第30卷第7期煤炭技術(shù)Vol.30.No.072011 年7期Coal TehnologyJuly .2011煤熱解影響因素分析研究韓德虎，胡耀青，王進(jìn)尚，姚銳，邵繼喜(太原理工大學(xué)采礦工藝研究所，太原030024)摘要:對煤熱解的影響因素進(jìn)行 了分析,說明了各影響因素的內(nèi)容與具體作用后對煤熱解作用的機(jī)理與作用的結(jié)果，為媒熱解技術(shù)的發(fā)展以及將來的煤炭地下熱解工業(yè)性試驗(yàn)提供- -定的理論基礎(chǔ)指導(dǎo)。關(guān)鍵詞:煤;熱解;影響因素;煤炭地下熱解中圖分類號:TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1008-8725(2011 )07 -0164-03Study and Analysis of Influence Factors of Coal PyrolysisHAN De -hu, HU Yao- qing, WANG Jin- -shang, YAO Rui, SHAO Ji-xi( Institute of Mining Technology, Taigyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China )Abstract:The influencing factors of coal pyrolysis were analyzed. Explained the content of theaffecting factors and mechanism and the results of specific role of coal pyrolysis. Providedtheoretical guidance For coal pyrolysis technology development and industrial test of coalunderground pyrolysis in future.Key words:coal; pyrolysis; influencing factor; coal underground pyrolysis開始發(fā)生熱解所需要的溫度增大。文獻(xiàn)[2- -3]表明:煤0前言化程度不同的煤種在其熱解的過程中所反映出來的特性有著很大的區(qū)別。煤體隨著變質(zhì)程度的加深,其傳統(tǒng)的煤炭開采、運(yùn)輸、使用方式所造成的煤炭中碳的含 量逐漸增大，氧及內(nèi)在水與揮發(fā)分的含量資源浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境的破壞是不容忽視的，地面塌逐漸減少 ，不同煤體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征與結(jié)構(gòu)單元的陷、大量的地下水流失、向大氣排放煙塵和硫化物外圍官 能團(tuán)及其空間結(jié)構(gòu)性質(zhì)、表面性質(zhì)和側(cè)鏈等都等，已經(jīng)給產(chǎn)煤地和用煤地的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了很大隨著煤體煤化程度的變化而變化， 而不同煤質(zhì)的煤千威脅。為了解決這些問題，必須刻不容緩地改變傳統(tǒng)餾半焦產(chǎn)率、干餾氣 油產(chǎn)率等等義都與其本身中的各的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)方式，發(fā)展?jié)崈舾咝У拿禾可a(chǎn)種成分的不同有者密切的關(guān)系，最終導(dǎo)致不同變質(zhì)程和利用技術(shù)，而煤炭地下熱解作為潔凈煤開采的前度的煤種 在其熱解過程中反映出不同的特性。沿技術(shù)提供了一個(gè)重要的研究方向。煤體熱解是煤2.2 溫度體氣化等其他化學(xué)過程的基礎(chǔ)，是煤清潔利用技術(shù)作用于煤體的溫度是影響煤體熱解特性最重要的第一步，與煤的熱加工技術(shù)聯(lián)系密切，而煤的熱加的外在因素之一。 煤體所受的溫度影響著其熱解過工又是目前煤炭加工技術(shù)中最重要的工藝，為大規(guī)程中生成初級分解產(chǎn)物的反應(yīng)以及生成揮發(fā)分的三模煉焦工業(yè)提供著理論基礎(chǔ)，故研究煤的熱解具有次反應(yīng)。 