哪种煤容易结焦?
1 煤的热解过程
将烟煤在隔绝空气下加热,随温度升高,烟煤发生错综复杂的变化,经过一段时间的热分解,挥发物逐渐析出,残留物逐渐热缩聚,加热到950-1050℃,便炼制成焦炭。其过程大体经历如下阶段:
(1) 干燥和预热(常温-200℃)
湿煤水分首先蒸发,在100℃前为干燥阶段。 在100-200℃时煤受到预热,吸附在煤的气孔中和表面上的CO2和CH4,逐渐析出,煤质不变。
(2) 分解生成胶质体(200-500℃)
煤料温度升高到200℃以上时开始分解,不同变质程度的煤,开始分解温度不同,一般在200-400℃之间,分解产物主要是化合水。 CO2。CO。CH4等气...全部
1 煤的热解过程
将烟煤在隔绝空气下加热,随温度升高,烟煤发生错综复杂的变化,经过一段时间的热分解,挥发物逐渐析出,残留物逐渐热缩聚,加热到950-1050℃,便炼制成焦炭。其过程大体经历如下阶段:
(1) 干燥和预热(常温-200℃)
湿煤水分首先蒸发,在100℃前为干燥阶段。
在100-200℃时煤受到预热,吸附在煤的气孔中和表面上的CO2和CH4,逐渐析出,煤质不变。
(2) 分解生成胶质体(200-500℃)
煤料温度升高到200℃以上时开始分解,不同变质程度的煤,开始分解温度不同,一般在200-400℃之间,分解产物主要是化合水。
CO2。CO。CH4等气体及少量焦油蒸汽。
当温度升高到350-500℃继续分解,生成胶质体,析出大量焦油蒸汽。胶质体中的气态产物不能自由析出,因此产生膨胀,对炉墙有一定的膨胀压力,并将固态颗粒粘结在一起。
(3) 胶质体固化形成半焦(450-650℃)
随温度升高达450-550℃,胶质体中液态产物逐渐分解,一部分分解产物呈气态析出,一部分与胶质体中固态产物相互缩聚,因此,生成固态的半焦。
不同煤的半焦不同,粘结性好的煤,半焦呈块状,胶质体中气/液/固三相之间作用越充分,块状半焦内的结合情况越好。
当温度达500-650℃,半焦收缩,接着出现裂纹,产生的裂纹逐渐扩大,加深和延长。
另方面继续析出气体,以CH4和H2为主。
(4) 半焦转为焦炭(650-950℃)
当温度升高到650℃以上时,继续析出的气体主要是H2,且数量越来越少。半焦进一步收缩变紧,变硬,含碳增加,结构致密,比重增大,裂纹扩展。
温度升高到950-1050℃,焦炭成熟。超1050℃。焦炭变碎甚至石墨化。
上述由煤转化为焦的全过程,称为结焦过程,过程的主要是煤中有机质转化为含碳更高,结构更致密的焦炭物质。变化的主要作用是煤中有机质的热分解和热缩聚。
2 炭化室内结焦过程
炭化室内煤料供热是从两侧炉墙向炭化室中心逐渐传递的。由于煤的导热性(尤其是胶质体)很差,在炭化室中心面的垂直方向上,煤料内的温度差较大,所以在同一时间,与炉墙不同距离的各层煤料温度不同如图:左。
各层处于热解的不同阶段如图:右
煤在炭化室内的结焦过程是从两侧炭化室墙附近开始,一层层地逐渐向炭化室中心推移,即称为“成层结焦”。炭化室中心面上煤料温度始终最低,最后成熟,因此结焦末期炭化室中心面温度(焦饼中心温度)可以做为焦饼成熟程度的标志,称为炼焦最终温度。
结焦过程中煤料状态随时间而变化,由于“成层结焦”,各层的升温速度也不相同,如图:
处于不同状态的各种中间产物的热容,导热系数,相变热,反应热等都不同,所以炭化室内煤料温度场是不均匀,不稳定的温度场,其传热过程属不稳定传热。
湿煤装入后,越靠近炭化室墙的煤料升温速度越快,炭化室中心面煤料温度升到100℃以上所需时间相当于结焦时间的一半左右。这是因为水的汽化潜热大而煤的导热系数小,同时由于结焦过程中湿煤层始终被夹在两侧塑性层(胶质体)之中,水汽不易透过,致使大部分水汽窜入内层湿煤中,内层湿煤水分增加,使炭化室中心煤料长时间停留在110℃以下,煤料水分愈多,结焦时间愈长,炼焦耗热量愈高。
煤料在350-500℃胶质体层塑性温度区间,与炉墙距离不同的各层,不但升温速度不同,而且普遍升温很慢,靠近炉墙外的升温最快,约5度/分,接近炭化室中心处最慢,约2度/分以下。
500℃以后,各层升温速度又是一种情况,炉墙附近,半焦升温速度快。
焦炭裂纹多且深。距炉墙较远的内层,升温速度较慢,焦炭裂纹少且浅,炭化室中心部位,当两个胶质层汇合后,由于热分解的气态产物不能通过被胶质体浸润的半焦层,产生膨胀,将焦饼压向炉墙两侧,形成与炭化室中心面重合的焦饼中心裂纹。
此后,由于外层已经形成焦炭。不需要热量,且焦炭导热性较好,能迅速向中心传热,加以热气流经中心裂纹通过,所以焦饼中心温度达500℃以后升温速度加快,炭化室中心部位的焦饼裂纹也多。
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