El carbón no sólo es un importante combustible, sino también una importante materia prima para las industrias metalúrgica y química. Con el desarrollo de la economía nacional y el vigoroso desarrollo de la utilización integral del carbón, es aún más necesario estudiar las propiedades tecnológicas del carbón, juzgar si cumple con los requisitos de diversas industrias procesadoras, elegir el método de utilización más razonable y hacer correctas evaluaciones industriales. Las propiedades tecnológicas del carbón incluyen principalmente cohesividad, poder calorífico, reactividad química, estabilidad térmica, rendimiento y selectividad de alquitrán, etc.
1. Las propiedades de apelmazamiento y coquización del carbón
La propiedad de apelmazamiento del carbón se refiere a si las partículas de carbón (con un diámetro inferior a 0,2 mm) pueden adherirse a sí mismas después de aislarse del aire y calentado O la capacidad de las sustancias inertes para formar coque; la propiedad de coque del carbón se refiere a si las partículas de carbón pueden generar coque de alta calidad (la resistencia y la grumosidad del coque cumplen con los requisitos del coque metalúrgico) después de calentarse de forma aislada. el aire. La propiedad de apelmazamiento del carbón es una condición necesaria para la coquización. El carbón con buenas propiedades de coquización tiene buenas propiedades de aglutinación; el carbón con malas propiedades de coquización debe tener malas propiedades de coquización. Sin embargo, el carbón con buena cohesividad no necesariamente tiene buenas propiedades de coquización. Por ejemplo, el carbón fertilizado con gas tiene fuertes propiedades de coquización, pero el coque producido tiene muchas grietas y baja resistencia, por lo que las propiedades de coquización no son buenas. Las propiedades de apelmazamiento y coquización del carbón son indicadores de calidad importantes para el carbón coquizable y también son una de las bases importantes para evaluar la carbonización, gasificación o carbón energético a baja temperatura.
La industria metalúrgica requiere grandes cantidades de coque de alta calidad como combustible y agente reductor. Como combustible de alto horno, el coque debe tener un cierto grado de grumos y resistencia mecánica. La coquización es un proceso de procesamiento térmico en el que el carbón de coque triturado se calienta y se destila en un horno de coque cerrado para formar coque. El carbón utilizado para la coquización debe tener cohesividad, es decir, se puede producir una cierta cantidad de coloide durante el proceso de descomposición térmica en retorta, de modo que las partículas de carbón puedan unirse y fusionarse entre sí para formar una pieza completa de coque. El carbón utilizado para la coquización también debe tener propiedades de coquización, es decir, puede producir coque de cierto tamaño y resistencia suficiente durante la carbonización del carbón. Se puede ver que la cohesividad del carbón es una propiedad necesaria para que el carbón forme coquización. Es lo mismo que la plasticidad, la fluidez, la expansión y otras propiedades, y es sólo un aspecto de la propiedad de coquización del carbón.
Existen muchos métodos para medir las propiedades de coquización y apelmazamiento del carbón en el laboratorio. En mi país, el método de determinación del índice de capa coloidal se usa comúnmente en la exploración geológica de yacimientos de carbón. Además, existen el método del índice de Roga, el método del índice de unión (G), el método de expansión de Oya, la prueba de retorta Gejin y el método de determinación del número de expansión libre. como el método del plastómetro de Kiehl.
(1) Método de determinación del índice de capa coloidal
Este método simula las condiciones industriales de la coque. Al medir, se colocan 100 g de muestra de carbón limpio con un tamaño de partícula inferior a 1,5 mm. una taza de acero y luego calentar unilateralmente la muestra de carbón desde el fondo. Después de alcanzar una determinada temperatura, se forman una serie de capas isotérmicas en la copa de acero y la temperatura aumenta de arriba a abajo. Cuando la temperatura alcanza el nivel del punto de reblandecimiento, el carbón se ablanda para formar una capa de coloide. La temperatura debajo de la capa de coloide alcanza el nivel del punto de solidificación del coloide y el carbón se solidifica en semicoque. permanece sin ablandar (Fig. 6-12, Figura 6-13). A partir de 250 ℃, la temperatura aumenta 3 ℃ cada minuto y la altura de las capas superior e inferior de la capa coloide se mide cada 10 minutos hasta 650 ℃. Durante el proceso de medición, la capa de coloide es relativamente delgada al principio, luego gradualmente se vuelve más gruesa y luego gradualmente se vuelve más delgada, por lo que la capa de coloide tendrá un valor de espesor máximo. Utilice una sonda para medir periódicamente la posición de los planos horizontales superior e inferior de la capa de coloide en la taza de carbón y utilice los datos medidos para dibujar gráficos para determinar el valor Y del espesor máximo (mm) de la capa de coloide, la contracción final. Valor X (mm) y la curva de cambio de volumen (Figura 6-14). Entre ellos, el valor Y del espesor máximo de la capa coloide es uno de los dos indicadores de la clasificación industrial actual del carbón en mi país.
Figura 6-12 Diagrama esquemático del proceso de coquización en la copa de carbón de capa coloidal (según Yang Qi et al., 1979)
Figura 6-13 Instrumento de medición de capa coloidal con Peso equilibrado Diagrama esquemático (según Energy Geology, 2004)
Figura 6-14 Diagrama esquemático de la curva de medición de la capa coloidal (según Yang Qi et al., 1979)
El El valor de Y aumenta regularmente con los cambios del grado de coalificación. En la Figura 615, según la reflectancia máxima (Romax) del grupo vitrinita y el grado de coalificación, se puede ver que el valor de Y es el mayor en el rango de Romax=0,8~1,2 a medida que aumenta el grado de coalificación o. disminuye, el valor Y disminuye.