當(dāng)二次反應(yīng)不存在時(shí),煤體隨著熱解溫度的一定的現(xiàn)實(shí)意義。升高其中某-揮發(fā)性組分的生成率呈單一的增加。當(dāng)二次反應(yīng)存在時(shí)，二次反應(yīng)速率隨著溫度的增加1煤體熱解概念而增加,焦油將發(fā)生裂解反應(yīng)和再聚合反應(yīng)，導(dǎo)致焦煤的熱解是指在隔絕空氣的條件下將煤加熱到油的收率降低,而半焦和氣體的收率增大。文獻(xiàn)(中指出其所測煤樣所受溫度低于400C時(shí)主要表現(xiàn)為較高溫度使其發(fā)生的-系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)的其內(nèi)部水分的脫除. 而煤樣的熱解溫度從40C開復(fù)雜過程煤體在此過程中將發(fā)生交連聯(lián)鍵的斷裂、始,之后隨著溫度的升高快速發(fā)生裂解。結(jié)論表明神生成產(chǎn)物的重組及再次反應(yīng)，最終生成氣體(煤氣)、府煤顆粒的熱解過程主要分為煤焦的二次裂解和揮液體(焦油)及固體(焦碳)等產(chǎn)物"。發(fā)分的析出2個(gè)階段，與其對應(yīng)有2個(gè)失重速率峰2煤體熱解影響因素分析值溫度約500C和800C)。隨著煤體熱解最終溫度的增大，焦炭的剩余量顯著減少而揮發(fā)分的生成量煤的熱解過程受到煤化程度反應(yīng)溫度.壓力、快速增加，當(dāng)煤體的熱解溫度大于8009C時(shí),熱解基升溫速率、熱解氣氛、停留時(shí)間、顆粒大小以及煤樣本停 止.此后溫度的升高對煤顆粒熱解無明顯作用，用量等眾多因素的綜合影響。終溫為800C和1000C的熱解失重曲線基本重合。2.1煤化程度文獻(xiàn)154研究表明:熱解溫度在4509C~850C之間時(shí)，煤化程度是影響煤熱解的一個(gè)重要因素。 煤質(zhì)氣態(tài)產(chǎn)物的生 成率基本隨著熱解溫度的升高而呈線不同，發(fā)生熱解時(shí)需要的溫度不同,總體上煤體隨著性增長:熱解溫度從500C提高到649C,氣態(tài)產(chǎn)率加煤化程度的增加，煤體的熱解反應(yīng)性降低導(dǎo)致煤體倍,液態(tài)產(chǎn)率有所增加而半焦產(chǎn)率下降。當(dāng)溫度較低收稿日期:2010-11-06;修訂日期:2011-04-14作者簡介:韓德虎(1986-),男，河南新鄉(xiāng)人，太原理工大學(xué)碩士研究生，主要從事煤的熱解變形、滲透方面的研究,Tel:13485338535, E-mail:handehu688@163.com。第7期韓德虎,等:煤熱解影響因素分析研究時(shí)，氣體生成物中CO2、CH4比例大,熱值較低，隨著解氣氛下干餾氣生成率對比明顯，CO2和N2氣氛下溫度的升高,CO.H2比例加大熱值提高,但當(dāng)H2比遠(yuǎn)低于水蒸氣 氣氛下，且熱解溫度越高差值越大，而例增加幅度較大時(shí)又會降低熱值。此外當(dāng)溫度較低CO2 氣氛下較N2氣氛下略高。油產(chǎn)率變化情況也比時(shí),煤體熱解所得焦油熱值較高,隨著溫度升高,焦較明顯，CO2氣氛下最低，N2氣氛下油產(chǎn)率略高于油中的HC比減小。CO2氣氛下，而水蒸氣氣氛下最高，同時(shí)，隨著溫度2.3壓力的變化，油產(chǎn)率的峰值也存在變化，N2和CO2氣氛煤體熱解時(shí)所受的壓力不同對其生成的產(chǎn)物有下 仍為600C，而水蒸氣氣氛下油產(chǎn)率達(dá)到峰值時(shí)著很大的影響，壓力產(chǎn)生的作用主要是通過熱解過的溫 度推后到700C，即水蒸氣氣氛下干餾氣生成程中的二次反應(yīng)體現(xiàn)出來。熱解時(shí)壓力的加大，會使率最高.油產(chǎn)率也因其富氫而生成率增大。李保慶明熱解的產(chǎn)物逸出較困難，從而使熱解產(chǎn)生的初級產(chǎn)在對寧夏靈武煤進(jìn)行加氛熱解的研究中，對氫氣熱物經(jīng)歷更加復(fù)雜的二次反應(yīng)，最終導(dǎo)致半焦產(chǎn)量的解氣氛和惰性熱解氣氛進(jìn)行了比較，得出在氫氣熱.增加，揮發(fā)分成分產(chǎn)量的下降。