PDF《们未燃烧煤 粉对焦炭粉化性能 的影 响‘》

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0 年 9月 第16卷第5期重废大学学担JOURN AL oF CH ON G O I NG UN I VERSI TY V

01 .

I 6. №

5 Se P.I

9 93 一们未燃烧煤 粉对焦炭粉化性能 的影 响'

Ef f e c t s On U nb ur nt Pul ve r i z e d Coa l On Cok e Pul ve r i za t i on Pr op e r t i e s 一 生三 墨.錾要 邹德余 刘清才 Z h u Zi z o n g Z h a n g B i n g h u a i Z o u De y u L i u Qi n g c a i ( 重庆大学冶金及材料工程系,重庆,630044)3. 摘要为了弄 清楚 高炉内未 燃 烧媒 粉(筒称UPC) 对焦炭性能的影响,我们在安验炉内做 了纯 焦 炭恒 温处 理.气化 反应咀及焦 炭层 喷吹UPC后气化 反应一小时后焦炭樽的粉 北情况.得出的主 要结论:(a)同一温度条件下,纯焦炭气化反应 一小时籽化 最严 重,而焦炭层喷吹UPC后 扮 化程 度降低;

(b)同一 温度条件 下,随着焦 炭层啧吹UP C量 的增 加,气化反应后焦炭的强度 提高,粉末量减少 . 葶篓..攀;

.反应;

皇墨;

趋些竺堂高户中国图虿;

l裔类号TFji;

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AB S TRAC T S I n o r d e r t o c Mr f fy t h e e f f e c t o f u n b u r n t p u l v e r i z e d c o a l( UP C)

0 1

1 c o k e p u l ― v e r i z a t i o n p r o p e r t i e s . A s e r i e s o f f un d am e nt a l e x p e r i me n t s we r e e mr r i e d o u t a t l a b or a t or y f u r n a c e . T h e ma i n r e s u l t s o b t a i n e d a r e a s f o l l o ws : ( a ) Un d e r t h e s a T R e t e mp e r a t u r e , c o k e f i n e s i n c r e a s e s r e ― ma r k a b l y wi t h t he p r o g r e s s o f g a s i f i o a t i o n f o r a n h o u r ,b u t a f ar UP C wa s i n j e c t e d i n t o c o k e l a y e r , c o k e f i n e s d e c r ~ ;

( b )Un d e r t he s a me t e mp e r a t ur e ,S t r e n g t h o f c o k e i n c r e a s e s a f ar t he r e a c t i o n a n d c o k e f in e s d e c r e a s e s a st h e a m o u n t o fUP C b e i n g i n j e c t e d i n t o c o k el a y e ri n c r e a s e s . K EYW O RDS un b u r n t p ul v e r i z e d c o a l ;

g a s i f i c a t i o n r e ac t l o n;

c o k e;

p ul v e r i z a t i o n p r o p e r t i e s

0 前言评价 高炉 内焦炭的性能 , 正确分折 高炉 内焦粉的行为是必不可步 的. 定量地分折粉末的 产生 、 消失过程 以及对高炉操作的 影响乃是今后重要的研究课题 . 目前 , 有关焦炭 粉的积蓄 , 圈村 键二等 通 过冷热实验 ;

高 谷幸 司 等通过 冷实 验和数学模型进行 了研 究:焦炭粉 积蓄 在炉 芯的中心部及 表层部或软熔 带根 部附近 岩永佑 治 做了焦 炭气 化反应伴 随机械冲 击下的焦炭粉化行 为. 傅永 宁等[ 从 解剖高 炉中发现 , 焦炭 深部 蚀损越严 重,焦炭的粉化越 严重.本文 研究的重点 是:在实验炉 内模拟 高炉 的情 况下 , 向焦炭 层喷 吹UP C. 气化反应 后焦 炭的粉化 程度的变 化. 从而为正确 认识 UP C在高炉 内的行 为提 供理 论依据 . + 收文 日期

1 9

9 2 ―

1 l 一27ll6重庹大学学报1%93年l实验 方法及装 置1.1焦丁的制备 根据 反应坩埚(

4 '

4 8 mu f f *4

4 mm*2

2 0 r am) 大小 , 将重钢焦炭破碎 、 筛分威粒度 为8 ~ l

2 mm的焦丁 . 并在烘箱 内1

2 0 ℃的条件下烘干两小时 , 去 除水分 . 其成分见表1 . 表l重钢焦炭成份 工业分析(J灰份分析()固定碳 灰份挥发份 张lFe2Os C a O S i O l Mg O Al

2 8 ,

3 . a

2 I a .

8 5 I .

