锡林浩特褐煤气化特性研究

竭试样，关闭热天平炉膛并使炉体密封 ；然后，用
真空泵将炉膛抽真空，再用惰性气体N2 (流量
50 mL/min)吹扫炉膛10 min并保持室温
(30 C )5 min；最后将反应的气路切换为CO2气
化反应气体(CO2流量50 mL/min)，分别以 10 °C/min、20 °C/min、30 C/min 的升温速率升
气流床气化是当前主流的气化技术，由于该 气化技术采用液态排渣方式，因此操作温度需要 高于煤的灰熔融温度[1214] %高温下煤气化反应 必然会受到扩散、灰熔融、煤焦-灰相互反应等因 素的影响，所以高温下的煤气化反应不能简单的 用低温下的煤气化反应规律来解释％当前，关于 高温渣熔融状态下煤焦气化反应特性的研究有
结果表明，随着制焦温度的升高，煤焦的气化失重量减少，气化反应的时间延长，气化反应性略有降低％随着
气化温度的提高，锡林浩特褐煤煤焦在相同时间内的碳转化率增加，煤焦的气化时间缩短，气化温度对煤焦的
气化反应性有较大的影响%随着升温速率的增大，TBaidu Nhomakorabea曲线、DTG曲线均向高温侧偏移%升温速率越大，相同
温度时煤焦的碳转化率越低，气化反应速率达到峰值对应的气化温度随升温速率的增大而升高％随着升温速
20
锅炉技术
第50卷
Evo同步热分析仪上进行。具体实验步骤:在纯度 为99. 999%的N# (流量50 mL/min)气氛下，从 室温以30 °C/min的恒定升温速率升温到一定的 热解温度(1 100 °C、1 200 °C、1 300 C )制焦，保 持恒温30 min；然后以约30 C/min的速率降温 至气化反应温度(800 C、900 °C、1 000 C)，同时 将反应的气路切换为气化反应气体 (CO#流量 50 mL/min),保持恒定温度进行锡林浩特褐煤气 化反应，反应时长约为30 min；最后再通入空气 10 min将残碳燃尽以获得灰的质量％反应过程 锡林浩特褐煤的失重曲线由计算机自动采集％ 1.2.2程序升温气化实验
第50卷第5期 2019年％月
锅炉技术
BOILER TECHNOLOGY
Vol. 50, No. 5 Sept, 2019
锡林浩特褐煤气化特性研究
江晶亮$,陈君$,刘银河2
(1.上海锅炉厂有限公司，上海250245； 2.西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安710049)
摘要：利用同步热分析仪研究了制焦温度、气化温度以及升温速率等因素对煤焦气化特性的影响％研究
项目
数值
!”/%
38 1
V”/%
23541
"”/%
6541
FC”/%
32. 08
C”/%
41. 8
H”/%
26
O"/%
1026
N”/%
0563
S”/%
02
1.2实验过程 1.2.1等温气化实验
实验在法国塞塔拉姆仪器公司生产的Labsys
收稿日期2019-02-26 作者简介：江晶亮(1983 -),男，硕士，长期从事化工余热回收系统研发和设计工作％
一般，采用基于质量作用定律的下述动力学
' 方程来表述实验数据 2(:
学=虹1 —/)”
(1)
式中：”--- 总反应级数；
*——物质转化率％
碳转化率*:
— 60—6t
3、
*d60(1—Wsh)
⑵
式中60 ——气化初始段煤焦样质量，mg；
6t ------ 1时刻煤焦样质量，mg；
7閱一一煤焦中灰分质量分数，取为样品完
率的增大，煤焦气化反应活性变好，气化反应进行的更加剧烈％
关键词：气化速率；碳转化率；程序升温热重
中图分类号：TQ54
文献标识码:A
文章编号：1672-4763(2019)05-0019-07
0 前言
煤气化是当前煤化工行业的重要技术之一， 不同煤种的气化反应特性已受到国内外相关学 者的广泛重视[14] %煤焦的气化反应特性受制焦 温度、气化温度及升温速率等多种因素的影 响[511]%原煤的热解温度不同，其热解反应程度 也就不同，热解温度的高低会影响煤焦挥发分的 析出，也会影响焦样的气化反应活性％
温到终止温度(1 300 C),锡林浩特褐煤的热质
量损失曲线由计算机自动采集％
1.3反应动力学计算方法
1. 3. 1等温气化反应动力学计算
等温法是在实验设定的温度下实验样品质
量随时间的变化关系，然后计算出每个不同反应
时间下的碳转化率和气化反应速率，并且用于动
力学参数求解的方法％等温气化可以反应出固
定温度下煤样随时间变化的反应特性％
% 限[15] 学者们普遍采用热分析仪对煤焦气化反
应特性进行研究，主要有等温热重和程序升温热
' 重2种方法 1620(,研究结果对工业生产更具有实
际指导意义％ 为了深入研究高温下煤焦的气化反应特性，
本文利用同步热分析仪研究了煤焦的等温气化 特性和程序升温气化特性，重点探讨了制焦温 度、气化温度以及升温速率等因素对煤焦气化特
全反应结束后的剩余质量分数％
式(1)两边取对数，得到
In * = 11+ ”ln(1 — *)
(3)
控制仪
图1管式炉实验系统图
其次，在法国塞塔拉姆仪器公司生产的Labsys Evo同步热分析仪上完成了锡林浩特褐煤煤焦的 程序升温气化特性实验研究％实验步骤：首先， 打开实验系统的循环冷却水，并对热分析仪器各 个气路的气体流量进行设置；其次，用电子天平 秤取8.0 + 0. 1 mg的锡林浩特褐煤煤焦，放入刚 玉圮竭的底部铺平；打开热天平炉膛，放置好圮
性的影响％
1实验
1.1实验样品 本文的实验研究样品为锡林浩特褐煤，经
过破碎、研磨、筛分、干燥后，选用粒径范围为 #200 的煤粉作为实验样品％锡林浩特褐 煤煤灰的软化温度(ST)为1 190 C，流动温度
' (FT)为1 210 °C 1( %锡林浩特褐煤的元素分析、
工业分析见表1%
表1锡林浩特褐煤的工业分析及元素分析
首先在实验室管式炉实验系统上进行了锡 林浩特煤焦的制取工作。该煤焦制取实验系统 见图1实验中采用七星华创D07-19B型质量流 量计和D08-2D/ZM型质量流量控制显示仪分别 来测量和控制气体的流量％实验气体流量为50 mL/min,采用赛多利斯(Sartorius)公司生产的 BS210S型微克电子天平进行锡林浩特褐煤的称 量％实验中将约1.0 g煤样平铺在瓷舟中，然后 将瓷舟平稳推入石英管的中部％先打开质量流 量计，将氮气送入石英管吹扫石英管10 min,然 后启动管式炉的温控程序，加热升温，温度由室 温开始以10 °C/min的升温速率升温至1 000 C，当管式炉内温度到达1 000 C后恒温维持 30 min，最后将煤焦在氮气氛围中降温至室温％