文獻(xiàn)指出:當(dāng)煤體所解氣氛下煤樣的焦油收率和熱解轉(zhuǎn)化率大大提高，受熱解溫度相同時(shí)隨著壓力的升高，氣態(tài)和固態(tài)產(chǎn)這表明煤熱解初期生成的自由基在氫氣熱解氣氛下物的生成率增大而液態(tài)產(chǎn)物的生成率下降，當(dāng)熱解與氫發(fā)生了反應(yīng),抑制了自由基之間的相互結(jié)合,生壓力較大時(shí)，熱解前期產(chǎn)物由于逸出時(shí)受到的阻力成了較多的低分子化合物。與惰性熱解氣氛下相比，增加，導(dǎo)致其在煤體內(nèi)部的停留時(shí)間延長，從而加劇氫 氣熱解氣氛下煤樣熱解的焦油產(chǎn)率、甲苯及二甲了其二次裂解生成小分子的反應(yīng)及聚合成焦反應(yīng)的苯等產(chǎn)率等都有 了明顯的提高。程度。當(dāng)壓力相同時(shí)，隨著煤體熱解最終溫度的升2.6 停 留時(shí)間高,氣態(tài)產(chǎn)物生成率加大.固態(tài)產(chǎn)物生成率減小,從停留時(shí)間對煤體熱解的影響顯然與溫度及升溫而說明熱解溫度對產(chǎn)物生成總量及各組分生成率的速率的影響是相聯(lián)系的。當(dāng)反應(yīng)速度為化學(xué)控制時(shí)，影響比壓力顯著。氣態(tài)產(chǎn)物中的主要組分隨著熱解壓溫度 的影響將占據(jù)主導(dǎo)地位但考慮到傳熱、傳質(zhì)因力的增大，co 的含量減小而CH4、CO2及H的含量素時(shí)， 會很大程度上增強(qiáng)停留時(shí)間因素的影響。若停增加留時(shí)間太短,會影響熱解的深度,氣體生成率小;而2.4升溫速率停留時(shí)間太長,雖使熱解程度加深，但又會降低生產(chǎn)升溫速率越快，則在每一溫度點(diǎn)上的逗留時(shí)間效率， 故熱解最終的產(chǎn)物在很大程度上依賴于熱解越短.導(dǎo)致在每一溫度點(diǎn)時(shí)的熱解不充分，直接影響溫度及在此溫度上的停留時(shí)間。煤體熱解的效果及規(guī)律體現(xiàn)。當(dāng)二次反應(yīng)不存在時(shí)，2.7 顆粒大小升溫速率的大小對揮發(fā)分的生成率的影響不大，即煤顆粒大小對其熱解的影響主要通過傳熱和傳升溫速率對煤體熱解的影響主要存在于二次反應(yīng)質(zhì)來影響。 顆粒大小是煤粉物理結(jié)構(gòu)的最重要參數(shù)，時(shí).Suberg等通過對褐煤熱解的研究表明,在非二它直接對煤粉顆粒的比表面積、顆粒密度、幾何形次反應(yīng)的條件下，改變升溫速率對揮發(fā)物生成率沒狀、孔隙率及孔隙結(jié)構(gòu)等都有重大影響,煤顆粒小，有明顯影響。同時(shí)指出熱解產(chǎn)物生成率主要依賴于則熱載體 與顆粒之間的傳熱快，能更迅速的達(dá)到高溫度及在此溫度下的停留時(shí)間，而非加熱速率，說明的加熱速 度及其表面內(nèi)外較為均勻的溫度，有效地了加熱速率不是熱解產(chǎn)物生成的直接影響因素,其減小煤顆粒內(nèi) 部熱解氣體擴(kuò)散時(shí)所受的阻力，加快主要是通過二次反應(yīng)起作用，駱艷華等9研究表明相促進(jìn)熱解析出的氣體從煤顆粒內(nèi)逸出，從而減少二同粒度煤樣以不同程度熱解時(shí)，隨著升溫速率的加次反 應(yīng)的進(jìn)行,加快熱解的速度，最終減少經(jīng)濟(jì)的投大,熱滯后現(xiàn)象比較明顯，且到達(dá)終溫時(shí)煤樣重量有入。張求珍等通過對不同粒徑的黑龍江大頭煤和較明顯下降，升溫速率越大，煤樣熱解的總產(chǎn)氣量越滕州煙煤的實(shí)驗(yàn)研究得出: 小顆粒煤最終熱解的失大,熱解產(chǎn)生氣體的速率越大。蘇桂秋等1研究得重 量及煤的失重率都高于大顆粒煤，這主要由大顆出:升溫速率對煤體熱解有很大影響:加熱速率增加粒煤加熱過程中的熱滯后現(xiàn)象引起。由于大顆粒煤會使揮發(fā)分的析出產(chǎn)生熱滯后現(xiàn)象。而對于不同變的熱解 氣體析出時(shí)所受阻力比較大，導(dǎo)致析出物的質(zhì)煤種，即使加熱速率保持相同而揮發(fā)分的析出時(shí)二次反 應(yīng)相應(yīng)就增多，最終造成大顆粒煤熱解產(chǎn)物間也不相同。的量少于小顆粒煤。2.5熱解氣氛，2.8煤樣用量熱解氣氛主要有:惰性氣氛、還原性氣氛及氧化在煤的熱解過程中，煤樣的用量也是影響因素性氣氛3種。由于煤樣對熱解氣氛的反應(yīng)性不同,因之一。升溫速率相同，試樣量越多.則其所熱量就多，此熱解氣氛會影響到氣體產(chǎn)物的組成以及煤焦的反造 成試樣的升溫較慢，煤體內(nèi)部產(chǎn)生的氣體難以逸應(yīng)性。