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7 .

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3 0 . I

7 1 .

2 未 燃烧煤粉制备 将珙县 煤粉装入不锈 钢罐 , 放 入炉 内. 在ll5O℃.N:气氛下 干馏

1 0

4 , 时,去除 挥发 份}然后将干馏过 的粗煤 粉在球磨机 内细磨 - -d '

时.经过干馏 、 细磨 、 筛分 后的煤 粉可认 为是未燃 煤扮.其性 能见表2 . 表2珙县堞粉 成份 图I焦炭气化反应实验裴置田 l硅碳 瞥 电阻加 热炉 { 2刚 玉坩 埚l3支承瞥 l 4热 电偶 l 5刚 玉瞥 l

6 D 、 n'

一7O甜奇密温 度 自动 控制柜l7进气瞥 遭 8出 气管 遭#9压差 计10水冷 槽l11除 尘 缓冲 瓶f12旋子巍量计 l

1 3红 外线 气体 分析 仪f14废 气排 出口l

1 51 贸柑 罐l】

6、・182气瓶 }

1 7 C O , 气瓶

1 .

3 实验方法及 装置准确称量

1 1

0 g焦炭 试样 , 放 八反应坩 埚,装入硅碳管 电阻炉 内. 密封 ;

开起可控硅 电源 加热 , 升温速度控 制在

1 5

0 C/ h, 同 时通入 N: 保护 ;

持升温 到实验 温度时 , 电源 由手动 改为 自动 控制 , 由1 L / r ai n的Nz 改通5 L / r ai n的混合反应气体 (

2 L / m l n的CO:和3L/m~ .的Nz ) , 将生 成气体经水 冷槽 后导入 红外 线气体分 析仪 , 连续 分析记录 ~C O- -x ( 时间 ) 的 变化关 系. 待反应 一小时 后关闭 电源和 反应 气体.在N. 气氛下冷却反应后 的焦样 , 并分析 室温时焦样的粉化率 . 第16卷第5 期 朱子 宗等 耒燃 烧煤 粉对 焦 炭粉札 性能的影 响ll72实验 内容 由于在做 焦炭的气化反应 实验 时,采用 的焦炭为 粒度8 ~1

2 r am的焦丁 , 因此 , 熹l擞的粉 化率 应该为反应后的试样中小于8 r am的焦炭所 占的重量 比例. 将 实验后 的试样焉l 盯m韵筛子均 匀筛分3

0 次,用天平 称量小于8 t ur n的焦炭样重 , 计算焦炭的粉化率 . = ( 小于8mm 试 样重 / 反应后试 样 总重 ) *

1 0

0 2 . I 处理 后焦样的粉化率在各实验温度下 , 焦炭恒温处理 -d , 时后焦样 的粉化率 随温度 的变化 关系觅圈2 ・ l / ℃ 图2恒温处 理后 的柑 化率 与温度 的关 系 从图

2 可 以看出 ;

对于焦炭 在Nt气氛 下,加热到各 实验温度恒 温处 理一小 时.童嵌的 粉 化率~8

5 o c~1

1 5

0 C范围内比较稳定- 温度高于儿5

0 c焦炭的粉化率随温度的哥巍墨速增 加;

1

2 5

0 ℃以后 , 随着温度的升高 , 焦炭的粉化率有增 大的趋势 , 但 比较缓慢 .

2 .

2 焦炭气化反应的粉化 率 在各实验温度下 , 焦炭气化反应一 小时 后焦样的粉化率见表d 表d焦炭气化反应 - -d , 时后 的粉 化率 从表 d 可看 出;

对于焦 炭在各 实验 温度 下气 化反应 一小时 后,焦炭 的 粉化率在g S O ~ C

1 1

5 0 ~范围内 , 随着温度 的升高 而迅速增加 , l l

5 0 ℃焦 炭的 粉化最为 严重 ;

温度高于 I

1 5

0 ℃ , 则焦炭的粉化率 随温度 的升高而 降低 ,

1 3

5 0 ~ C~1

4 5

0 ~变化不太明显 .

