that qualities of Shendong coal with high tar yield (8. 15% ) are excellent for low-temperature pyrolysis. The yield of coal tar is highest with lower ash in 550 ℃ ,and distillation temperature of more than 50% samples is less than 350 ℃ . The contents of CH4 and CO2 decrease while H2 and CO increase in pyrolysis gases when temperature increases. The yields of pyrolysis water are basically kept at 16% . The injection characteristics of semi - coke are equal to the main injection coals used,so it is suitable for PCI. The semi-coke undergone mild pyrolysis could be used in PCI directly. It is graded utilized for semi-coke after tars extracted. Key words:pyrolytic characteristics;semi-coke;pulverized coal injection( PCI) ;Shendong coal
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洁净煤技术
第 24 卷
有效的途径。 高炉喷吹对煤质要求较高,煤质直接 影响喷吹经济效益和高炉正常操作。 目前高炉喷吹 主要使用无烟煤、高变质烟煤及低变质烟煤进行混 配喷吹。 我国西北地区广大侏罗纪低变质煤具有低 灰、低硫、低磷、高发热量、高化学反应活性特点,原 煤用作高炉喷吹配煤[3] 。 由于半焦可继承原料煤 优良的煤质特征,目前有较多企业尝试半焦用作喷 吹配煤。 白晓光等[4] 在内蒙古包钢高炉中研究神 东半焦的喷吹特性,发现神东半焦的爆炸性、可磨性 均满足生产要求,燃烧率指标优于目前的混合煤粉, 低温半焦若应用于高炉冶炼可缓解无烟煤资源紧张 的压力,拓宽高炉喷吹煤源选择范围。 张立国等[5] 在鞍钢高炉中研究不同半焦配入量的优化配煤试 验,分析混合煤粉的输送性能、燃烧率、理论置换比, 发现混合煤粉中配入小于 15% 的半焦后混合煤粉 的输送性能略有改善,燃烧率提高约 2% ,理论置换 比在 0． 95 以上,高于行业标准。 杨双平等[6] 对 2 种 高炉喷吹用煤和 3 种半焦的可磨性指数、燃点、爆炸 性、灰熔融温度及燃烧性进行研究,考察了 5 种原料 的冶金性能及配煤对高炉喷吹性能的影响。 结果表 明,高炉喷吹 煤 粉 配 加 半 焦 后, 混 合 煤 的 可 磨 性 增 加,爆炸性减弱,燃点降低,灰熔融温度提高,燃烧率 约为 85% 。 半焦配比达 40% 时,混合煤用于高炉喷 吹可行,可获得更优良的冶金性能。 本文选择典型 神东原煤进行热解特性评价,对热解半焦直接用作 喷吹原料及作为喷吹配煤时的喷吹特性进行分析, 探索热解半焦的高附加值利用途径。
第 24 卷第 4 期
2018 年 7 月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol． 24 No． 4 July 2018
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神东煤热解特性及半焦用作高炉喷吹适用性分析
谭 静1,2,3 ,朱 川2,3
(1. 煤科院节能技术有限公司,北京 100013;2. 煤炭资源开采与环境环保国家重点实验室,北京 100013; 3. 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京 100013)