Los países tienen diferentes composiciones energéticas y diferentes composiciones de consumo. La energía de mi país está dominada por el carbón, que representa alrededor del 70%. La estructura de consumo del carbón es aproximadamente la siguiente: generación de energía térmica 31%, diversas calderas industriales 31%, uso civil 20%, coquización 8%, locomotoras de vapor 4%. industria química 3%, exportación 3% %. Los diferentes departamentos tienen diferentes requisitos en cuanto a la calidad del carbón.
1. Carbón para coquización
El coque se utiliza para la fabricación de hierro, fundición, producción de carburo de calcio, gasificación y fundición de metales. La coquización se realiza en la cámara de carbonización del horno de coque. La cámara de carbonización tiene 0,45 m de ancho, 4,3 ~ 5,5 m de alto, 14 ~ 16 m de largo y puede contener entre 18 y 27 toneladas de carbón. Hay cámaras de combustión a ambos lados de la cámara de carbonización, con una temperatura de carbonización de 1300 °C. La cámara de carbonización se calienta a 1100°C a través de ladrillos refractarios y el carbón se aísla del aire y se carboniza. Después de aproximadamente 14 a 16 horas, el carbón se convierte en coque. Los productos de coquización representan aproximadamente el 75% del coque, el 18% del gas de coquería, el 4% del alquitrán de hulla y el benceno bruto, el amoníaco, el azufre, etc. Cada horno de coque tiene entre decenas y cientos de cámaras de carbonización. El gas de coque tiene un alto poder calorífico y es un buen combustible gaseoso. Una vez fraccionado el alquitrán de hulla, se pueden obtener muchos productos químicos útiles, como gasolina, queroseno, diésel, aceite lubricante, asfalto, etc. El benceno bruto y el amoníaco también son materias primas químicas importantes. Nuestro país produce más de 5000×104t de coque cada año, la mayor parte del cual se utiliza para la fabricación de hierro en altos hornos. El coque desempeña tres funciones principales en el alto horno de fabricación de hierro: en primer lugar, es un agente reductor que reacciona con el oxígeno del mineral de hierro para generar CO y CO2, reduciendo el hierro; en segundo lugar, es una fuente de calor que produce; alta temperatura (temperatura del alto horno de fabricación de hierro) cuando se quema el coque (aproximadamente 1600 °C) para garantizar que la reacción química proceda y derrita el mineral de hierro; el tercero es el apuntalante, el coque no se deforma a altas temperaturas, lo que garantiza una suavidad uniforme; flujo de aire en el alto horno y producción normal. Por lo tanto, la fabricación de hierro debe contar con coque de alta calidad, bajo contenido de cenizas y azufre, de alta resistencia y de un cierto tamaño de partícula. Para garantizar la calidad del coque, se requieren los siguientes requisitos para el carbón coquizable:
1) Fuertes propiedades de coquización y apelmazamiento: el carbón coquizable generalmente requiere el uso de una variedad de carbones para una fuerte adhesión; los carbones como el carbón graso y el carbón coquizable representan del 50% al 60%, mientras que los carbones con malas propiedades de apelmazamiento, como el carbón gaseoso y el carbón pobre, representan del 40% al 50%. A veces se puede utilizar algo de carbón débilmente aglutinante en lugar de carbón gaseoso. El espesor Y de la capa de coloide después de la mezcla del carbón es preferentemente de 16 a 20 mm.
2) El contenido de cenizas del carbón debe ser bajo: si el contenido de cenizas del carbón coquizable aumenta un 0,8%, el contenido de cenizas del coque aumentará un 1% y la resistencia del coque disminuirá un 2%. % (la relación entre la cantidad de coque necesaria y el hierro) aumentará entre un 2% y un 2,5%, la producción de arrabio disminuirá entre un 2,55% y un 3% y el volumen de descarga de escoria de alto horno aumentará entre un 2,7% y un 2,9%. %. Por lo tanto, cuanto menor sea el contenido de cenizas del carbón coquizable, mejor. Sin embargo, para garantizar la tasa de recuperación de carbón limpio, el contenido de cenizas Ad de la mezcla de coque de carbón es preferiblemente ≤10%. Dado que mi país tiene más carbón gaseoso y menos carbón coquizable, el contenido de cenizas del carbón coquizable y del carbón graso en mi país puede reducirse al 12%, mientras que el contenido de cenizas del carbón gaseoso debe ser inferior al 9%. No importa cuán bajo sea el contenido de cenizas del carbón crudo, el carbón utilizado para la coquización debe lavarse, lo que no solo reduce el contenido de cenizas, sino que también elimina la mayoría de los componentes no aglutinantes, como los cuerpos de seda y semiseda, enriqueciendo la vitrinita. y mejorar la calidad del carbón de la adhesividad.
