大尺寸型煤炭化過程收縮特性及動力學研究.pdf

1、針對大量無煙粉煤成型制鑄造型焦及大型焦爐煤餅生產冶金焦的共性問題，即大尺寸塊煤或煤餅炭化過程中的收縮問題，本文采用自主研發(fā)的高溫質量和體積一體化測量裝置，考查了原料煤粒度、成型尺寸、升溫速率和炭化溫度對型煤收縮的影響;研究了原料煤、粘結劑及型煤炭化過程的收縮行為，并對大尺寸型煤的收縮機理進行初步分析;依據恒定炭化溫度（450℃、550℃、650℃和850℃）下大尺寸型煤（體積=103cm3）的收縮和失重特性建立了大尺寸型煤收縮動力學模型

2、，通過靈敏度分析對收縮動力學參數進行修正;在建立的動力學模型基礎上進一步研究了現(xiàn)代大型搗固型煤(13280 mm×500 mm×4300mm)的收縮計算方法。
　　本研究主要內容包括：⑴850℃炭化溫度下，隨著原料粒度(0.15-0.425mm、0.425-1mm、1-1.4mm、1.4-2mm、2-2.36mm)的增大，成型尺寸為100mm的型煤塊炭化收縮時間t減?。ㄓ?20min逐漸縮短為90min），最終體積Vt增大(由0.

3、7435V0增大至0.8231V0)，型煤的初始收縮速率-d(Vt/V0)/dt越大(由6.481×10-3％·min增長為9.135×10-3％·min)。⑵850℃炭化溫度下，隨著成型尺寸(25mm、50mm、75mm、100mm、125mm)的增大，原料粒度為1-1.4mm的大尺寸型煤炭化收縮時間t增長(由60min逐漸增長為110min)，最終體積Vt增大（由0.6968V0增大至0.7785V0)，型煤的初始收縮速率-d(Vt

4、/V0)/dt越?。ㄓ?1.954×10-3％·min減小為6.589×10-3％·min）。⑶隨著升溫速率的提高(2℃/min、3℃/min、4℃/min)，原料粒度為1-1.4mm、成型尺寸為100mm的大尺寸型煤的最終體積Vt增大(由0.7646V0增大至0.6733V0)，型煤收縮曲線及收縮速率曲線中的第一收縮速率峰向高溫側移動。不同升溫速率下型煤體積Vt在高溫區(qū)(600℃～900℃)差別較大，但在低溫區(qū)(200℃～600℃)差

5、別不明顯。⑷隨著炭化溫度(450℃、550℃、650℃、850℃)的升高，原料粒度為1-1.4mm、成型尺寸為100mm的型煤最終體積Vt逐漸減小(0.8751V0減小至0.7668V0)，炭化時間t逐漸減小(由120min減小為92min)，型煤的初始收縮速率-d(Vt/V0)/dt增大(由2.222×10-3％·min增長為5.25×10-3％·min)。⑸在型煤炭化過程中，450℃之前的脫水和脫氣反應，以及550～650℃溫度段發(fā)

6、生的縮聚反應，是造成型煤收縮的主要反應（收縮量所占比例分別為51.63％及29.07％）;450～550℃溫度段進行的分解反應也對型煤的收縮有一定影響（收縮量所占比例為18.52％）;而850℃之后進行的析氫反應對型煤體積的收縮影響不大（收縮量所占比例為0.77％）。⑹大尺寸型煤的收縮過程可分為干燥收縮（室溫～350℃）、分解收縮(350℃～650℃)、縮聚收縮(650℃～950℃)等三個階段。干燥收縮階段體積變化較小，主要發(fā)生物理變化

7、。分解收縮階段型煤體積顯著收縮，微晶參數fa增大。縮聚收縮階段無顯著體積收縮。⑺在型煤收縮過程中，主要有三種類型的反應：煤粒自身的熱分解和縮合反應；粘結組分（活性組分）的裂解和縮聚反應；粘結組分和煤粒在接觸界面上進行的共炭化作用。其中煤粒的收縮是型煤收縮的主要原因，粘結劑對煤粒之間的粘結和縮聚作用也有一定影響，由粘結組分和煤粒在接觸界面上的反應對型煤的收縮起促進作用，但不是炭化過程中型煤收縮的主要原因。⑻大尺寸型煤炭化收縮動力學模型為，

8、其中體積改變系數β與型煤的密度成正相關，隨著反應的進行逐漸增大;型煤收縮過程按照反應的進行可分為三個階段，三個階段的反應級數、反應速率常數逐漸減小，指前因子逐漸增大，活化能先減小后增大。⑼以100mm厚度煤料為計算單元，將各單元所處溫度對應的收縮參數進行加權，獲得炭化室中煤料的收縮速率，以建立現(xiàn)代大型搗固型煤(13280mm×500mm×4300mm)炭化收縮的計算方法;炭化室中煤料的動力學方程為，其中各100mm厚度體積單元的收縮速率