《影响型煤成型质量的工艺参数研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《影响型煤成型质量的工艺参数研究.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、摇 第 40 卷第 6 期煤 炭 科 学 技 术Vol郾 40摇 No郾 6摇摇 2012 年6 月Coal Science and TechnologyJune摇2012摇影响型煤成型质量的工艺参数研究赵摇 巍,李远才,万摇 鹏,杨摇 帆,王黎迟(华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北 武汉摇 430074)摘摇 要:采用腐植酸钠、膨润土和高岭土作为复合型煤黏结剂,以常温强度、高温强度和热稳定性作为型煤试样的主要性能检测指标,考察了原煤粒度组成、成型水分、搅拌时间、干燥温度和干燥时间对型煤性能的影响,得出了影响型煤质量的最佳工艺参数:原煤的最佳粒度组成为粒径在 0 0郾 85
2、mm 的占 60%左右,0郾 85 3 mm 的占 40%左右;成型水分为 12%14%;干燥时间为 2 h;干燥温度 150 180 益;条件允许时,搅拌时间越长越好,实际生产中,取 5 min 为宜。关键词:型煤;原煤粒度组成;成型水分;搅拌时间;干燥温度中图分类号:TQ536摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:0253-2336(2012)06-0121-04Study on Technical Parameters Affected to Coal Briquette QualityZHAO Wei,LI Yuan鄄cai,WAN Peng,YANG Fan,WANG Li
3、鄄chi(National Key Lab of Material Formation and Die&Mould Technology,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan摇 430074,China)Abstract:The sodium humate,bentonite and Kaolin were applied to the composite briquette binder.The room temperature strength,hightemperature strength and thermal sta
4、bility were the main performance index of the briquette samples.The particle components of the rawcoal,briquetting moisture,mixing time,dry temperature and dry time affected to the briquette performances were investigated.The opti鄄mized technical parameters affected to the briquette quality were obt
5、ained.The optimized particle components of the raw coal would haveabout 60%of the particle size ranging from 0 0郾 85 mm,about 40%of particle size ranging from 0郾 85 3 mm,a moisture content of thebriquette ranging from 12%14%,a dry time of two hours and a dry temperature of 150 180 益.If it is possibl