3) El contenido de azufre del carbón debe ser bajo: el 80% del azufre del carbón coquizable entra en el coque. Cuando el coque produce hierro, el azufre entra en el arrabio. El arrabio que contiene más del 0,07% de azufre se considera chatarra y no se puede utilizar para fabricar acero porque el acero producido es caliente, quebradizo y propenso a agrietarse. Para desulfurar, se añaden fundentes como piedra caliza y dolomita al alto horno para formar escoria (CaS) y descargarse. Generalmente, el azufre en el carbón de coque aumenta un 0,1%, el azufre en el coque aumenta un 0,08%, la cantidad de piedra caliza aumenta un 1,6%, la proporción de coque aumenta un 1,2% y la capacidad de producción del alto horno disminuye un 1,6%. al 2,0%. Por lo tanto, se requiere que el contenido de azufre St, d ≤ 1,2% después de la mezcla del carbón coquizable. Algunos países industrialmente avanzados exigen que el contenido de azufre de las mezclas de carbón sea inferior al 0,5%. El fósforo del carbón también entrará en el coque durante la coquización, y el fósforo entrará en el hierro cuando el coque esté fundiendo hierro. El fósforo también vuelve quebradizo el hierro, que es más dañino que el azufre. Se requiere que el contenido de fósforo en la mezcla de carbón coquizable sea Pd ≤ 0,1%. El contenido de fósforo del carbón en mi país generalmente no es alto.
4) El contenido volátil de la mezcla de carbón debe ser apropiado: si el contenido volátil de la mezcla de carbón es demasiado alto, reducirá la resistencia del coque si el contenido volátil de la mezcla de carbón es demasiado bajo; Aunque se puede mejorar la resistencia y la formación de grumos del coque, la presión de expansión durante la coquización se reducirá. Si es demasiado grande, será difícil empujar el coque, el contenido volátil será bajo y la tasa de recuperación del producto químico. Los productos serán bajos, lo que aumentará el costo de la coquización. Generalmente, el componente volátil Vdaf de la mezcla de carbón es del 28% al 32%, que es más adecuado. Si se produce coque de colada, el contenido de volátiles puede ser menor (Vdaf=28%) y se pueden obtener trozos de coque más grandes.
En el caso del coque utilizado en la industria química, la resistencia del coque se puede reducir ligeramente, por lo que el contenido volátil puede ser mayor y también se pueden relajar los requisitos de cenizas y azufre.
5) Otros requisitos del índice: Se requiere que la humedad total Mt de la mezcla de carbón esté entre 7% y 10%. Debido al alto contenido de humedad y al consumo de calor, es necesario prolongar el tiempo de coquización y reducir la producción de coque. Se requiere que el tamaño de partícula de la mezcla de carbón coquizable sea inferior a 3 mm, lo que representa más del 80%. Si el tamaño de partícula es demasiado grande, el carbón se mezclará de manera desigual y la resistencia del coque producido se verá afectada; si el tamaño de partícula es demasiado pequeño, el costo de molienda del carbón y el consumo de energía aumentarán y la densidad aparente del carbón; El carbón del horno se hará más pequeño, lo que reducirá la producción de coque y reducirá la calidad del coque. Cuando la cohesión de la mezcla de carbón es deficiente, se puede utilizar el apisonamiento para aumentar la densidad aparente, reducir los espacios entre las partículas y mejorar la cohesión del carbón. También se pueden agregar aglutinantes como el asfalto para mejorar la cohesión. Cuando el material de carbón tiene un alto contenido volátil y se contrae demasiado, se pueden agregar agentes diluyentes como antracita finamente triturada y semicoque para mejorar la resistencia del coque.
2. Carbón para gasificación
La eficiencia de combustión directa del carbón es baja, la tasa de utilización de energía térmica es sólo del 15% al 18% y contamina la atmósfera. La cantidad de humo y polvo emitidos a la atmósfera por la quema de carbón en mi país cada año alcanza las 1200×104t, y el SO2 alcanza las 1800×104t, lo que representa entre el 60% y el 80% de la cantidad total de contaminantes emitidos a la atmósfera. La lluvia ácida ocurre en docenas de ciudades de todo el país y casi el 40% del país está contaminado por lluvia ácida que consiste principalmente en ácido sulfúrico (90%), seguido de ácido nítrico y ácidos débiles. Un contenido de azufre de 0,8 mg/m3 en la atmósfera puede provocar enfermedades. La lluvia ácida puede provocar la acidificación de los lagos, la muerte de peces y algas, el marchitamiento de los cultivos, la pérdida de nutrientes del suelo, daños a los componentes metálicos y a los edificios y la corrosión de los bienes culturales. reliquias, pinturas y ropa. La lluvia ácida ha causado enormes pérdidas a la economía nacional y se ha convertido en un importante problema de contaminación ambiental a nivel internacional. El uso de carbón para producir gas como combustible se denomina gasificación del carbón, que es una forma de reducir la contaminación de la atmósfera y el medio ambiente. La eficiencia térmica del gas de carbón alcanza entre el 55% y el 60%, tres veces mayor que la de la combustión directa del carbón. Es limpio, contamina menos el aire, es fácil de transportar y tiene procesos y equipos de producción relativamente simples. . La gasificación del carbón es un proceso en el que el carbón reacciona con oxígeno, aire, vapor de agua, etc. para generar gases combustibles como CO y H2, es decir, el proceso de convertir carbón sólido en gas inflamable.
2C+O2→2CO+Δ
C+H2O?→CO+H2-Δ
En la fórmula: Δ representa el componente inactivo.