La muestra de carbón para medir la capa coloide debe seleccionarse en una solución de gravedad específica de 1,4. Se deben tomar muestras dobles cada vez. Este método lleva mucho tiempo probar y requiere muchas muestras de carbón crudo. (Se requieren 200 g de carbón refinado a la vez). Muestras de carbón), algunas muestras de núcleos de carbón obtenidas de vetas de carbón delgadas o perforaciones de diámetro pequeño a menudo son difíciles de cumplir con los requisitos de medición. El método del índice de capa coloidal tiene una gran capacidad para distinguir carbones de cohesión media, y los valores Y de la mayoría de los carbones son aditivos, lo que es beneficioso para el cálculo de la mezcla de carbón coquizable. Este método es difícil de medir con precisión para carbón con un valor Y > 25 mm o un valor Y < 10 mm, y tiene un poder de resolución deficiente para el carbón débilmente aglutinado.
(2) Método del índice Roga
Combine 1 g de muestra de carbón bituminoso secado al aire con un tamaño de partícula inferior a 0,2 mm y 5 g de muestra de carbón de antracita estándar (carbón de antracita Ningxia Rujigou, Ad <4, Vdaf >7, el tamaño de partícula es 0,3~0,4 mm), mezcle uniformemente, póngalo en el crisol, coloque la briqueta sobre la muestra de carbón, luego agregue la tapa del crisol, póngalo en el horno de mufla a (850±10 )℃, coque durante 15 minutos y luego sáquelo del crisol, enfríe y pese la masa total de escoria de coque. Tamice el residuo de coque en un tamiz de orificio redondo de 1 mm. Después de pesar la parte superior del tamiz, colóquelo en el tambor y realice la primera prueba del tambor a una velocidad de 50 rpm. Después de girar durante 5 minutos, use un tamiz de orificio redondo de 1 mm. Después del tamizado, pesar la masa de la parte superior del tamiz, colocarla en el tambor para la segunda prueba del tambor, repetir las operaciones de tamizado y pesaje y finalmente realizar 3 pruebas del tambor. Calcule el índice de Roga de acuerdo con la siguiente fórmula:
Geología del carbón
En la fórmula: Q es la masa total de escoria de coque, g es la escoria de coque mayor que 1 mm antes. el peso de la primera rotación del tambor, g; b es el peso del residuo de coque superior a 1 mm después de la primera rotación del tambor, g es el peso del residuo de coque superior a 1 mm después de la segunda rotación del tambor; residuo mayor a 1 mm después de la tercera rotación del tambor. Peso de escoria, g.
El índice de Roga indica el porcentaje de coque con un tamaño de partícula superior a 1mm en la masa total. Cuanto mayor sea el índice de Roga, más coque con un tamaño de partícula superior a 1mm y mejor será la cohesión del carbón. . El valor de R.I. (o expresado como LR) >45 es carbón de apelmazamiento medio a fuerte; R.I.=20~45 es carbón de apelmazamiento medio; R.I.=5~20 es carbón de apelmazamiento débil; . La relación entre el valor R.I. y el valor Y se muestra en la Figura 6-16. Se puede ver en la Figura 6-16 que cuando y = 10 ~ 15 mm, el rango del valor R.I. es bastante grande, entre 20 y 70, lo que indica que el método del índice de Roga tiene una mejor capacidad para identificar carbón de aglomeración media que el método y. valor. . Incluso cuando el valor de Y es cercano a 0, R.I. puede distinguir. Por ejemplo, el Y de algunas muestras de carbón en una determinada veta de carbón en el área minera de Pubai en Shaanxi es de 15 a 18, y Y es todo 0. Sin embargo, se pueden distinguir según los diferentes valores de R.I.=0. significa carbón pobre; R.I.=15 significa carbón pobre.
Figura 6-15 La relación entre el valor de Y y el grado de coalificación (Romax) (según Yang Qi et al., 1979)
Figura 6-16 La relación entre el índice de Roga y Valor Y (según Yang Qi et al., 1979)
Hay muy pocas muestras de carbón utilizadas en el método del índice Luojia. El método de determinación es simple, rápido y fácil de promover. tiene poca capacidad para distinguir carbón con fuerte cohesividad, como cuando el valor Y es >25 mm, el valor RI está entre 80 y 92, y la reproducibilidad de la medición del carbón con muy débil cohesividad es pobre.
(3) Método del índice de unión
El principio de medición es el mismo que el del índice Roga. La diferencia es que el tamaño de las partículas de antracita se cambia a 0,1 ~ 0,2 mm. Se analiza la muestra de carbón y antracita. La proporción se puede cambiar y la prueba del tambor se cambia de tres a dos veces. El índice de enlace G se calcula según la siguiente fórmula:
Geología del carbón
En la fórmula: m es el peso total del residuo de coque, g1 es el coque >1 mm después; el peso de la escoria de la primera molienda, g m2 es el peso de la escoria de coque > 1 mm después de la segunda molienda, g.