文獻(xiàn)""主要研究了在不同惰性氣氛下煤的熱出.從而阻礙熱解反應(yīng)的順利進(jìn)行，尤其對于粉末狀解特性:相同的煤種在不同載氣下進(jìn)行熱解，其揮發(fā)煤樣,由于其導(dǎo)熱性能差，在升溫的過程中煤樣內(nèi)部分開始析出時(shí)溫度、最大析出率所對應(yīng)溫度及時(shí)間的溫差更大，反應(yīng)時(shí)間更長,滯后現(xiàn)象更加明顯需有所區(qū)別，但其最大析出率相差很小，說明利用不同試樣 溫度偏離給定的線性程序溫度越大，反應(yīng)會出的情性氣體作載氣，對煤熱解過程中其揮發(fā)分的最現(xiàn)滯后， 這樣煤樣用量多少就對確定熱解產(chǎn)物成分大生成率沒有太大影響。文獻(xiàn)指出通過對大雁煤、有著- -定的影響。協(xié)莊和昔陽煤在N2.CO2及水蒸氣熱解氣氛下進(jìn)行3結(jié)語干餾半焦、氣、油和水的產(chǎn)率變化規(guī)律的研究得出:從半焦生成率看,600C前3個(gè)氣氛條件生成率相煤體熱解技術(shù)是煤炭清潔利用的-一個(gè)重要方近N2氣氛下生成率最高,水蒸氣氣氛下略高于CO2向，其熱解過程也是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)變化氣氛下半焦生成率:而在600C后水蒸氣和CO2氣氛過程。煤體熱解過程中每個(gè)影響熱解的因素并未獨(dú)半焦生成率較以氣筑大幅下降同時(shí)水類氣氣氛立作用,熱解的過程 是眾多因素共同作用的過程，對下降幅度超過CO2從而其半焦產(chǎn)率最差。在3個(gè)熱第30卷第7期煤炭技術(shù)Vol.30,No.07Julv,20112011 年7期.Coal Technologv蒸壓粉煤灰普通磚柱性能試驗(yàn)研究馮紅衛(wèi)，張凱偉2(1.新鄉(xiāng)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003; 2.新基房地產(chǎn)集團(tuán)公司，河南新鄉(xiāng)453003)摘要通過研究分析,得 出蒸壓粉煤灰普通磚砌體柱極限承載力試驗(yàn)值都高于理論極限承載力,這說明按照砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范公式計(jì)算蒸壓粉煤灰普通磚柱的承載力是叮靠的。關(guān)鍵詞:蒸壓粉煤灰磚;長柱:軸心受壓;承載力;高厚比中圖分類號:TU398文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1008- -8725( 2011 )07-0166 -03Research on Performance of Autoclaved Fly Ash Common BrickFENG Hong- wei, ZHANG Kai-wei?(1. Xinxiang University, Xinxiang 453003, China; 2. Xinji Real Egtute Group, Xiniang 453003, China )Abstract:At last, we get that ultimate bearing experimental value of autoclaved fly ash brickmasonry is higher than theoretical ultimate bearing through research and analysis. It was saidthat it is reliable to calculate the load-bearing capacity of autoclaved Ay ash brick and columnby design standard formula of masonry.Key words:autoclaved fly ash brick; long columns; axial compression; carrying capacity; depth-thickness ratio別和高厚比、數(shù)量及尺寸如表1所示。表中所列β=60前言的柱子采用和標(biāo)準(zhǔn)試件的測試方法相同，文中直接在對蒸壓粉煤灰普通磚和蒸壓粉煤灰多孔磚砌引用該課題組前面所做試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)。