Según los diferentes agentes gasificantes, el gas se puede dividir en gas aire, gas agua y gas semiagua. El gas producido con aire como agente gasificante se llama gas de aire, pero el contenido de los ingredientes activos H2 y CO es solo del 12% y el poder calorífico es demasiado bajo, por lo que es de poca utilidad; y el oxígeno como agente de gasificación se llama gas de aire, el contenido de ingredientes activos CO y H2 puede alcanzar el 86%, tiene un alto poder calorífico, puede usarse como combustible y materia prima química y también es la fuente de hidrógeno industrial. ; el gas producido con aire y vapor de agua como agentes gasificantes se denomina gas semiagua. El contenido de ingredientes activos H2 y CO alcanza el 70%, el contenido de N2 es el 20% y el poder calorífico es medio. para la síntesis de amoníaco y también se puede utilizar como combustible.
Para la gasificación se utilizan diferentes tipos de hornos y los requisitos de calidad del carbón también son diferentes. Los más comunes incluyen gasificadores de lecho fijo, gasificadores de lecho ebullente y gasificadores de lecho suspendido.
(1) Gasificador de lecho fijo
El gasificador de lecho fijo es un horno redondo que se agrega desde la parte superior del horno y se quema y gasifica en la parrilla. El agente gasificante se introduce hacia arriba desde la parte inferior de la parrilla y el gas generado se descarga desde la parte superior. La temperatura cerca de la parrilla es alta, que es la capa de óxido, y la temperatura disminuye gradualmente hacia arriba, que es la capa de reducción, la capa de carbonización y la capa de secado.
Los gasificadores de lecho fijo deben utilizar carbón en trozos, siendo el mejor tamaño de partícula de 25~50 mm, seguido de 13~50 mm, 13~25 mm, 25~75 mm, etc. Los tipos de carbón preferidos son el lignito de baja calidad, el carbón no apelmazante, el carbón de llama larga, el carbón de apelmazamiento débil y el carbón gaseoso. Se requiere que el carbón tenga una alta resistencia a la trituración, buena estabilidad térmica (TS+6>70%), buena actividad del carbón, contenido de cenizas Ad<25%, contenido de azufre St, d<2%. El horno de escoria sólida requiere cenizas de carbón. La temperatura de reblandecimiento ST>1200 ℃, el horno de descarga de escoria líquida requiere la temperatura de fusión FT de las cenizas de carbón <1300 ℃ y el espesor de la capa de gel de carbón bituminoso Y <16 mm.
(2) Gasificador de lecho en ebullición
El carbón flota en el horno, como agua hirviendo, por lo que se llama gasificador de lecho en ebullición. Utilice carbón con un tamaño de partícula <8 mm, y cuanto menos carbón pulverizado con un tamaño de partícula <1 mm, mejor; de lo contrario, la pérdida de cenizas volantes será grande y la utilización efectiva del carbón se verá afectada. Los tipos de carbón son preferiblemente lignito de baja calidad, carbón de llama larga o carbón no apelmazante.
Se requiere que el carbón tenga humedad Mt≤12%, contenido de cenizas Ad≤25%, contenido de azufre St, d<2%, buena actividad, a>60% (tasa de reducción de CO2 a 950°C) y ablandamiento de cenizas de carbón. temperatura ST<1200°C.
(3) Gasificador de lecho suspendido
Muela el carbón hasta convertirlo en polvo y rocíelo en el horno en estado suspendido para su combustión y gasificación. El carbón debe molerse muy finamente y >90 % de las partículas de carbón deben tener una malla <200 (la longitud del lado del orificio del tamiz es de 0,074 mm). La reacción de oxidación del carbón pulverizado se completa en el horno en 1 segundo y la temperatura en el horno alcanza los 1400 ~ 1500 °C. El gas generado se puede utilizar para producir amoníaco sintético. El horno no se limita a los tipos de carbón y no tiene requisitos de cohesión, etc., pero la humedad del carbón debe ser lo más pequeña posible, Mt <5%. El gasificador de lecho suspendido tiene una gran capacidad de producción y puede producir 5×104~12×104m3 de gas en 1 hora.
(4) Requisitos de calidad del carbón en la producción de amoníaco sintético
Los gasificadores utilizados para producir amoníaco sintético en plantas de fertilizantes de tamaño mediano en mi país generalmente utilizan gasificadores de lecho fijo, que tienen requisitos estrictos sobre la calidad del carbón. Para utilizar antracita, el tamaño de las partículas de carbón es de 25 a 50 mm, o de 15 a 100 mm, de 13 a 25 mm, de 13 a 70 mm, el contenido de ganga (el porcentaje de ganga con un tamaño de partícula superior a 50 mm) es inferior al 4 % y el tasa límite inferior (porcentaje de carbón más pequeño que el límite inferior de tamaño de partículas) es 15%~21% Mt<6%, Vdaf≤10%, Ad es 16%~24%, St, d≤2,0%, ST≥1250; ℃, TS+6≥70%, resistencia al aplastamiento (mayor de 25 mm) no menos del 65%.