Si el resultado del cálculo es G<18, cambie la proporción de la muestra de carbón analizada a antracita estándar a 3:3 y luego repita el experimento anterior. El valor G se calcula según la siguiente fórmula:
Geología del carbón
El índice de apelmazamiento es adecuado para distinguir carbones de apelmazamiento débil y medio, y la prueba es relativamente simple. Sin embargo, la capacidad de distinguir el carbón fuertemente aglutinado no es buena y es necesario cambiar la proporción al medir el carbón débil, lo cual es más problemático.
(4) Prueba de Expansión de Oya
La Prueba de Expansión de Oya es también uno de los indicadores de clasificación internacional del carbón.
El grado de expansión b de Oya representa la tasa de expansión máxima cuando el carbón se calienta y se ablanda hasta un estado coloide (Figura 6-17). El tamaño del valor b está relacionado principalmente con el número de coloides, el grado de cohesión y la tasa de volatilización. La relación entre el valor Y y el valor b se muestra en la Figura 6-18. En la Figura 6-18, cuando el valor Y es >25 mm, el patrón de cambio del valor b sigue siendo muy obvio. Por ejemplo, el carbón graso número 1 en algunas áreas de nuestro país tiene un valor Y de 28 mm. Los valores b medidos están entre 160 y 160. Entre ~270, se puede ver que el grado de expansión O-Ya tiene una buena capacidad para identificar carbón fuertemente aglutinado.
Figura 6-17 Curvas de expansión de Oya de varios carbones (según Yang Qi et al., 1979)
Cada uno de estos indicadores tiene sus propias características, pero todos tienen ciertas limitaciones. La desventaja de una distinción poco clara entre los carbones en una zona de apelmazamiento. Además, el número de expansión libre y el método de prueba de retorta Gejin se basan en calentar carbón en condiciones estrictamente especificadas, observar directamente las propiedades del coque resultante y compararlo con el tipo de coque estándar para determinar la cohesividad y las propiedades de coque del carbón. . La evaluación de estos dos indicadores es propensa a la subjetividad, lo que provoca errores humanos. Al mismo tiempo, el número de serie sólo puede determinarse de forma cualitativa y con poca precisión.
Figura 6-18 La relación entre el valor b y el valor Y (según "Chinese Coalfield Geology" (Volumen 1), 1979)
Con el fin de formular nuevos indicadores de clasificación industrial para En mi país, unidades como el Instituto de Investigación de Química del Carbón del Instituto de Investigación Científica del Carbón de Beijing y el Instituto de Investigación de Energía Térmica de Anshan han realizado investigaciones para mejorar el índice de adhesión. El nuevo índice debería utilizar datos cuantitativos estrictos para distinguir claramente el carbón con diferentes propiedades de aglutinación. Según la gran cantidad de datos acumulados en nuestro país citando el método de prueba del índice de Roga a lo largo de los años, se demuestra que el índice de Roga tiene una mejor capacidad para expresar la cohesión del carbón que el valor Y y el valor b de las deficiencias. Para abordar los aspectos del método del índice de Roga, es necesario tomar medidas importantes. La mejora puede conducir a nuevos indicadores mejores. El enfoque de mejora es aumentar y disminuir el área de superficie de la antracita estándar utilizada en la determinación de carbón fuertemente aglutinante y carbón débil, respectivamente.
Los principales puntos de mejora del Instituto de Investigación Química del Carbón de Beijing son: cambiar el tamaño de partícula de la antracita estándar de 0,3~0,4 mm a 0,1~0,2 mm, que está cerca del tamaño de partícula del carbón bituminoso, por lo que Para que sea fácil de mezclar de manera uniforme, la superficie aumenta considerablemente, de modo que la capacidad distintiva del carbón aglutinado se puede reflejar de manera más obvia. Para el carbón débilmente aglutinado (valor medido <20), se utilizó la proporción de 3:3, de modo que la superficie del carbón de antracita se redujo relativamente. Los datos medidos se dividieron por el coeficiente empírico y se convirtieron en un valor de. Relación 1:5. El método mejorado se denomina método de determinación del índice de adherencia del carbón bituminoso.
Los principales puntos de mejora del Instituto de Investigación de Energía Térmica de Anshan son: De acuerdo con la diferente cohesividad de las muestras de carbón de prueba, se utilizaron tres proporciones diferentes de carbón de prueba y antracita en la prueba: 1:5, 2,5. : 3,5, 6:0. Para el carbón con una cohesividad extremadamente débil, además de no añadir carbón de antracita durante la prueba, también se prescribe un método de prueba especial en tambor. Para acercar las condiciones de prueba a las de producción de coquización, la velocidad de calentamiento se cambió a 3°C/min. El método mejorado se denomina método de prueba de cohesión del carbón.
Estos dos métodos de mejora utilizan ciertas fórmulas y constantes para calcular índices basados en la resistencia al desgaste del bloque de semicoque y la cantidad de antracita añadida, respectivamente, indicando la fuerza de cohesividad del carbón de prueba. muestra. Los experimentos muestran que el método mejorado mejora la reproducibilidad y la discriminación.
