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什么是煤的反应活性

煤的反应性又叫反应活性,是指在一定温度条件下,煤与不同的气体介质(CO 、O 和水蒸气)相互作用的反应能力。反应性强的煤,在气化燃烧过程中,反应速度快、效率高。我国测定反应性的方法是在高温下煤或焦炭还原CO 的性能,以CO 还原率表示煤或焦炭在燃烧、气化和冶金中的重要指标。具体测定方法见GB 220—89。

对采用流化床和气流床等高效的新型气化技术,煤的反应性强弱直接影响到煤在气化炉中反应的快慢、完成程度、耗煤量、耗氧量及煤气中的有效成分等。高反应性的煤可以在生产能力基本稳定的情况下,使气化炉可以在较低温度下操作,从而避免灰分结渣和破坏煤的气化过程。在流化燃烧新技术中,煤的反应性强弱与其燃烧速度也有密切关系。因此,反应性是煤气化和燃烧的重要特性指标。

以CO 的还原率表示煤对CO 的化学反应性。将CO 的还原率(α,%)与相应的测定温度绘成曲线,如图2-3所示。

图2-3 煤对二氧化碳的化学反应性

图2-3中煤的反应性随反应温度的升高而增强,各种煤的反应性随煤化程度的加深而减弱。因为C和CO 反应不仅在燃料的外表面进行,而且也在燃料内部微细孔隙的毛细管壁上进行,孔隙率越高,反应的表面积越大。不同煤化度煤及其干馏所得残炭或焦炭的气孔率、化学结构不同,因此其反应性也不同。褐煤的反应性最强,但当温度较高(900℃以上)时,反应性增强减慢。无烟煤的反应性最弱,但在较高温度时,随温度升高其反应性显著增强。煤的灰分组成与数量对其反应性也有明显的影响。碱金属和碱土金属对碳与CO 的反应起着催化作用,使煤、焦的反应性提高并降低焦炭反应后强度。

煤的反应性与煤的变质程度、孔隙结构、无机成分和煤岩特性有关,一般变质程度越深的反应性越低,空隙结构越发达反应活性越高,无机成分对煤的反应性有的有促进作用,有的有抑制作用。选择合适的催化剂可以提高煤的反应活性,煤中丝炭组分含量越高活性越好。

煤的反应性直接关系到煤的气化燃烧过程的效率,是选择合理工艺过程及操作过程的主要依据之一。反应活性随温度的提高而增大,理论上说在高温下煤的反应活性都很高,对气化燃烧速度已不起控制作用,因而在高温气化、燃烧可以使用各种牌号的煤。但是生产研究实践告诉我们,反应活性对反应的效率存在一定的影响。在气流床的燃烧、气化设备中,当温度较低时,煤的反应活性更起着决定性作用。

煤的反应活性可直接以反应速度、活化能等方式表示,也可直接用气化剂与煤接触反应时的分解率和还原率来表示。用水蒸气时即称水蒸气分解率或水蒸气活性;用二氧化碳时用二氧化碳还原成一氧化碳的百分比表示,或称二氧化碳活性。水蒸气活性和二氧化碳活性都随温度的提高而增加,两者具有良好的相关关系,通常采用二氧化碳还原率的方法来测定煤的反应活性。对二氧化碳还原性而言,在950℃时还原率2%,无烟煤5%~10%,烟煤10%~40%,年轻褐煤80%~90%。

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