煤粉热分解特性及添加助燃剂的影响

第34卷　第6期1999年6月

钢 铁

I RON AND ST EEL

V o l.34,N o.6

June1999煤粉热分解特性及添加助燃剂的影响

徐万仁 杜鹤桂

(上海宝钢集团公司)(东北大学)

摘　要　研究了煤粉在氮气氛和空气气流中的热分解特性及添加助燃剂的影响。结果表明,煤粉在燃烧条件下挥发分的析出量超过在氮气氛下的产率,煤粉燃烧过程中挥发分的析出燃烧碳与残碳的燃烧并存。助燃剂的种类和加入量对煤粉热分解的催化作用有很大影响,浸渍6%左右的Fe(NO3)3可使双鸭山烟煤和阳泉无烟煤的挥发分产率分别增加1017%和512%。

关键词　高炉喷煤　热分解　挥发分产率　助燃剂　催化机理①

PY ROLY ST I C CHARACTER IST I CS OF PUL VER IZED COAL AND

EFFECT OF ADD IT I ONAL COM BUST I ON-SUPPORT ING AGENTS XU W an ren DU H egu i

(Shanghai B ao steel Group Co rp1)(N o rtheastern U n iversity)

ABSTRACT　T he p yro lysis of pu lverized coal(PC)in n itrogen atm o sp here and ho t air flow and effect of additi onal chem ical com bu sti on2suppo rting agen ts w as investigated1T he resu lts show ed that the vo latile m atter yield of PC in com bu sti on is h igher than that in n itrogen,the devo latilizati on and char com bu sti on are p rocessed si m u ltaneou sly1T he effect of vari ou s ad2 diti on s on p yro lystic characteristics of PC is rem arkab le1T he additi on of Fe(NO3)3in6% increases vo latile m atter yield of b itum inou s by1017%and an th racite by512%1

KEY WOR D S　pu lverized coal(PC)in jecti on in to B F,pyro lysis,vo latile m atter yield,com2 bu sti on2suppo rting agen ts,catalysis m echan is m

1　前言

尽管在喷煤过程中不要求煤粉在风口回旋区完全燃烧,未燃尽部分可在高炉内被消耗利用,但强化燃烧仍然是增大喷煤比的一个关键步骤。随喷煤量提高,必须采取强化燃烧的措施,才能保持风口前煤粉燃烧率不变或下降不多,炉芯区未燃尽煤粉不至严重恶化高炉死料柱的透气性和透液性,使炉缸活跃、煤气流分布合理(具有较强的中心气流)、高炉透气性良好、炉况稳定顺行。强化煤粉燃烧的手段应是促进煤粉热分解、着火和燃烧各过程措施的总和。

煤粉热分解对煤粉在高炉风口区着火及燃烧过程有重要影响,挥发分析出燃烧相对于煤粉在回旋区极短的停留时间(10～20m s)不可忽略。煤的挥发分越高,着火点越低,燃烧性越好。因此选择较高挥发分煤种或者通过物理和化学的预处理方法增强煤的反应活性,促进煤的热分解过程,将对提高煤粉燃烧率,增大高炉喷煤量起重要作用。

本文从煤的热分解与煤的大分子结构和煤岩组成的关系出发,研究不同变质程度煤的热分解特性,及外加化学添加剂对煤粉热分解的影响,以期为强化喷煤燃烧提供一种新的有效的工艺方法。

2　实验方法

取阳泉洗精无烟煤和双鸭山烟煤为实验用煤,原煤的化学成分、岩相组成分别见表1、2。煤粉热分解过程在煤枪喷入点开始,煤粉气流与高炉热风交叉混合后受热升温,发生热分解、着火及燃烧,因此热分解实际是在有氧条件下进行的,为研究空气环境(燃烧过程中)下煤粉的热分解特性,向立式空管炉内通热风(空气),风量为56m3 h,煤粉从炉顶喷入,实验时燃烧炉初始温度1320℃。为与在惰性气

①联系人:徐万仁,工程师,上海(200941)宝山钢铁(集团)公司炼铁部

氛下的热解特性相比较,在氮气流下做热解实验,氮气流量为4m3 h,气流温度800℃,管式炉初始温度1400℃,给煤量40g m in,小于74Λm煤粉约占80%。

取CaCO3、CaCO3+FeC l3、Ca(OH)2(石灰乳)、Fe(NO3)3四种添加剂,分别添加到粒度小于74Λm 的占78%～79%的两种实验用煤粉样中,加入量为4%～10%。研究氮气氛下添加剂对促进煤粉热分解的作用。通过分析热解产物的成分,计算煤粉挥发分产率。

表1　原煤成分分析

T able1　R aw coal compo siti on analysis%煤种

工业分析 元素分析

M ad A ad V ad FC ad C ad H ad O ad N ad S ad 阳泉21046121714984126861003125115201780120双鸭山1185101833418752145741585132612601900126

表2　原煤的煤岩分析

T able2　Petrograph ic analysis of raw coal%煤种镜质组半镜质组丝质组稳定组矿物组

阳泉　32102176214010219

双鸭山76161181214416415

氮气氛及燃烧条件下煤粉的挥发分产率

Γv=1 2(Γv1+Γv2)(1)其中Γv1=1-W h V h (W m V m)

Γv2=1-A m V h (A h V m)

式中,Γv1、Γv2分别为按定义和灰分平衡计算的挥发分产率,%;W m、W h分别为入炉原煤样及热解产物的重量,g;V m、V h分别为原煤及热解产物的挥发分工业分析值,%;A m、A h分别为原煤及热解产物的工业分析灰分,%。

含添加剂的煤粉的热解挥发分产率

Γxv=1 2(Γxv1+Γxv2)(2)其中

Γxv1=1-(W xa V xa-V j6K j W x) (W c V c)Γxv2=1-A x V xa (K c A xa V c)+V j6K j W x (W c V c)式中　Γxv1、Γxv2——按定义和灰分平衡计算的挥发

分产率,%;

W xa、V xa、A xa——热解产物总重量,g、工业分析总

挥发分值,%、工业分析总灰分

值,%;

W c、K c——混合煤样中煤的重量,g、含

量,%;

V c——原煤工业分析挥发分,%;

K j——混合煤样中j组分添加剂的含

量,%;

V j——单位质量j组分添加剂分解产生

的气体重量,%。

3　实验结果与讨论

311　煤粉在氮气氛和燃烧条件下的热解特性由图1可见,随炉温升高,煤粉挥发分产率增大,并超过两种煤的工业分析值。图2为燃烧条件下挥发分的析出规律。由图2可见,燃烧初期挥发分释放速度较快,随时间增加,速度减慢,且风温越高,挥发分析出速度和析出量越大

。燃烧条件下煤粉细度对挥发分产率的影响(图3(a))与在氮气氛下有相同规律,随煤粉细度增大,挥发分产率提高,但相同煤粉细度下挥发分析出量高于氮气氛下的值。燃烧条件下,给煤量的影响(图3(b))与在氮气氛下相反,氮气氛下随给煤量增加,挥发分产率下降,而燃

图1　温度对煤粉挥发分产率的影响(氮气氛)

F ig11　Effect of temperature on vo latile m atter

yield of PC(N2atmo sphere)

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