Desde la década de 1960, con el rápido desarrollo de la industria del acero, muchos países del mundo han utilizado métodos de análisis de roca de carbón para predecir y probar eficazmente el rendimiento de coquización del carbón coquizable. Según las diferentes funciones que desempeña cada componente microscópico durante la coquización, se puede dividir en: ① Componentes activos (también llamados componentes fusibles), incluida la vitrinita y los componentes estables, que pueden formar coloide durante la pirólisis. El coloide formado por componentes estables es volátil y tiene una adhesividad ligeramente peor que la vitrinita ② Los componentes inertes (también llamados componentes infusibles), incluidos el grupo sedoso, el grupo semisedoso y los minerales, no pueden formar coloides cuando se pirolizan. La adhesividad del grupo de la semivitrina se encuentra entre los dos. Al calcular, un tercio de su contenido se clasifica como componente activo. Cuanto mayor sea la proporción de componentes activos e inertes en el carbón, mejor será la calidad del coque resultante. La capacidad de los componentes activos para unir componentes inertes en el carbón en diferentes etapas metamórficas es diferente, siendo la etapa de carbón graso (Ro=0,9) la más fuerte. En los últimos años, debido al progreso en la automatización del análisis de carbón y rocas, las empresas siderúrgicas de Alemania Occidental, Estados Unidos, Japón y otros países han realizado habitualmente análisis de carbón y rocas en muestras de carbón comercial.
2. Valor calorífico del carbón
El carbón libera una gran cantidad de calor al quemarse. El poder calorífico del carbón es el calor generado por la combustión completa del carbón por unidad de masa, a menudo expresado como cal/g o kcal/kg. El poder calorífico es un indicador de la calidad del carbón para calefacción. Es la base para calcular el balance térmico, el consumo de carbón, la eficiencia térmica, etc. del proceso de combustión.
(1) Definición y unidades
El poder calorífico es el principal indicador de calidad del carbón energético. El poder calorífico se utiliza para calcular el balance térmico, la eficiencia térmica y el consumo de carbón para la combustión de carbón. y gasificación. Es una de las bases de diseño para equipos de combustión y gasificación. El poder calorífico es uno de los indicadores de clasificación del carbón de bajo rango y otras propiedades del carbón también se pueden juzgar en función del poder calorífico. El poder calorífico del carbón se refiere al calor total generado por la combustión completa de una unidad de masa de carbón, representado por el símbolo Q. La unidad internacional de calor es Joule (J), 1J=1N·m (Newton·metro). En el pasado, la unidad de calor utilizada en nuestro país era la cal, y la unidad de calor británica era Btu/lb (unidad térmica británica/libra). La relación entre estas unidades de calor es:
1cal≌1.8Btu≌4.1868J, 1J=0.239cal, 1000kcal=41868MJ
(2) El principio de medición del poder calorífico es que el El tamaño de partícula es menor que 1 g. Una muestra de carbón secada al aire de 0,2 mm se quema en una bomba de oxígeno, como se muestra en la Figura 6-19. La bomba de oxígeno se llena con oxígeno a una presión de 2,5 × 106 Pa. Cuando se aplica electricidad, el cable metálico de la bomba de oxígeno enciende la muestra de carbón. La muestra de carbón se quema por completo en el oxígeno a alta presión. La combustión es absorbida por el agua en el manguito interior. A medida que el agua aumenta de temperatura, se calcula el calor generado por la muestra de carbón, que se denomina poder calorífico del cartucho, representado por los símbolos Qb, ad. Para evitar la pérdida y el intercambio de calor durante la prueba, la temperatura del agua en el cilindro exterior se cambia automáticamente para seguir la temperatura del agua en el cilindro interior durante la prueba, de modo que no haya intercambio de calor entre los cilindros interior y exterior. Este método se llama método de prueba del calorímetro adiabático.
Figura 6-19 Bomba de oxígeno de estilo antiguo sellada con junta de plomo (según Energy Geology, 2004)
(3) Poder calorífico del cartucho de carbón, poder calorífico de alto nivel y bajo -nivel de poder calorífico Calor
1. El poder calorífico del cartucho
El poder calorífico del cartucho se refiere a la combustión de una unidad de masa de carbón en una bomba de oxígeno llena de exceso de oxígeno. El producto final está a 25 °C. El calor se libera cuando se libera dióxido de carbono, exceso de oxígeno, nitrógeno, ácido nítrico, ácido sulfúrico, agua líquida y cenizas sólidas. El poder calorífico del cartucho también se mide directamente. un calorímetro de bomba de oxígeno en el laboratorio; la unidad de masa de carbón se llena con El calor liberado cuando el exceso de oxígeno se quema en una bomba de oxígeno y los productos finales son dióxido de carbono, exceso de oxígeno, nitrógeno, dióxido de azufre, agua líquida y cenizas sólidas en 25°C se denomina poder calorífico de alto nivel a volumen constante, que es El poder calorífico se obtiene restando la diferencia entre el calor de formación del ácido nítrico y el calor de formación del ácido sulfúrico y el dióxido de azufre del poder calorífico del cartucho cuando se quema carbón por unidad de masa en una bomba de oxígeno llena con exceso de oxígeno, los productos finales son dióxido de carbono. El calor liberado cuando hay exceso de oxígeno, nitrógeno, dióxido de azufre, agua gaseosa y ceniza sólida se llama volumen constante bajo; -poder calorífico de nivel El poder calorífico de bajo nivel es el poder calorífico de alto nivel menos el agua (el agua original en el carbón y el agua generada por el hidrógeno en el carbón).