3. Carbón para licuación
La licuación del carbón es el proceso de convertir la materia orgánica del carbón en productos líquidos. El objetivo principal de la licuefacción del carbón es obtener combustibles líquidos, como gasolina, diésel, queroseno, etc. Los productos líquidos también se pueden transformar en coque sin cenizas, que se utiliza para fabricar electrodos, fibras de carbono, aglutinantes, productos químicos orgánicos y Los subproductos de la licuefacción del carbón se pueden utilizar como combustible gaseoso.
Los métodos de licuefacción de carbón se pueden dividir en tres categorías: licuefacción de carbón por hidrogenación directa (como el método de hidrogenación a alta presión, método de refinación de carbón con solventes); luego sintetizar productos líquidos); licuefacción parcial del carbón (es decir, carbonización a baja temperatura).
(1) Hidrogenación y licuefacción directa del carbón
El carbón es sólido, con alto contenido de carbono, alto contenido de oxígeno (15% ~ 25%), bajo contenido de hidrógeno (<7% ), La proporción atómica es pequeña. La estructura molecular del carbón es un polímero de condensación. La unidad estructural es un anillo aromático condensado con cadenas laterales de hidrocarburos lineales y varios grupos funcionales que contienen oxígeno, nitrógeno y azufre. Los enlaces de éter o los enlaces sin condensación están conectados y el peso molecular del carbón es muy grande, generalmente considerado> 5000. El petróleo es un líquido con alto contenido de hidrógeno (11% a 14%), bajo contenido de oxígeno (<1%) y una gran relación atómica H/C. La estructura molecular del petróleo es principalmente alcanos y cicloalcanos, con un peso molecular pequeño. de unos 200. La esencia de la hidrogenación y licuefacción directa del carbón es cortar los enlaces químicos del carbón en presencia de disolvente, catalizador e hidrógeno a alta presión, y utilizar hidrógeno para reponer los enlaces rotos, convirtiendo el carbón en petróleo y gas de bajo peso molecular. y alto contenido de hidrógeno. Durante la hidrogenación y licuefacción, el carbón debe triturarse a <0,3 mm y mezclarse con aceite de antraceno (o tetrahidronaftaleno) para obtener pasta de carbón. La temperatura en la torre de reacción es de 400 a 480 ℃, hay un catalizador de CoMo y la presión es de 10. ~20MPa. La pasta de carbón se craquea, se hidrogena y se licúa en la torre de reacción. El producto líquido resultante se puede fraccionar en varios componentes y el producto gaseoso se puede utilizar como gas combustible. La temperatura y presión de la reacción se pueden cambiar según sea necesario y los productos producidos pueden ser principalmente líquidos o sólidos. El producto sólido se llama carbón refinado con solventes, que es un combustible limpio de alta calidad y una materia prima química. Puede usarse para coquizar y mezclar carbón, como aglutinante para briquetas y para producir materiales de carbono de alta calidad, fibras de carbono. etc.
Para la hidrogenación y licuefacción se debe utilizar carbón de baja calidad, como lignito, carbón de llama larga o carbón gaseoso con Vdaf>35%. La relación carbono-hidrógeno debe ser pequeña, C/H<16, el contenido de quitina y vitrinita debe ser alto, el contenido de inertinita debe ser bajo (I<10%, porque no se licua) y el contenido de cenizas de El carbón debe ser bajo (Ad<5%), el punto de fusión de las cenizas debe ser alto (ST>1200℃).
(2) Licuefacción indirecta del carbón (también conocida como método de hidrogenación de monóxido de carbono)
El principio es gasificar primero el carbón para obtener gas materia prima (CO+H2) y luego licuarlo. a una determinada temperatura y presión. Mediante síntesis catalítica se obtienen hidrocarburos líquidos y gas licuado de petróleo. Los productos incluyen gas de petróleo sintético, gasolina, diesel, fueloil, cera, alcohol, ácido, cetona, etc. Actualmente, existe una planta de producción formal en Sudáfrica con una producción anual de más de 200×104t.
Los requisitos de calidad del carbón para la licuación indirecta de carbón están relacionados con el gasificador.
Por ejemplo, los gasificadores presurizados de lecho móvil requieren el uso de antracita o coque en trozos con un tamaño de partícula uniforme, bajo contenido de cenizas, alto punto de fusión de las cenizas, alta resistencia a la trituración, buena estabilidad térmica, bajo contenido de azufre, bajo contenido de humedad y baja materia volátil.
(3) Licuefacción parcial del carbón
Es decir, carbonización a baja temperatura, es necesario utilizar lignito con alto contenido de aceite o carbón bituminoso muy volátil, como el de larga duración. carbón flameado, carbón gaseoso, etc.