6、e,the more the mixingtime,the better the results,five minutes are good in actual production.Key words:briquette;particle components of raw coal;moisture content of briquetting;mixing time;dry temperature收稿日期:2011-12-20;责任编辑:代艳玲作者简介:赵摇 巍(1988),男,江苏沭阳人,博士研究生。Tel:18986129562,E-mail:jiangsuzhaowei163郾 c
7、om网络出版时间:摇 摇 摇 摇 摇;网络出版地址:引用格式:赵摇 巍,李远才,万摇 鹏,等.影响型煤成型质量的工艺参数研究 J.煤炭科学技术,2012,40(6):121-124.摇 摇 以适当的工艺和设备,将由一定粒度组成的粉煤加工成具有一定形状、尺度、强度及理化特性的人工块煤,这种人工块煤统称为型煤1。通常按用途可将型煤分为工业型煤和民用型煤2-3,工业型煤又可细分为燃料型煤、气化型煤和炼焦型煤。目前普遍存在的型煤成型工艺为无黏结剂冷压成型、有黏结剂冷压成型和热压成型 3 种。无黏结剂冷压成型即不使用黏结剂,只靠外力作用成型,此法节约材料,简化工艺,是粉煤成型的重要发展方向,但需要很大的
8、压力。有黏结剂冷压成型是指将粉煤和黏结剂的混合料,在常温或黏结剂热熔温度下,以较低压力(20 30 MPa),借助黏结剂在煤粒表面作为颗粒之间的桥梁作用而使颗粒黏结成型。热压成型同样不需要使用黏结剂,在快速加热加压的条件下只靠煤自身的黏结性成型,目前我国有些中小型企业在研制此种方法。国外的型煤生产多采用无黏结剂高压成型工艺或热压成型工艺,所用原料多为变质程度较低的褐煤,中国的煤炭变质程度较高,所以国内研究主要致力于有黏结剂冷压成型2。影响型煤最终成型质量指标的因素很多,如成型方法、成型条件、原料煤的性质、配煤情况、黏结剂的种类及添加量、型煤的形状与大小等4。原料和辅料的性质是影响型煤质量的内在
9、因素,成型工艺是影响型煤质量的外部条件。笔者主要研究了原煤粒度组成、成型水分、搅拌时间、干燥温度和干燥时间等工艺参数对型煤性能的影1212012-06-15 10:27http:/ 年第 6 期煤 炭 科 学 技 术第 40 卷响,以期获得最佳的型煤成型工艺参数。1摇 试摇 摇 验1郾 1摇 试验材料及仪器摇 摇 1)原料煤来自山西和贵州产的混合煤,为使型煤获得最佳性能,将原料煤破碎至 3 mm 以下,其工业分析如下5:水分 Mad为 4郾 72%、灰分 Aad为 22郾 84%、挥发分 Vad为 12郾 06%、固定碳 FCad为60郾 38%。试验中采用腐植酸钠、膨润土和高岭土作为复合型煤
10、黏结剂,膨润土和高岭土(均为工业级)的物化性能见表 1。表 1摇 膨润土和高岭土的性能原料颜色吸蓝量*74 滋m 粒级含量/%pH 值 水分/%膨润土白色100 110908 106 10高岭土 灰白色906 80郾 5摇 摇 注:*单位为 meq/100g。摇 摇 2)试验所用仪器有:SHY 型混砂机(搅拌,揉捏)、制样机(重锤质量 6 670 g,下落高度 50mm依0郾 5 mm)、101 3AB 型电热鼓风干燥箱(功率 4 kW)、SX2-6-13 型马弗炉(额定风功率 6kW)、液压强度仪(活塞直径22郾 6 mm,抗拉强度0 5 MPa)、震筛机(直流电压 380 V,功率 370
11、W)、JY1001 型电子天平(精度 1 000 g依0郾 1 g)。1郾 2摇 型煤试样制作摇 摇 型煤试样制作的基本步骤如下:先将混合原料煤 45 g 破碎筛分至 3 mm 以下,然后往煤粉中加入质量分数 2%的膨润土和 1%的高岭土,将其搅拌均匀后,再加入质量分数 3%的腐植酸钠液态黏结剂(干粉),略作搅拌后倒入混砂机中搅拌揉捏,再用制样机压制成统一规格的 覬30 mm伊40 mm 的圆柱状型煤试样,最后放入电热鼓风干燥箱内保温 2h 后取出,冷却至室温即可。1郾 3摇 型煤性能指标及检测方法摇 摇 1)常温强度。将型煤试样烘干后从干燥箱中取出,冷却 30 min 至室温,用液压强度仪测