Debido a que la muestra de carbón se quema en condiciones de oxígeno a alta presión, se producen reacciones químicas que no pueden ocurrir cuando se quema en el aire. El nitrógeno del carbón y el nitrógeno del aire de la bomba de oxígeno generan NO2 o N2O5 bajo la alta temperatura y alta presión de la bomba y reaccionan con el agua para generar HNO3 diluido. Esta reacción es una reacción exotérmica. Cuando el carbón se quema en el aire, el nitrógeno del carbón se convierte en nitrógeno libre y se escapa, y esta reacción no ocurre cuando el azufre del carbón se quema en el aire, genera SO2 y se escapa, sino bajo la acción de alta presión; oxígeno en el cartucho, SO2 y agua. La reacción genera H2SO4 diluido, que también es una reacción exotérmica. La disolución de ácido nítrico diluido y ácido sulfúrico diluido en agua también es una reacción exotérmica. Cuando el carbón se quema en el aire, el agua del carbón (incluida el agua generada por el hidrógeno del carbón cuando se quema) se convierte en vapor de agua y se escapa. Esta es una reacción endotérmica. Pero bajo la alta presión del cartucho, el agua no puede convertirse en vapor de agua, por lo que no absorbe calor. Se puede observar que el calor producido al quemar carbón en un cartucho es mayor que el calor realmente producido cuando se quema al aire o en una caldera industrial. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, se debe convertir el poder calorífico de los cartuchos de carbón.
2. Poder calorífico de alto nivel del carbón (símbolo Qgr, ad)
Después de restar el calor de generación del ácido nítrico diluido y del ácido sulfúrico diluido del poder calorífico del cartucho de carbón. , es el poder calorífico del carbón. Alta generación de calor. Fórmula de cálculo:
Qgr, ad=Qb, ad-(95Sb, ad α·Qb, ad)
En la fórmula: Sb, ad son el azufre en el líquido de lavado de cartuchos contabilización del aire El porcentaje de muestra de carbón seco (cuando Sb, ad ≤ 2 en carbón, se puede usar St, ad en lugar de Sb, ad para el cálculo α es el coeficiente de corrección del calor de generación de ácido nítrico, cuando Qb); , ad ≤ 16.7kJ/g, α =0.0010 cuando 16.7kJ/g
3. El poder calorífico bajo del carbón (símbolo Qnet, ad)
El poder calorífico bajo del carbón se calcula restando el calor de vaporización del agua al poder calorífico alto del carbón. Fórmula de cálculo:
Qnet, ad=(Qgr, ad-206Had)-23Mad
En la fórmula: Had es el contenido de hidrógeno de la muestra de carbón secada al aire; Mad es la humedad; Contenido de la muestra de carbón secada al aire.
En términos generales, el poder calorífico bajo básico del carbón (Qnet, ar) es el más cercano al poder calorífico generado cuando el carbón se quema realmente. Fórmula de cálculo:
Geología del carbón
Donde: Mt es la humedad total de la muestra de carbón.
4. Calcular el poder calorífico del carbón
Existen tres tipos de poder calorífico del carbón: poder calorífico de cartucho, poder calorífico de alto nivel y poder calorífico de bajo nivel, y existen Hay 4 estándares, es decir, base receptora, base de secado al aire, base seca y base seca sin cenizas, por lo que hay 12 formas de informar los resultados de la prueba. Sin embargo, existen 5 indicadores de poder calorífico de uso común:
1) El poder calorífico del cartucho de secado al aire Qb, ad, que es el resultado directo de la prueba y debe convertirse.
2) El poder calorífico de alto nivel Qgr, ad de la base de secado al aire se utiliza para informar los resultados de la prueba.
3) La base seca de alto poder calorífico Qgr, d, se utiliza para evaluar la calidad del carbón y estudiar la calidad del carbón.
4) El valor calorífico de alto nivel libre de cenizas secas Qgr, daf se utiliza para evaluar las propiedades de la materia orgánica en el carbón y puede reflejar el grado del carbón.
5) Se recibe el poder calorífico bajo Qnet, ar, que refleja la calidad real del carbón. Es la base para la fijación del precio del carbón y también se utiliza en el diseño de calderas industriales de carbón.
A la hora de fijar el precio del carbón, debemos prestar atención al índice de poder calorífico utilizado, de lo contrario se producirán pérdidas económicas.
Además de la medición directa, el poder calorífico del carbón también se puede calcular basándose en datos de análisis elemental o análisis industrial, que pueden usarse como referencia para unidades que utilizan carbón sin poder calorífico medido real. El Instituto de Química del Carbón del Instituto de Investigación Científica del Carbón ha derivado una serie de fórmulas de cálculo del poder calorífico basadas en los resultados de la investigación de los datos de calidad del carbón de mi país.
(1) Utilice datos de análisis elemental para calcular la fórmula de alto poder calorífico
Carbón con bajo grado de carbonificación:
Qgr, daf=80Cdaf 305(310 ) Hdaf 22Sdaf-26Odaf-4 (Adaf-10)
En la fórmula: el coeficiente delante de Hdaf es 305 para el lignito y 310 para el carbón de llama larga y el carbón antiadherente. Para el carbón con Ad≤10, no se calcula el valor de corrección de cenizas del último elemento.
Carbón coquizable:
Qgr, daf=80Cdaf 310Hdaf 22Sdaf-25Odaf-7 (Adaf-10)
(2) Utilice datos de análisis industriales para calcular el bajo calor Fórmula para valorar el alto poder calorífico del carbón
Carbón bituminoso con alto contenido en cenizas (Aad=45~90):
Geología del carbón
(4) Factores factores que afectan el poder calorífico del carbón
El poder calorífico del carbón está relacionado con el tipo de formación del carbón, la composición de la roca del carbón, el grado de carbonificación (grado del carbón), el contenido de impurezas minerales en el carbón y el grado de Oxidación del carbón por el viento. El poder calorífico del carbón vegetal residual y del carbón de turba saprofito es mayor que el del carbón húmico. Por ejemplo, el carbón vegetal residual de corteza Qb en Mingshan, Leping, Jiangxi, tiene un daf de 9060 cal/g.