4. Carbón utilizado en la generación de energía térmica
Aproximadamente el 30% del carbón en mi país se utiliza para la generación de energía térmica, con un consumo anual de carbón de aproximadamente 4×108t. un gran consumidor de carbón. La mayoría de las centrales térmicas de mi país utilizan calderas de carbón pulverizado. Las centrales eléctricas con mayor capacidad instalada tienen mayores requisitos en cuanto al poder calorífico y la molibilidad del carbón. Cuanto más fino sea el tamaño de las partículas del carbón, mejor. Se requiere que el carbón pulverizado con un tamaño de malla <200 (longitud del lado del orificio del tamiz <0,074 mm) represente más del 85 % (más del 80 % del lignito). Por lo tanto, se requiere que la capacidad de molienda del carbón sea lo mayor posible, lo que puede reducir el consumo de energía. Los principales factores que afectan los indicadores de carbón de las centrales eléctricas incluyen materia volátil (Vdaf), contenido de cenizas (Ad), humedad (Mar), contenido de azufre (St, d), poder calorífico (Qnet, ar), punto de fusión de las cenizas (DT , ST, FT), etc.
1) Grado de poder calorífico (Tabla 7-10): El carbón de diferentes grados tiene diferente contenido volátil y diferente poder calorífico, y debe quemarse según diferentes tipos de hornos. Si se utiliza cualquier grado de carbón, la estabilidad y eficiencia de la combustión se verán afectadas.
Tabla 7-10 Requisitos para el poder calorífico del carbón utilizado en la generación de energía térmica
2) Grado de ceniza (Ad): dividido en 3 grados: A1≤24%; A2 es 24%; %~34 %; A3 es 34 % ~ 46 %. El contenido de cenizas reduce el poder calorífico, se adhiere al equipo y provoca una pérdida sensible de calor, por lo que existen ciertos requisitos para el contenido de cenizas.
3) Nivel de humedad (Mt%):
Cuando Vdaf≤40%, M1≤8%, M2 en el rango de 8% a 12%;
Cuando Vdaf>40%, M1≤22%, M2 está en el rango de 22%~40%.
Cuando el contenido de humedad Mt en el carbón es >60%, se debe secar primero y no se puede quemar directamente.
4) Clasificación del azufre (St, d%): S1≤1,0% o S2 entre 1,0% y 3,0%. Un contenido de azufre superior al 3,0% provocará corrosión grave y contaminación ambiental.
5) Punto de fusión de las cenizas (ST): el horno de escoria sólida requiere un punto de fusión de cenizas alto, mientras que el horno de escoria líquida debe utilizar carbón con un punto de fusión de cenizas bajo. Cuando Qnet,ar>12,54MJ/kg, se requiere ST>1350℃; cuando Qnet,ar≤12,54MJ/kg, no hay límite para el punto de fusión de la ceniza.
5. Carbón para locomotoras de ferrocarril
El conducto de humos de la caldera de la locomotora es corto, requiriendo una gran capacidad de evaporación de vapor de agua (70~80kg/(M2·h)) y elevada. Intensidad de ventilación, el caudal es rápido (>30 m/s), por lo que es necesario utilizar carbón en trozos. Si se utiliza carbón en polvo, se producirán pérdidas por vuelo. El carbón pulverizado se expulsará sin una combustión completa y la energía térmica no se podrá utilizar por completo. La tasa de pérdida puede alcanzar del 15% al 20% y del 25% al 30%. % cuando el suministro de gas es grande. El tamaño de partícula del carbón en trozos es preferentemente de 6 a 50 mm. Cuando el suministro de carbón en trozos es insuficiente, también se puede utilizar carbón crudo, pero el contenido de ganga no debe ser superior al 1% y el tamaño de partícula del carbón mezclado debe ser de 0 a 50 mm. El límite de tiempo de suministro de carbón granular debe ser inferior al 15% y la tasa de contenido de polvo debe ser pequeña. Si la tasa de contenido de polvo aumenta en un 1%, el consumo de carbón aumentará en un 0,4%. Los tipos de carbón disponibles incluyen carbón de llama larga, carbón de apelmazamiento débil, 1/2 carbón de apelmazamiento medio, 1/3 de carbón de coque, carbón gaseoso, carbón graso, carbón graso gaseoso, etc., que requieren un mayor contenido de volátiles (Vdaf ≥ 20 %). Generalmente, no se utiliza lignito. La potencia de fuego de la combustión de lignito no es fuerte, por lo que la presión del vapor no puede cumplir con los requisitos.
El contenido de azufre del carbón utilizado en las locomotoras debe ser bajo (St, d<1,5%). Los lugares con muchos túneles requieren St, d<1,0% y un bajo contenido de cenizas (Ad≤24%). Cuanto mayor sea el punto de fusión de las cenizas del carbón, mejor. Se requiere que la temperatura de ablandamiento ST sea >1200°C para evitar que la escoria afecte la ventilación del horno. El poder calorífico del carbón se divide en tres niveles: ①Qnet, ar es 20,9~23,00MJ/kg; ②Qnet, ar es 23,00~25,09MJ/kg; ③Qnet, ar≥25,09MJ/kg; Es mejor utilizar carbón apelmazante débil, el carbón que no se apelmaza es fácil de filtrar y el carbón apelmazante fuerte dificultará la ventilación del horno.
6. Carbón para barcos
El carbón para barcos tiene requisitos de calidad más estrictos. Debido al pequeño tamaño del barco, el suministro de carbón es inconveniente, por lo que el carbón en trozos tiene bajo contenido de cenizas y tiene un alto poder calorífico. Se requiere valor.