2 .

3 焦炭 料层喷吹有2

0 g U P C气 化反应- -d , 时的粉化率 在各实验温度下 , 焦炭料层喷吹有2

0 g u P c气化反应一小时后焦炭样的粉化串觅表5 ・ 表5焦炭 料层喷吹 UP C气化 反应后试 样的粉 化率 从表5 可以看出: 焦炭的粉化率在

8 5

0 ℃~ l

2 5

0 ℃范 围内随着温度 的升高而 升高 , 当温度 l l

8 重庚大学学报高于1250 C. 焦炭的捞化率 则是随着温度的升高而下降.比较 图2 、 表d和表5 可 以得 出这 样的结论:在相同的温 度条件下 . 焦炭气化反应一小时后焦样的粉化率高 于焦炭层喷吹有

2 0 g U P C气 化反 应一小时后焦样的粉化率,高于焦炭在N: 气氛下恒温加热 一小时后 焦样 粉化率.3问题 的分析 与讨论

3 .

1 焦炭 在N气氛下热裂粉化行 为焦炭在Nt气氛下加热处理时的粉化 主要是由于体积膨胀引起 的破裂,当温度加热到.850c~l

1 5

0 ℃时.焦炭 由于受热应 力作 用而产生开裂 , 粉化不 太严 重;

一般来说 , 当加热 到 碳化 温度 ( 指煤炼焦 焦过 程中, 煤的 挥发 份经高温挥 发完 毕.结成的焦块 基本为 固定 碳时 的 温度 . 重钢焦的碳化 温度为 l

1 5

0 ℃左右).焦炭 由于 受 热而产生 体积膨胀 . 如果温 度继续 升高.就可能产生收缩现象 . 此时 . 焦炭 内部应 力分 布是受 膨胀力和 压缩 力控 制的 , 在这两种力 的 作用下 . 焦炭产生裂纹 . 裂纹 通常是 沿着最易发展 的路 线成 直线和稍成 曲线发展 , 并且裂 纹从表面向中L-延伸.达到一定的程度就可能一块焦分成两块或多块,随着温度的升高.焦炭的裂解就越来越严重.大块焦变 成小块焦.小块焦继续裂解就成了粉焦.因此・当温度高于1l50C.粉化率随着温 度的升高也就 越加显著.1450C焦 炭的热裂粉化最为严重.3.2焦炭气 化反应时 的粉 化行 为 焦炭 与CO发生气 化反应产 生的粉 末.主要 是 由气化反 应过程 中的表层剥落和 内部蚀 损以及体积膨胀引起 的.从表

4 可以看出 . 当温 度低于9

5 0 ℃时.焦炭气化 反应生成的 粉率几乎成直线 增加 , 当温 度超过9

5 0 _ C. 升 高到

1 1

5 0 C之前 . 生成的 粉末量急剧增 加.随着温度的升高粉末量增加的理 由是 : 由于气化 反应的进行 . 焦炭表面 的脆化层变薄 , 气孔壁容易发生裂纹 , 加上连续的气流 冲击 作用 , 最初生成 的裂 纹附近又出现了 新的裂纹 . 并连 在一起 向内 、 外 延伸. 因此 , 临界 强度降低 , 粉末就会从表面脱离 出来 . 旧的脆化层 消失 . 新的脆化层生 成,这样 重复发生 , 也就 有更多的粉末生成.焦炭与 C O 的反应 , 不 只局限 于在表 层发生 , C O 同 时也 向深层扩散 , 扩散的通道包 括本 来相互连通 的气孔 , 以及 C O 反应 中傲孔的扩大 , 穿透 、 合并而形成更大 的孔隙, 这一扩散 过 程造 成了内部蚀损 , 并在焦 炭内部 引起裂 纹.其热裂方 式从表面 热裂到 大块热裂 也是变 化'

的,从而 导致 焦炭的抗拉 强度降低 , 粉末生 成量增 加 此外 , 反应温度较 低,化学 反应速度也 低.内扩 散阻 力小 . 为深层 反应 提供了 条件 , 所以,随着温度的升高 , 焦 炭的粉化率显著增加 . 当温度超过

1 】

5 0 ~ C, 随着温度的升高和气化反应的进, 行, 焦炭 中的非结晶碳向结晶碳的转变 速度 急剧加快 , 焦炭的石墨化 程度升 高.碳的品格结构 愈趋完整 . 因此 在1

1 5

0 ℃~1

4 5

0 ℃范 围内, 焦炭气化反应一小时后的粉化率 随着温度 的升高反 而降低

3 .