Composición de la roca del carbón: Entre los carbones húmicos del mismo rango de carbón, el poder calorífico del componente quitina es el más alto, alcanzando los 8680cal/g en la etapa de carbón gaseoso, seguido del grupo de la vitrinita con 7925cal/g. , y el grupo de inertinita Sólo 7841cal/g. En rangos bajos de carbón, el poder calorífico de la inertinita puede ser mayor que el de la vitrinita, porque la vitrinita tiene un bajo contenido de carbono y un alto contenido de oxígeno, por lo que el poder calorífico total es menor. El contenido de oxígeno del grupo inertinita no es demasiado alto y el contenido de carbono es alto, lo que compensa el bajo contenido de hidrógeno. Cuando se llega al carbón bituminoso de calidad media, el contenido de oxígeno del grupo vitrinita disminuye, mientras que el contenido de carbono aumenta rápidamente y el hidrógeno no cambia mucho, por lo que el poder calorífico supera al del grupo inertinita.
Grado de coalización: Cuando el carbón está dominado por vitrinita, el poder calorífico del carbón aumenta gradualmente a medida que aumenta la ley del carbón, alcanzando un pico con carbón coquizable de grado medio y carbón pobre, y luego ligeramente más bajo. Disminución (Figura 6-20). Esto está relacionado con cambios en la composición elemental del carbón. Cuando la calidad del carbón es baja, el oxígeno es alto y el carbono es bajo, por lo que Q es bajo; cuando la calidad del carbón es media, el oxígeno es bajo y el carbono es alto. Por ejemplo, el Cdaf del carbón coquizable es de 87 a. 90. Aunque no es tan alto como la antracita, el Hdaf es de 4,8 a 5,5, por lo que Q es el más alto. Cuando la calidad del carbón es alta, aunque el carbono es alto, el poder calorífico del hidrógeno disminuye. el hidrógeno es 3,5 veces mayor que el del carbono, por lo que Q vuelve a disminuir. La variación del poder calorífico del carbón con la calidad del carbón se muestra en la Tabla 6-10.
Figura 6-20 La relación entre el rendimiento del componente volátil del carbón y el poder calorífico (según Energy Geology, 2004)
Tabla 6-10 El poder calorífico del carbón aumenta con el cambio de rango del carbón
(Según Li Zengxue et al., 2005)
El poder calorífico del carbón disminuye a medida que aumenta el contenido de impurezas minerales en el carbón. Las impurezas minerales no generan calor. Cuanto mayor es su contenido, menor es el poder calorífico del carbón. Para la misma zona minera donde el tipo de carbón cambia poco, el contenido de cenizas formadas por impurezas minerales y el poder calorífico a menudo mantienen una relación inversa muy regular (Figura 6-21). Después de que el viento oxida el carbón, el C y el H del carbón se convierten en CO2 y H2O y escapan. Por lo tanto, el contenido de C y H del carbón disminuye, el contenido de oxígeno aumenta y el poder calorífico del carbón disminuye. Si la oxidación del viento es severa, el carbón se vuelve incombustible.
Figura 6-21 La relación entre el contenido de cenizas y el poder calorífico del carbón en el área minera a cielo abierto de Huolinhe Coalfield (según Yang Qi et al., 1979)
3. Índice de gasificación del carbón
El carbón se puede gasificar para producir gas energético como combustible y gas de síntesis química. La reactividad, la resistencia mecánica, la estabilidad térmica, el punto de fusión de las cenizas, la viscosidad de las cenizas y las propiedades de escoria del carbón se suelen tomar como indicadores de calidad del carbón para gasificación.
(1) Reactividad del carbón
La reactividad del carbón, también conocida como actividad, se refiere a la reacción entre el carbón y diferentes medios de gasificación, como el dióxido de carbono, el oxígeno y el agua. , bajo ciertas condiciones de temperatura. Reactividad de las interacciones del vapor. El carbón con fuerte reactividad tiene una velocidad de reacción rápida y una alta eficiencia durante la gasificación y la combustión. En particular, para algunos nuevos procesos de gasificación de alta eficiencia (como la gasificación en lecho en ebullición y en lecho suspendido), la reactividad afecta directamente la reacción del carbón en el horno, el consumo de carbón, el consumo de oxígeno y los componentes efectivos del gas. En la nueva tecnología de combustión fluidizada, la reactividad del carbón también está estrechamente relacionada con su velocidad de reacción. Por tanto, la reactividad es una característica importante de gasificación y combustión.
Existen muchas formas de medir la reactividad del carbón. El método utilizado actualmente en nuestro país consiste en medir el rendimiento del carbón vegetal en la reducción de CO2 a altas temperaturas y utilizar la tasa de reducción de CO2 para expresar la reactividad del carbón.
Grafique la tasa de reducción de CO2 (α,) y la temperatura medida correspondiente como una curva (Figura 6-22). Se puede ver que la reflectividad del carbón aumenta a medida que aumenta la temperatura. La reactividad de varios carbones se debilita a medida que aumenta el grado de carbonificación. Esto se debe a que la reacción entre el carbono y el CO2 tiene lugar no sólo en la superficie exterior del combustible, sino también en las finas paredes capilares del combustible. Cuantos más poros, mayor será la superficie de reacción. La porosidad del carbón con diferentes grados de carbonificación y el carbón resultante es diferente. El lignito tiene la reactividad más fuerte, pero a temperaturas más altas (por encima de 900°C), la reactividad aumenta lentamente. La antracita es la menos reactiva, pero a temperaturas más altas aumenta significativamente al aumentar la temperatura. Factores como el contenido de cenizas del carbón también tienen un impacto significativo en la reactividad.