Carbón en trozos pequeños y medianos o carbón mixto con tamaño de partícula entre 13 y 50 mm, contenido de cenizas Ad<14%, poder calorífico Qnet, ar≥25MJ/kg, materia volátil (Vdaf) preferiblemente entre 25% y 40%, El punto de fusión de La ceniza de carbón es ST≥1250 ℃. Se puede utilizar un solo tipo de carbón o una mezcla de carbón para la combustión. Generalmente, la antracita y el lignito no son adecuados para mezclar carbón para barcos.
7. Inyección de carbón en altos hornos
Para reducir la proporción de coque durante la fabricación de hierro en los altos hornos, se utiliza habitualmente la inyección de combustibles como polvo de antracita, gas natural y petróleo pesado. reemplazar parte del coque puede reducir el costo del arrabio, y cada tonelada de antracita de alta calidad inyectada puede ahorrar entre 800 y 900 kg de coque. La tasa de inyección de carbón pulverizado puede alcanzar entre el 24% y el 30%, que es la mitad del coste del uso de coque.
La antracita utilizada para inyección requiere una buena capacidad de molienda, cuanto mayor sea el índice HGI, mejor, lo que puede reducir el consumo de energía de molienda del carbón; el contenido de cenizas y azufre debe ser bajo, Ad≤12,5%, St, d. <1,0%, Vdaf=aproximadamente 10%, Mt<8%. El polvo de carbón de antracita con alto contenido de humedad tiene una gran viscosidad durante la inyección, lo que puede incluso hacer que el polvo de carbón se pegue e impida la inyección. SiO2/CaO en el componente de ceniza de carbón debe ser inferior a 1, porque el aumento de CaO ayuda a reducir la viscosidad de la escoria ácida. Se requiere que la finura del polvo de carbón de antracita sea superior a 160 mesh e inferior al 10%, con un máximo no superior al 15%. Se puede utilizar para inyección carbón antracita de Xinmi, Yangquan, Rujigou, Jiaozuo, Jincheng y otros lugares de mi país. También se puede utilizar para inyección carbón bituminoso con bajo contenido de cenizas, bajo contenido de azufre y altamente explosivo, como el carbón débilmente aglutinante de alta calidad de Datong, Shanxi. La súper antracita altamente metamórfica generalmente no se usa para la inyección en altos hornos porque es difícil de moler hasta convertirla en polvo.
8. Carbón para minas de sinterización
Al fabricar hierro, el mineral de hierro de alta calidad se puede fundir en el horno después de una cierta cantidad de trituración y cribado, pero el mineral de hierro con baja calidad. El contenido de hierro se puede fundir en el horno. El mineral pobre debe triturarse y lavarse con anticipación. Después de mejorar la calidad, el polvo concentrado, la antracita y el solvente se sinterizan en bolas a una temperatura de aproximadamente 1300 °C y luego se envían. el alto horno para la fundición y el concentrado se sinteriza en bloques, que es el sinterizado. La calidad del carbón para sinterización afectará directamente a la calidad del arrabio. La antracita utilizada para la sinterización tiene un tamaño de partícula de 0 a 3 mm, un bajo contenido en cenizas y azufre (Ad ≤ 15%, St, d ≤ 1,0%) y un alto poder calorífico.
9. Carbón para fabricar carbón activado
El carbón activado es un producto de carbón activado con fuerte efecto de adsorción. El carbón activado es un sólido negro, insípido e inodoro que es insoluble en disolventes orgánicos generales. Tiene una estructura microporosa desarrollada y una enorme superficie específica. La superficie específica por gramo de carbón activado puede alcanzar 500-1500 m2, hasta 2500 m2, lo que hace que el carbón activado tenga una alta capacidad de adsorción. El carbón activado tiene una alta estabilidad química y puede usarse en un amplio rango de pH.
El carbón activado es un adsorbente hidrofóbico que puede desempeñar un papel en la purificación de gases y aguas residuales. Puede absorber SO2, NO2, CO2, H2S, cloro, vapor de mercurio, benceno, alcohol, aldehído, fenol, gasolina y otros hidrocarburos gaseosos, así como una variedad de bacterias, gérmenes, olores, etc. del aire húmedo contaminado. diversos productos químicos, petróleo, bacterias, virus, etc. en las aguas residuales para purificar el agua según los estándares de agua subterránea. El carbón activado también es un excelente catalizador y portador, utilizado en reacciones químicas como oxidación, reducción, deshidrogenación y síntesis. El carbón activado se usa ampliamente en alimentos, medicinas, aceites industriales, procesamiento de caucho, refinación de petróleo, teñido, preparación de reactivos inorgánicos, síntesis orgánica, purificación de gases, recuperación de metales preciosos y solventes en soluciones, máscaras antigás, antídotos y aviación y militares. industrias, protección contra incendios, etc.
El carbón activado está disponible en forma de polvo y granulado. Durante la producción, el carbón se carboniza primero a una temperatura de 600°C para eliminar la materia volátil, y luego el carburo se tuesta a una temperatura de 900°C y se activa con gas que contiene oxígeno, vapor de agua, ZnCl2 y otros activadores para elimina las sustancias adsorbidas en la superficie del carbón. Varios contaminantes abren los microporos obstruidos, aumentando así la superficie interna del carbón activado y restaurando su actividad.
