基于粒度分布特征的气流床气化细渣结构解析及反应性研究

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气化过程中,不同粒度煤颗粒的破裂方式、挥发分脱除行为、焦-熔渣相互作用机制等具有显著差异,导致不同尺寸煤气化细渣的结构特征和反应特性不同。通过研究气流床气化入炉煤粉和煤气化细渣的结构、性质与其粒度分布的关系可为溯源气化炉内细渣形成机制及优化入炉煤粒度提供重要依据。本研究以宁夏宁东典型GSP气化工艺用煤粉和气化细渣作为原料,经过干燥、破碎和筛分,制备了粒度<0.125 mm、0.125-0.250 mm和>0.250 mm的三种气化细渣,分别称为SGSPZ、MGSPZ和BGSPZ,并制备了两种粒度为<0.1 mm、0.1-05 mm的煤粉,分别称为SszMP和BSZMP。本文依据气化原料性质差异和产物性质差异,分析细渣形成过程,进而将气流床气化细渣结构与其反应性相关联。借助氮吸附法、XRD、Raman光谱、TGA、热台显微镜和其它高温可视化设备等表征分析手段对样品的理化结构及燃烧活性进行了分析。主要研究内容及结果如下:(1)三种粒级气化细渣均含有大量的球状颗粒与不规则颗粒。MGSPZ在渣中占比最高(46%),比表面积最大(87.8m2/g),残炭含量最高(19%),石墨化程度最低(30%),在不同的升温速率下综合燃烧特性指数最优。BGSPZ占比32%,性质与MGSPZ完全相反。显然,气化较充分的煤粉趋向于形成BGSPZ。(2)在模拟空气气氛下,SszMP的烧失量比BszMP高5%,着火温度、燃尽温度提前30℃~40℃,最大反应速率时单位质量的热流率高13 mW。SSZMP在反应过程中呈均匀式收缩,BSZMP呈骤变式破裂模式。挥发分的释放及燃烧会在煤粉周围形成包络型火焰,通过煤颗粒的颜色和轮廓清晰程度发现SszMP的挥发分释放显著快于BszMP。煤粉粒度对气化过程中颗粒的热质传递、破碎方式、挥发分释放产生了重要影响。这为煤气化过程的研究提供了一定的依据。(3)在煤粉形成气化细渣的反应过程中,有60%到70%左右的物质被消耗,煤粉颗粒的石墨化程度从15%提高至20%-40%。SZMP热解产物的种类有118种,MGSPZ、SGSPZ的热解产物种类分别为92、86种,BGSPZ的热解产物种类最少,只有63种,热解产物的种类随气化程度提高而减少。
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