長柱試件材體燒結(jié)普通粘土磚砌體共10根軸心受壓長柱試驗(yàn)料強(qiáng)度設(shè)計(jì)為:蒸壓粉煤灰普通磚MU10,砂漿研究的基礎(chǔ)上，記錄蒸壓粉煤灰普通磚砌體軸心受M10，測得與試件同條件養(yǎng)護(hù)28 d其抗壓強(qiáng)度平均壓試件的開裂荷載、破壞荷載以及各級荷載下試件值分別為:蒸壓粉煤灰普通磚1.6 MPa,砂漿9.6 MPao表1長柱試件數(shù) 量及尺寸的軸向變形,試驗(yàn)過程中對試件裂縫的發(fā)生、發(fā)展情砌體試件尺寸況和最終裂縫形態(tài)進(jìn)行觀察，對各種破壞特征進(jìn)行B粉煤灰普通磚燒結(jié)普通磚(長x寬x高)了描述分析，并與現(xiàn)行規(guī)范所采用的燒結(jié)普通磚砌370x240x! 500體進(jìn)行對比分析。繪制了荷載一軸向應(yīng)變曲線，根據(jù)14370x240x2 900370x240x3 400相關(guān)曲線得出了一些有意義的結(jié)論。1.2 試驗(yàn)裝置及測試方法1試件制作與試驗(yàn)方案.試驗(yàn)裝置及測點(diǎn)位置如圖1所示。柱上端為鉸接,限制在柱頂水平方向的位移,柱端與反力架采用1.1磚柱試件制作根據(jù)《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ的連接方式如圖2所示。129- 90)"的規(guī)定,由2名中級瓦工進(jìn)行砌筑，試件類2試驗(yàn)現(xiàn)象 及破壞特征煤體熱解反應(yīng)的機(jī)理以及影響因素的有效研究是熱[8] Suberg raion beveen tr and ertarcabl frmation and crose解技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容，進(jìn)而可以為未來的煤炭地linking croal Pyrolysis, Fuel, 1985(4).291-296.[9] 駱艷華， 崔平,胡潤橋義馬煤熱解及產(chǎn)物分下熱解工業(yè)試驗(yàn)提供一定的理論指導(dǎo)。布的研究，安徽I業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,232):160- 168.參考文獻(xiàn):[10] 蘇桂秋。 崔暢林，盧洪波，等實(shí)驗(yàn)條件對煤熱解特性影響的分1朱之培，高晉升，煤化學(xué)|M]上海:上:海科學(xué)技術(shù)出版社，1984.析小能源技術(shù),2004 251):11-13.鼎，文芳.等煤熱解持性研究{J煤炭轉(zhuǎn)化，20,28(;8-13 [1] 徐朝芬.向軍.胡松.等熱解條件對煤的熱解行為的影響[J}煤[3] 朱學(xué)棟，朱f彬，等煤化程度和升溫速率對熱分解的影響的研埃轉(zhuǎn)化,2005.24(6):18-24.究[J|煤炭轉(zhuǎn)化.1999 ,22(2):43-47.[12] 土鵬，文芳。 等煤熱解特性研究[]煤炭轉(zhuǎn)化.2005.28():8-13.楊海平,陳漢平.鞠付棟。等.熱解溫度對神府煤熱解與氣化特性[13] 李保慶寧 夏靈武煤加氫熱解的研究小燃科化學(xué)學(xué)報(bào)，1995,23的影響小中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).2008, 28(8):40-45.():57-61.Khan MR. Fuel Srience & Tehnolgy lt.1987,52),185-231. (4] 張翠珍， 衣曉青,劉亮煤熱解特性及熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[],Khan MR. Fuel. 1989 .(68):1522-1531.熱力發(fā)電，2006.4:17-20.7]謝克昌. 煤的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性[M]北京:科學(xué)出版社,2002.(責(zé)任編輝呂瑤)收稿日期:2010-12- -28:修訂日期:2011-04-07作者簡介:馮紅I( 1982-),男,河南新鄉(xiāng)人,講師.研究方向:鋼筋混凝土及其抗震,Tel: 13462311888。