12、其抗压强度,以此作为型煤常温强度。摇 摇 2)高温强度。先将型煤试样放入装有沙子的带盖铁盒中,用沙子覆盖型煤试样,然后将带盖铁盒放入 850 益的马弗炉中保温 30 min 后取出,立即在高温下测量其抗压强度,以此作为型煤高温强度6。试验中型煤试样截面的直径为30 mm,而实验室中液压强度仪的仪表读数是基于直径为 50 mm的试样,因此,需要在仪表读数与型煤试样的真实抗压强度间进行参数转换,设仪器读数为 Pd,实际抗压强度为 Pz,由压强、压力和受力面积之间的关系知,Pd需乘以一个参数 W(W=2郾 78)才为试样实际抗压强度 Pz,下文如无特别指出,数据均为仪表读数。摇 摇 3)热稳定性。先
13、将型煤试样放入装有沙子的带盖铁盒中,用沙子覆盖型煤试样,然后将带盖铁盒放入 850 益的马弗炉中保温 30 min 后取出,冷却至室温后,放入震筛机震动2 min 后,过筛孔13mm 筛,取大于 13 mm 的型煤占总量的质量百分比作为热稳定性指标7。2摇 结果及分析摇 摇 1)原煤粒度组成对型煤性能的影响。为考察原煤粒度组成对型煤性能的影响进行了 4 组试验,检测随原煤粒度组成的变化,型煤常温强度、高温强度和热稳定性的变化趋势。固定成型水分 12%,搅拌时间 2 min,干燥温度 180 益,烘干时间 2 h,原煤粒度组成分为 4 组:0 0郾 85 mm 占 40%、0郾 85 3 mm
14、占 60%,记为 A40;0 0郾 85 mm 占60%、0郾 85 3 mm 占 40%,记为 A60;0 0郾 85mm 占 80%,0郾 85 3 mm 占 20%,记为 A80;0 0郾 85 mm 占 100%,记为 A100。试验结果见表 2。表 2摇 原煤粒度组成对型煤性能的影响序号原煤粒度组成编号常温强度/MPa高温强度/MPa热稳定性/%1A400郾 740郾 50602A600郾 901郾 04823A800郾 690郾 74724A1000郾 590郾 4158摇 摇 原煤粒度组成在 3 mm 以下是为了增大煤粒的比表面积,这样也就增大了黏结剂分子与煤粒的接触面积,增加了
15、黏聚力,从而可提高型煤的强度;但是煤粒粒度也并非越小越好,如果过小,一则需要加大黏结剂的使用量,即当黏结剂的用量固定时,原煤粒度组成太小,反而会降低型煤强度,另外也提高了煤粒加工的成本8。由表 2 可以看出,常温强度、高温强度和热稳定性都呈现先增大后减小的趋势,且都在 0 0郾 85 mm 占 60%时取得最大值。强度方面,高温强度受原煤粒度组成的影响比常温强度更为明显,热稳定性同样受到较大的影221赵摇 巍等:影响型煤成型质量的工艺参数研究2012 年第 6 期响,大致可认为,煤粉中小于 0郾 85 mm 的煤占60%时,型煤性能最佳。这一粒度组成也符合原煤粒级匹配理论,粒级匹配理论认为,只
16、有合理搭配粗细煤粒,让细粒级的煤粒充填于较粗粒级煤粒之间的孔隙,才能实现大小颗粒的紧密堆积9-10。摇 摇 2)成型水分对型煤性能的影响。固定原煤粒度组成为 A60,搅拌时间为 2 min,干燥温度为 180益,烘干时间为 2 h,取成型水分分别为 10%,12%,14%,16%做 4 组试验,检测随着成型水分的变化,型煤常温强度、高温强度和热稳定性的变化趋势,结果见表 3。表 3摇 成型水分对型煤性能的影响序号原煤粒度组成编号成型水分/%常温强度/MPa高温强度/MPa热稳定性/%1A60100郾 680郾 69782A60120郾 881郾 01823A60141郾 050郾 88794A