Se pueden utilizar todo tipo de carbón como materia prima para la producción de carbón activado. El carbón activado elaborado a partir de carbón bituminoso de alta calidad y carbón de antracita ha desarrollado microporos y pocos mesoporos, lo que es adecuado para la adsorción de gas y vapor. También se puede utilizar como portador de catalizador para la purificación de agua. El carbón activado elaborado a partir de carbón bituminoso de baja calidad y lignito ha desarrollado mesoporos y pocos microporos, y es adecuado para la desulfuración y decoloración de gases y como portadores de catalizadores de poros grandes. Los requisitos para el carbón en bruto son que cuanto menor sea el contenido de cenizas, mejor, con un máximo de no más del 10%, y cuanto menor sea el contenido de azufre, mejor. Para producir carbón activado granular, se requiere la estabilidad térmica del carbón de antracita. para ser mejor.
10. Carbón para la fabricación de carburo de calcio
A una alta temperatura de 2200°C en un horno eléctrico, la cal viva y el coque reaccionan para generar carburo de calcio (CaC2). El carburo de calcio reacciona con el agua para generar acetileno (C2H2). El acetileno se quema en oxígeno para producir una temperatura alta de 3500 °C, que puede usarse para cortar metal. El carburo de calcio también se puede usar para fabricar plásticos, fibras sintéticas, caucho sintético. fertilizantes químicos y pesticidas.
Se puede utilizar coque o antracita para fabricar carburo de calcio. Requisitos de calidad para la antracita: alto contenido de carbono fijo, materia volátil Vdaf <10%, bajo contenido de cenizas (Ad <7,0%), azufre total St, d≤1,5%, contenido de fósforo Pd <0,04% y densidad del carbón inferior a 1,6g. Se prefiere /cm3, y el tamaño de partícula es preferiblemente de 3 a 40 mm.
11. Carbón para producir ácido húmico
Para producir ácido húmico se utilizan generalmente pat, lignito joven, carbón bituminoso erosionado y antracita muy erosionada con alto contenido de ácido húmico. Se requiere que el rendimiento de ácido húmico del carbón sea superior al 30% y el contenido de cenizas del carbón no debe exceder el 40%. El componente de ceniza de carbón debe contener más óxido de potasio y pentóxido de fósforo, para que pueda convertirse en un fertilizante compuesto con una variedad de efectos fertilizantes.
12. Carbón para extraer cera montana
La cera humana es una materia prima indispensable en la industria ligera y química. Es indispensable para fabricar cables, betún para zapatos de cuero, papel de copia y. productos electrónicos. El carbón adecuado para extraer cera montana es el lignito joven, que requiere extracto de benceno EB, d>3%, y el contenido de cenizas no debe ser demasiado alto. El lignito viejo tiene un bajo contenido de cera y no es adecuado como materia prima.
13. Carbón para la industria cementera
El carbón utilizado para la combustión en los hornos de ladrillos de las plantas cementeras de tamaño grande y mediano tiene mayores requisitos en cuanto a la calidad del carbón. En primer lugar, cuanto menor sea el contenido de cenizas del carbón, mejor. Generalmente se requiere que Ad esté en el rango del 20% al 26%. El contenido de cenizas es demasiado alto y el poder calorífico del carbón es demasiado bajo para alcanzar la temperatura de combustión del clinker (por encima de 1450°C, la temperatura de la llama de combustión alcanza 1600~1700°C. Se requiere que el poder calorífico del carbón sea). >21MJ/kg. La baja temperatura afecta al clinker. La composición mineral y el estado de cristalización del cemento reducen la estabilidad y la resistencia (etiqueta) del cemento. Se requiere que la composición de las cenizas sea estable, porque la composición de las cenizas de carbón afectará al cemento. ingredientes El contenido volátil del carbón debe ser Vdaf > 25%, pero no más del 40%. El contenido volátil es moderado, la llama es brillante, la temperatura aumenta rápidamente, la calidad del clinker es buena, el contenido de azufre del carbón es St, d<3% los tipos de carbón son carbón coquizable, 1/3 carbón coquizable; , el carbón que no se aglutina, el carbón de apelmazamiento débil y la mitad del carbón de apelmazamiento medio, el carbón gaseoso, etc., son más adecuados, y también se puede utilizar la mezcla de carbón. El tamaño de partícula más adecuado es el carbón picado, el carbón pulverizado, el carbón mixto y otros tamaños de partículas pequeñas, que pueden reducir el consumo de energía de la molienda del carbón. Si el tamaño de las partículas es demasiado fino, es probable que se produzcan combustión espontánea y explosión, lo cual no es seguro. .
14. Carbón para hornos industriales cerámicos
Los hornos industriales cerámicos pueden utilizar como combustible leña, carbón, petróleo, gas, gas natural o electricidad. Los requisitos para la calidad del carbón cuando se utiliza carbón como combustible son: poder calorífico Qnet, ar≥21MJ/kg, contenido volátil Vdaf 25% a 30%, contenido de cenizas Ad≤20%, punto de fusión de las cenizas ST≥1300℃, contenido de azufre St, d< 2%.
