鲁奇炉干馏段内大颗粒煤的热解特性研究

摘要

煤热解是煤转换利用的主要方式之一,低阶煤通过热解的方式转化为焦油、焦炉煤气和半焦等产品,大大提高了低阶煤的利用价值。在实际的工业生产中,煤热解所用煤多为大颗粒煤或块煤,挥发分的成分复杂多样,针对这方面的研究相对较少。鲁奇三段炉作为煤热解常用的设备之一,在工业上广泛应用。以鲁奇炉实际运行工况为依据,基于Merrick提出的热解动力学模型,结合煤颗粒内部的传热建立了大颗粒煤热解的综合数学模型;在综合煤热解动力学模型和气固换热模型的基础上建立了鲁奇炉干馏段内煤热解过程的数学模型。应用所建立的数学模型,研究了大颗粒煤在热解过程中的升温特性、挥发分各组分的释放特性以及鲁奇炉干馏段内挥发分各组分的浓度分布特性。模拟结果显示,对于直径为20 mm的单颗粒煤,热传导为热解的限制性环节,煤粒内外的温差由最初的最大温差67℃逐渐减小,加热1 h后煤颗粒内外温差仅为1.71℃,煤颗粒的挥发分产率达到29.2%,占最终产率的89%;挥发分中各组分的析出规律差异较大,焦油和H 2 O的释放速率约为其他组分的10倍;鲁奇炉干馏段(高度为3 m)煤颗粒的热解主要发生在底部0~1 m,对应的温度区间为350~550℃,在0.25~0.6 m床层段挥发分析出速率较快,对应温度区间为430~500℃。