17、60161郾 000郾 8880摇 摇 由表 3 可知,随成型水分的增加,常温和高温强度同样呈现先增大后减小的趋势,热稳定性受影响较小,整体变化不大;常温强度在成型水分为14%时,取得最大值,高温强度在成型水分为12%时取得最大值。究其原因,当成型水分较低时,煤粒间摩擦力较大,成型过程中煤粒彼此不易滑动接触,黏结剂分子结构中的活性官能团与煤中的金属离子及氧化物等不能全面形成稳定的络合物或螯合物,型煤的内部结构松散,故而强度较低;当成型水分较高时,会导致水膜过厚,影响煤粒的相互接近,故而强度也较低,而且在压力作用下,多余的成型水分会析出到型煤表面,致使型煤脱模困难10-11,所以适量的成型水分对
18、成型工艺非常重要,此处,可认为成型水分取 12%14%最佳。摇 摇 3)搅拌时间对型煤性能的影响。固定原煤粒度组成为 A60,成型水分 13%,干燥温度 180 益,烘干时间 2 h,取搅拌时间分别为 1、2、3、4 min做 4 组试验,检测随搅拌时间的变化,型煤常温强度、高温强度和热稳定性的变化趋势,结果见表4。由表 4 可知,随搅拌时间的增加,型煤的常温强度和高温强度都显著增大,不过增大的趋势变缓;热稳定性总体变化很小,在 81%84%内波动变化,考虑试验中不可控的误差,可认为搅拌时间对热稳定性没有影响或影响不大。由于型煤中的黏结剂使用量很少,所以为使原料煤和黏结剂能得到充分均匀混合,提
19、高型煤的强度,必须要一定的搅拌时间,理论上搅拌时间越多,混料越均匀,型煤的强度越高,试验数据也说明了这点,不过考虑到整个生产线的运营和搅拌工序的成本,所以搅拌时间也不宜太长8,取 5 min 为宜。表 4摇 搅拌时间对型煤性能的影响序号原煤粒度组成编号搅拌时间/min常温强度/MPa高温强度/MPa热稳定性/%1A6010郾 770郾 88842A6020郾 980郾 99823A6031郾 021郾 05844A6041郾 031郾 0681摇 摇 4)干燥温度与干燥时间对型煤性能的影响。型煤的干燥分为传热和传质 2 个过程,未干燥前的型煤中水分有外在水分、内在水分和化学结合水 3种,外在水
20、分一般存在于孔径为 10-5cm 的大毛细孔中,内在水分存在于孔径小于 10-5cm 的毛细孔中,化学结合水主要是煤中矿物组分的结晶水12。干燥温度和干燥时间对型煤的干燥过程有着重要影响,干燥温度降低,干燥时间需相应延长,反之亦然;考虑到型煤的整个生产周期,干燥温度不宜太低,也不可太高,否则型煤在激热条件下很容易出现开裂现象。固定原煤粒度组成为 A60,成型水分为 13%,搅拌时间为 3 min,选定型煤的干燥时间为 2 h,取干燥温度分别为100、150、200、250 益做 4 组试验,检测在 2 h 的干燥时间下,随着干燥温度的变化,型煤常温强度、高温强度和热稳定性的变化趋势,结果见表
21、5。表 5摇 干燥温度对型煤性能的影响序号原煤粒度组成编号烘干温度/益常温强度/MPa高温强度/MPa热稳定性/%1A601000郾 550郾 98642A601501郾 031郾 10813A602000郾 941郾 03884A602500郾 790郾 9272摇 摇 由表 5 可知,干燥温度从 100 250 益变化时,型煤常温强度、高温强度和热稳定性大体上都呈现先快速增大,然后略微降低的趋势,相对而言,其对常温强度和热稳定性的影响比对高温强度的影响更为显著。在给定的干燥时间下,当干燥温度为100 益时,由于此时型煤中的残余水分很多,故而3212012 年第 6 期煤 炭 科 学 技 术
22、第 40 卷常温强度、高温强度和热稳定性都最低,当干燥温度达到250 益后,由于型煤有开裂的现象,矿物中结晶水有脱失,型煤常温强度、高温强度和热稳定性同样较低,干燥温度为150 益时,常温强度和高温强度最好,当干燥温度为200 益时,热稳定性最好,故认为最佳干燥温度在 150 200 益。3摇 结摇 摇 语摇 摇 主要以单因素试验的方法考察了原煤粒度组成、成型水分、搅拌时间、干燥温度和干燥时间对型煤常温强度、高温强度和热稳定性等性能的影响趋势,然后着重分析了各个工艺参数对型煤性能影响的机理,最后在此分析的基础上,给出了各个工艺参数的最佳取值范围,以期为相关企业生产型煤提供参参。参考文献:1 摇