15. Finalidad y consumo de carbón de las calderas industriales
(1) Calderas industriales
Las calderas son equipos para producir vapor y agua caliente. Pueden utilizarse según sea necesario. Según sus usos, se dividen en calderas de energía (centrales térmicas), calderas industriales y de calefacción, y calderas de calor residual. Las calderas eléctricas producen vapor sobrecalentado a alta temperatura y alta presión, las calderas industriales producen vapor saturado o vapor sobrecalentado a presión media y baja, y las calderas de calefacción solo producen vapor saturado a baja presión y agua caliente. Las calderas industriales se utilizan ampliamente en la industria química, fabricación de papel, impresión y teñido, textiles y otras industrias. En mi país hay cientos de miles de calderas de calefacción industrial, con un consumo anual de carbón de casi 4×108t. Representa aproximadamente el 30% de nuestra producción de carbón.
(2) Clasificación de calderas industriales
Horno estratificado: el combustible se esparce en una capa sobre la parrilla y el aire se envía debajo de la parrilla. Parte del combustible se quema en la parrilla y otra parte en el horno, lo que puede almacenar más carbón y garantizar una combustión estable. Según el modo de funcionamiento, se puede dividir en hornos manuales, hornos de cadena, hornos de fogón, hornos de parrilla vibratoria, etc.
Horno de combustión suspendido: También conocido como horno de carbón pulverizado, no tiene parrilla y el combustible se quema en estado suspendido en el horno. La estabilidad de la combustión es pobre, pero el efecto de combustión es bueno y el grado de combustión. La mecanización es alta, por lo que es adecuada para hornos grandes.
Horno de combustible: tritura el carbón hasta un cierto tamaño de partícula, envía aire con mayor presión desde debajo de la parrilla y sopla la capa de combustible a una cierta altura para la combustión. El combustible sube y baja en el horno para completar el proceso de combustión. Este horno puede quemar carbón de baja calidad, esquisto bituminoso, ganga de carbón y carbón de piedra, pero la cantidad de cenizas volantes es grande, la pérdida de calor es grande y el consumo de energía es grande. Las tuberías son propensas a desgastarse.
(3) Requisitos de calidad del carbón para diversas calderas industriales
Horno de cadena: el poder calorífico del carbón Qnet, ar generalmente está entre 19 y 21 MJ/kg, y la materia volátil Vdaf> 15%, punto de fusión de cenizas ST>1200 ℃, se utiliza carbón bituminoso con propiedad de escoria débil, el tamaño de partícula es de 10 a 50 mm. Adecuado para calderas de tamaño mediano con capacidad de vapor de 10~75t/h.
Horno de parrilla vibratoria: se utiliza para calderas con una capacidad de 2 a 10 t/h. Es adecuado para carbón bituminoso de baja volatilidad y carbón de antracita. No es adecuado utilizar carbón con fuerte apelmazamiento y bajo contenido de cenizas. punto de fusión y alto contenido de humedad. La vibración de la parrilla es propensa a fugas de carbón y a un exceso de cenizas volantes.
Horno de parrilla de empuje alternativo: se puede utilizar carbón con alto contenido de cenizas, alta humedad y bajo contenido de carbón. La antracita y el carbón bituminoso de apelmazamiento fuerte no son adecuados para su uso en calderas pequeñas de 6 t/h.
Horno lanzador de carbón: adecuado para varios tipos de carbón, pero el tamaño de las partículas debe estar dentro del rango de 30 ~ 40 mm y la humedad Mt≤15%. Apto para calderas con capacidad de evaporación <10t/h.
Horno de combustión suspendido; apto para cualquier tipo de carbón, pero requiere equipo de molienda de carbón, apto para calderas de tamaño grande y mediano con capacidad de evaporación superior a 75t/h.
Horno de combustible: se puede utilizar carbón de baja calidad, esquisto bituminoso, carbón de piedra, etc.
Estufa de mano: parrilla en forma de tira, apta para lignito y carbón altamente volátil; estufa en forma de placa apta para antracita.
16. Uso doméstico del carbón
Incluye el carbón utilizado por los residentes, las industrias de servicios, las agencias y organizaciones gubernamentales, el carbón utilizado para calefacción en invierno y el carbón utilizado para la producción por parte de pequeñas empresas urbanas y rurales. Las empresas, que representan aproximadamente el 10% del consumo de carbón de mi país, el 20% de la producción, el consumo de carbón supera las 2×108t por año.
La eficiencia térmica de la quema de carbón suelto es sólo del 10%, la de las briquetas es del 20%, la de las briquetas es del 30% y la de las briquetas encendidas es del 40% al 50%. Los requisitos de calidad del carbón para las briquetas de ignición son: inflamable, rápido de encender, alto poder calorífico, bajo contenido de azufre, fuerte resistencia al fuego, fácil de usar, valor calorífico Qnet, ar entre 23~25MJ/kg, Vdaf al 15% Dentro del rango de ~20%, St, d<0,5%, punto de ignición bajo.