(2) Resistencia mecánica del carbón
La resistencia mecánica del carbón incluye las propiedades físicas y mecánicas del carbón, como la resistencia al aplastamiento, la resistencia al desgaste y la resistencia a la compresión, así como su integral propiedades. En la mayoría de los casos, el carbón para gasificación y combustión requiere el uso de carbón en trozos con un tamaño de partícula uniforme.
Cuando se coloca carbón con baja resistencia mecánica en un gasificador, se rompe fácilmente en pedazos pequeños y en polvo, lo que destruye la uniformidad del tamaño de las partículas del carbón en trozos y afecta el funcionamiento normal del gasificador. una cierta resistencia mecánica. Además, el departamento de diseño puede estimar con precisión la cantidad de carbón en trozos y determinar si es necesario filtrarlo antes de su uso en función de la resistencia mecánica del carbón. Por lo tanto, al explorar campos de carbón, se deben proporcionar los datos de resistencia mecánica del carbón para gasificación o combustión.
Existen varios métodos para probar la resistencia mecánica del carbón. El método de prueba de caída más comúnmente utilizado se desarrolla en función de las características del carbón que cae, choca entre sí y se rompe durante el transporte, carga y descarga, y entrar al horno es similar a Significa que los métodos de prueba de resistencia mecánica del carbón, como la resistencia a la compresión y la resistencia al desgaste, son diferentes. El método de medición es el siguiente: seleccionar 10 trozos de carbón de 60 a 100 mm y pesarlos. Luego, colóquelos uno por uno desde una altura de 2 m sobre una placa de metal con un espesor >15 mm. Déjelo caer libremente 3 veces y tamícelo con un tamiz de orificio cuadrado de 25 mm. La resistencia mecánica del carbón se expresa como el porcentaje de la masa de carbón en trozos > 25 mm con respecto a la masa total de la muestra. Los estándares de clasificación se muestran en la Tabla 6. -11.
La mayoría del carbón de antracita en mi país tiene buena resistencia mecánica, generalmente de 60 a 92. Algunos carbones están estructuralmente dañados en escamas y gránulos. La calidad del carbón es blanda y la resistencia mecánica es pobre o muy pobre, generalmente 40. a 92, 20, o incluso por debajo de 20.
Figura 6-22 Diagrama esquemático de las curvas de actividad del lignito, carbón bituminoso y antracita (según Yang Qi et al., 1979)
Tabla 6-11 Clasificación de resistencia mecánica de carbón
(Según Yang Qi et al., 1979)
(3) Estabilidad térmica del carbón
La estabilidad térmica del carbón significa que el carbón mantiene su tamaño de partícula original durante la combustión o gasificación a alta temperatura. El carbón con buena estabilidad térmica se puede quemar o gasificar con su tamaño de partícula original durante el proceso de combustión o gasificación sin romperse en pedazos pequeños, o el carbón menos roto se puede quemar o gasificar rápidamente durante el proceso de combustión o gasificación. en pequeños trozos o carbón pulverizado, lo que puede aumentar la resistencia en el horno y arrastrar materiales, reducir la gasificación y la eficiencia de la combustión, o destruir todo el proceso de gasificación e incluso provocar accidentes por parada del horno. Por lo tanto, se requiere que el carbón tenga suficiente estabilidad térmica.
Diversas calderas y gasificadores industriales tienen diferentes requisitos para el tamaño de las partículas de carbón, por lo que los métodos para medir la estabilidad térmica del carbón también son diferentes. Se utilizan comúnmente el método de medición de carbón en trozos de 13 a 25 mm y el método de medición de carbón en trozos de grano pequeño de 6 a 13 mm.
El método de determinación de carbón en trozos de 13~25 mm consiste en tratar térmicamente la muestra de carbón en un horno de mufla precalentado a 850 ℃ durante 15 minutos y calcular el porcentaje de coque residual de cada nivel de cribado en el coque residual total. Se traza una curva entre el porcentaje acumulado de cada nivel y el nivel de cribado. Como índice de estabilidad térmica se utiliza el porcentaje S 13 de coque residual mayor que 13 mm, y el porcentaje S-1 de coque residual menor. 1 mm y la curva de estabilidad térmica se utilizan como indicadores auxiliares (Figura 6-veintitrés).
El método para medir carbón en trozos con un tamaño de partícula pequeño de 6 a 13 mm consiste en calentar la muestra de carbón en un horno de mufla precalentado a 850 °C durante 90 minutos, luego pesarlo y tamizarlo. El porcentaje de quemado residual obtenido de 6 a 3 mm, de 3 a 1 mm y menos de 1 mm con respecto a la cantidad total de quemado residual se utiliza como índice de estabilidad térmica, expresado como KPG, KPJ y KP1 respectivamente. Cuanto mayor sea el valor del índice, peor será la estabilidad térmica. Por lo tanto, más precisamente, estos indicadores representan inestabilidad. Los estándares de calificación según KPG se muestran en la Tabla 6-12.
