热解条件对煤膨胀和球形度的影响-论文.pdf

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1、第37卷第1期煤炭转化Vo1．37NO．12014年1月CoALCoNVERSIoNJan．2O14热解条件对煤膨胀和球形度的影响*温雨鑫徐祥阳绍军。肖云汉摘要针对粉煤密相输运床气化技术，使用滴管炉对云南褐煤(YN)、山东次烟煤(SD)和内蒙烟煤(NM)进行快速升温热解实验，应用数字成像颗粒分析仪同时获得颗粒粒径和球形度，研究了不同煤阶、粒径、温度、预烘干除水对煤焦形貌参数的影响．结果表明：随着煤阶提高，热解膨胀度和球形度均提高，1273K热解后YN褐煤因收缩和破碎，膨胀度为0．66；SD煤和NM煤的膨胀度均

2、大于1；焦的球形度因热解软化，较原煤均略有提高；NM烟煤随着热解温度的提高，膨胀度降低，球形度先增加后减小；小粒径NM煤颗粒的膨胀度和球形度均更高．干燥NM煤的膨胀度显著高于含水原煤，且随温度升高，膨胀度提高，变化规律与含水原煤相反；球形度随温度变化规律相似，但却低于原煤，预烘干除水对NM煤焦形貌的影响显著．关键词热解，煤颗粒，膨胀，形貌，球形度中图分类号TQ530．2对内蒙烟煤(NM)、山东龙口次烟煤(SD)和云南昭0引言通褐煤(YN)进行了快速升温热解实验，使用数字成煤气化是煤基替代燃料、煤基化学品、IG

3、CC发像颗粒分析仪，同时测定热解膨胀度和焦的球形度，电、多联产系统、煤制氢和燃料电池等煤炭能源高效开展了不同热解温度、粒径、煤种和预烘干除水对煤洁净利用的主要单元工艺．1_1]密相输运床气化技术焦形貌的影响研究．具有气化方式灵活、可靠性高和负荷调节能力好等特点，适用于低阶煤和高灰分、高灰熔点煤的高效转1实验部分化．I3原煤进入气化炉内首先经历快速升温发生热解反应，然后煤焦发生气化、燃烧反应．热解后颗粒1．1煤样制备及分析粒径、外貌以及内部孔结构都产生改变，直接影响气本研究采用内蒙烟煤、山东龙口次烟煤和云南化炉

4、内气固两相流动和反应．[4-7]热解后颗粒的粒径昭通褐煤，其工业分析及元素分析数据见第33页表与初始粒径之比定义为膨胀度(swellingratio)，而1．原煤经过逐级破碎、筛分，用于后续实验．对三个球形度(sphericity)定义为与颗粒体积相等的球体煤种均选取了小于150m颗粒进行不同煤种对比，表面积与颗粒表面积之比，是最常用于非球形颗粒并选取NM烟煤的350m~450rn大颗粒进行不修正的形状因子．膨胀度和球形度是用于曳力系数、同粒径对比．本研究还将350m～450m的NM烟压降和燃烧气化模型等公式

5、中的重要参数．研究表煤在105℃烘干4h，与未烘干煤样对比，研究煤中明，球形度从1降低到0．8，曳力系数降低20％以水分的影响．上_5；Shurtzetal【B]的计算中，当膨胀度从1．0增加到1．2时，由于表面积增大带来传热、传质强化，煤1．2煤的热解实验焦燃烧反应速率可提高1倍．由此可见，深入研究热解条件对煤颗粒膨胀度和球形度的影响对于提高模使用常压滴管炉在氮气气氛下进行热解实验．型预测精度具有重要意义．本研究使用常压滴管炉，煤粉进样控制在小于0．5g／min．滴管炉加热区长*国家自然科学基金资助项目(5

6、1006106)、中国科学院战略性先导科技专项项目(XDA07050500)和中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KGCX2．YW一348)．1)博士生、助理研究员；2)副研究员；3)助理研究员，中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所)，100190北京；4)研究员、博士生导师，中同科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所)，100190北京；中国科学院能源动力研究中心，222069江苏连云港收稿日期：2013．03．03；修回日期：2013．04．12第1期温雨鑫等热解条件对煤膨胀和球形

7、度的影响度1．5m，分三段硅碳棒加热，炉膛为刚玉管，内径使用沉降罐和过滤桶收集固体焦样．实验温度分别70mm，通过调整送煤风和二次风风量，控制煤粉停为1193K，1273K和1473K，经计算煤颗粒的加留时间约为2．0S．在滴管炉下部的水冷取样枪后，热速率可达到10K／s．表1煤样的工业分析与元素分析(％，ad)Table1Proximateandultimateanalysisofsamples(％，ad)而在粒径较小时，颗粒的球形度波动较大，但这一区1．3煤焦粒径和形貌表征域的颗粒占比例很小．对于各个样品

8、的测定数据均本实验使用德国Retsch公司的CamsizerXT处理为等体积当量的直径和球形度，用于后续的膨数字成像颗粒分析仪进行煤颗粒表征．测量使用双胀度计算和结果比较．CCD动态数字成像技术，分散的颗粒通过带有脉冲2结果与讨论LED光源的通道，颗粒的投影通过光学成像记录并数字化，可同时得到粒径分布和球形度信息．还使用2．1煤阶对焦形貌特征的影响了HITACHIS．3000N型扫描电子显微镜直接观