23、 徐振刚,刘随芹.型煤技术 M.北京:煤炭工业出版社,2001:19.2 摇韩锦德,高摇俊,徐桂芹.工业型煤的现状与开发应用J.洁净煤技术,2000,6(1):22-23.3 摇 王摇 会,王丽娟.民用型煤推广应用现状及对策分析 J.环境保护科学,2003,29(2):4-5.4 摇 梁彩琴,王小明,马志国,等.影响型煤成型的工艺控制分析 J.洁净煤技术,2005,11(2):26-28.5 摇 徐德平,张香兰,徐海霞.原料煤粒度对型煤性能的影响J.洁净煤技术,2000,6(4):10-12.6 摇 刘随芹.无烟煤气化型煤高温强度测定方法的研究 J.煤炭学报,2000,25(2):203-20
24、7.7 摇 张传祥,宋士玉,谌伦建,等.型煤热稳定性测定方法的研究 J.洁净煤技术,2001,7(4):32-35.8 摇 高振森,周国江,许占贤,等.锅炉型煤用改性淀粉粘结剂的研究与应用 J.选煤技术,2002(1):19-21.9 摇 彭好义.石灰立窑代焦型煤的研制及其干燥与燃烧特性的研究 D.长沙:中南大学,2009:38-39.10 摇 MA HAMUD M M,NOVO M F郾 The Use of Fractal Analysis inthe Textural Characterization of Coals J.Fuel,2008,87(2):222-231.11 摇 徐摇
25、兵.PL 系列复合粘结剂的研制及用于 COREX 型煤的探讨 C/2007 中国钢铁年会论文集 郾 北京:冶金工业出版社,2007.12 摇 宋永玮,李新生,吴家珊,等.纸浆黑液防潮型煤粘结剂及工业型煤的研究 J.煤炭加工与综合利用,1990(4):蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦蕦22-26.(上接第 88 页)较好。图 4b 中位姿即与人体站立时的夹角为 0 时,表示人体站立,为负数时表示人体后仰,为正数时表示人体前仰。表 4摇 生命体征数据配置生命体征心率/(次min-1)呼吸频率/(次min-1)体温/益电池电压/V安全下限
26、5040353安全上限12080455警报下限4939342警报上限12181466图 4摇 生命体征监测数据3摇 结摇 摇 语摇 摇 针对目前我国煤矿应急救援中无法获取煤矿下井救护队员生命体征,无法保证救护队员安全和自身安保问题,进行煤矿井下无线生命体征监测技术研究,研究成果将为煤矿实施救援和救护队员自救提供依据,对保证救援队员的自身安全,提高救援工作的实效性,最大限度地营救被困矿工,降低事故损失,增强煤矿救援决策能力具有重要意义。参考文献:1 摇 唐述明,贾春玉,刘摇林,等.我国矿山救护体系建设现状分析 J.矿业安全与环保,2009,36(S1):188-190.2 摇 尚摇 亮.基于 R
27、FID 的矿山应急救援搜救技术与系统研究D.西安:西安科技大学,2008:20-50.3 摇 佚摇名 郾 煤矿应急救援通信及安全监测指挥系统 EB/OL.2011-12-14.http:/www郾 ccrise郾 cn/show郾 aspx?id=30&cid=51.4 摇 刘摇 建,朱摇华,郑之增,等.煤矿救援机器人的通信系统设计 J.煤炭科学技术,2009,37(8):87-90.5 摇 贾建华,张摇 静 郾 基于 GIS 的矿井救援机器人定位导航研究 J.煤炭科学技术,2010,38(5):76-78.6 摇 丁诚诚 郾 基于 Zigbee 的人体传感网的设计与实现 D.合肥:安徽大学,2010.7 摇 谢摇 昕.基于物联网的远程家庭健康监护传感器网络研究D.北京:北京邮电大学,2011.8 摇 王华亮.基于蓝牙传输的便携式脉搏信号检测与分析系统D.兰州:兰州理工大学,2011.9 摇 戴君伟,王博亮 郾 光电脉搏传感器的研制和噪声分析 J.现代电子技术,2006(2):78-80.10 摇 韩清鹏.脉搏信号的非线性分析及其不同情绪和环境的影响研究 D.杭州:浙江大学,2007.421