Figura 6-23 Curva de estabilidad térmica (según Yang Qi et al., 1979)
Tabla 6-12 Clasificación de estabilidad térmica del carbón
(Según (Según Yang Qi et al., 1979)
La mayoría de los carbones de antracita en mi país tienen buena estabilidad térmica. El KPG está por debajo de 35, pero entre los carbones de antracita altamente metamórficos, también hay algunos carbones con una estabilidad térmica pobre o muy pobre (como el carbón Da'anshan en el oeste de Beijing y el carbón Dazhuegou en Tianhushan, Fujian), y las razones aún quedan por identificar. Este tipo de carbón de antracita con mala estabilidad térmica mejora significativamente su estabilidad térmica después del tratamiento de precalentamiento.
(4) Propiedades de escoria del carbón
En la gasificación, la escoriación de cenizas de carbón tendrá un impacto adverso en las operaciones normales, y una escoria severa conducirá a paradas de producción. Dado que el punto de fusión de las cenizas de carbón (T2) no puede reflejar completamente la situación de escoria del carbón en el gasificador, se deben utilizar las propiedades de escoria del carbón para juzgar la facilidad de la escoria del carbón durante el proceso de gasificación.
El punto clave de medir las propiedades de formación de escoria del carbón es utilizar aire como medio de gasificación para gasificar la muestra de carbón al rojo vivo precalentada a 800 ~ 850 ℃ en la etapa posterior del proceso de gasificación. la temperatura baja a 100 ℃ Es decir, se detiene la gasificación. El porcentaje de ceniza >6 mm en el peso total de ceniza y su correspondiente temperatura máxima se utilizan como índice de escoriación de la muestra de carbón.
IV. Rendimiento del carbón alquitrán de carbonización a baja temperatura
Evaluar la adaptabilidad del refinado de diversos carbones y esquisto bituminoso e identificar carbón crudo o esquisto bituminoso en la producción industrial de carbonización a baja temperatura. Las propiedades y la predicción de los rendimientos de diversos productos requieren pruebas de carbonización a baja temperatura. El "método de retorta de aluminio" se utiliza generalmente para determinar el rendimiento del alquitrán de carbonización a baja temperatura en el laboratorio. Recoja el alquitrán carbonizado y calcule el rendimiento de alquitrán, cuyo nombre en código es T. El índice analítico Tad se utiliza para evaluar el rendimiento del alquitrán de carbonización a baja temperatura. El Tad de carbón utilizado para la carbonización a baja temperatura generalmente no debe ser inferior a 7. Generalmente, aquellos con Tad>12 se denominan carbones ricos en petróleo; aquellos con Tad=7~12 son carbones ricos en petróleo; aquellos con Tad≤7 se denominan carbones petrolíferos.
El rendimiento del alquitrán de carbonización a baja temperatura del carbón está relacionado con el tipo de formación del carbón. El rendimiento de alquitrán de carbonización a baja temperatura del carbón de saprolita y del carbón residual de la planta es bastante alto. Por ejemplo, el Tad de carbón de saprolita en Yanzhou Coalfield, Shandong es 13,50-45,53, y el Tad de carbón residual de corteza en una mina en Changguang Coalfield. , Zhejiang es de 10.70 a 21.00. La mayoría de ellos es carbón con alto contenido de petróleo. El rendimiento de alquitrán del carbón húmico está relacionado con el grado de coalificación y la composición de la roca del carbón. El Tad del lignito y del carbón de llama larga es mayor. Por ejemplo, el Tad del lignito en Huangxian Coalfield, Shandong, es de aproximadamente 14. Cuando el contenido del componente estable es alto, el rendimiento de alquitrán también es relativamente alto. Por ejemplo, en el carbón gasífero de Huainan, cuando el componente estable es de 15 a 26, Tad es de 12 a 15 y cuando el componente estable es <10, Tad. es en su mayoría menos de 10.
5. Fluorescencia del grupo quitina
En la etapa de baja coalificación, la fluorescencia del grupo quitina es un mejor indicador del grado de coalificación. Existe una relación mutua de crecimiento y disminución entre la fluorescencia y la reflectividad del carbón, es decir, cuanto menor es la reflectividad, más fuerte es la fluorescencia. La relación entre las dos no es lineal.
Otteniann (1975) ha estudiado en detalle la relación entre el espectro de fluorescencia del esporofito y la etapa de coalificación (Figura 6-24). Los picos espectrales se mueven regularmente hacia bandas de longitud de onda más largas a medida que aumenta el grado de coalificación. En la etapa de turba, λmax está por debajo de 500 nm, con un amplio rango de movimiento; en la etapa de lignito, λmax está aproximadamente entre 560 y 580 nm, con una forma de pico pronunciada a medida que aumenta aún más el grado de carbonificación, la curva espectral forma gradualmente una pequeña; pico a 630 nm, que ocurre en el carbón subbituminoso. La etapa (etapa de lignito bastante antigua) aumenta rápidamente y aparece un segundo pico en el rango de longitud de onda de 640 nm en la etapa de carbón de llama larga hasta que el pico de 640 nm reemplaza al pico de 580 nm. En la etapa de carbón gaseoso, el grado de coalificación continúa aumentando y el pico de 640 nm continúa migrando a la sección del espectro rojo, y λmax se mueve por encima de 670 nm en la etapa de carbón graso.
Figura 6-24 Cambios en el espectro de fluorescencia de los esporofitos con un grado creciente de coalificación (según Shao Zhenjie et al., 1993)