3 焦 炭层喷吹 U P C后.焦炭 气化反应 时的粉化行为 从表5 看出,当焦 炭层 喷吹 U P C后.焦炭气化 反应一 小时 的粉化 率均 较不 喷吹 U P C的低.… 当焦炭层喷吹 U P C后.由于 U P C的优先气化 , 焦炭的反应性 降低 , 反应后的强度较不喷 吹UPC的高. 因此 , 同一 温度条件下 , 在相 同的反应 时间内 , 焦炭由于气化 反应产生 的粉末 第16卷第5 期 朱子 宗等 耒 燃烧 蝶粉 对焦 炭粉 化性能的影 响 量较不喷吹 U P C焦炭产生的粉末量少. 焦炭层内U P C量越多, 焦炭反应健僻低的越多, 反应 后 的强度相对来说越高 , 粉末生成量 也就越少 . , 在焦炭层喷吹 U P C量相同的情况下, 随着反应温度的升高. 与没弃喷吹 U P C的焦炭相 比较 , 粉末生成量减少趋势越加明显 . l

1 5

0 ℃由于喷吹 U P C后. 焦炭的反应性下降的最多, 焦 炭气 化反 应后粉末 生成 量减少的最多.当温度升高到1

2 5

0 ~ C以后. 由于焦炭喷吹 U P C后的反应性随温魔升高而下降. 所以粉 末生成量也比焦炭在1

2 5

0 ~ C下气化反应后生成的粉末量少. I }

4 结论I)对 于焦炭在N气氛 下.加热到 各实验温度恒温处理一小时,焦炭的粉化率 在8

5 0 ℃~ l

1 5

0 ℃范围内比较 稳定{温度高于l150℃,焦炭的粉化率随温度的升高 迅速增加;

1250℃以 后,随着温 度 的升 高.焦炭的粉化 率有 增大的趋 势.但比较 缓慢.2)对 于焦炭在 各实验温度下气化反应后,焦炭的粉 化率在850℃~ l

1 5

0 ℃范围内,随着温度的升高而迅速增加,¨5O℃焦 炭的粉化最为严重;

1350℃~

1 4

5 0 ℃变 化不 太 明显 .

3 )对 于焦 炭料 层喷吹有20gUPC. 焦炭气化反应后的粉化率在850℃~1250℃范围内随 着温度的升高 而升高;

当温度于1250℃.焦炭的粉化 率则是随着温度的升高 而下降.4)在相同的温 度条件下,焦炭 气化反应一小时后 焦样的粉化率高于焦炭层喷砍2

0 g U P C 气化反应一小时后焦样 的粉化率.高于焦炭在N: 气氛下恒温加热一 小时后焦佯的 粉化 率.参考文献I[日] 田村 健二 .一 田守政 等高炉一天宁工 近傍 粉 j一 叉 堆积 举动 加与 适 正飘 口风速 . 铁钢1987.73(I5):lg8O~】9872[日] 高答 幸司 . 山冈秀行.岩永褡治.高炉 内【:汁6粉粒体 粉 粒体 举动.铁t钢 , I

9 8

7 ,

7 3 (

4 ) : A l

3 [ 日] 岩永 裕治 . 高备 幸司. 天化 反应 下 冲击 l =上6 j一夕 叉粉化举 动.铁 匕钢 .I

9 8

8 .

7 4 ( ) ;

6 24~ 63I

4 傅永宁 , 黄永 播等 .焦炭 的耀部 蚀损 和在 高炉 内的行 为.钢铁 ,l

9 9

0 ,

2 5 ( I ) : 】 ~6 ................