石灰立窯代焦型煤的研制及其干燥與燃燒特性的研究.pdf

1、石灰立窯型煤代焦，可有效地緩解焦煤資源的緊缺和焦炭供需的矛盾，顯著提高石灰生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還可起到一定的節(jié)能與環(huán)保功效，是一項(xiàng)應(yīng)用價(jià)值高、市場(chǎng)前景廣的新課題。 論文以研制滿(mǎn)足氧化鋁工業(yè)機(jī)械混料式石灰立窯生產(chǎn)要求的代焦型煤為研究目標(biāo)展開(kāi)。首先全面系統(tǒng)地闡述了型煤的特點(diǎn)、成型方法、粘結(jié)機(jī)理、應(yīng)用情況及發(fā)展趨勢(shì)，解釋了型煤代焦的原因并進(jìn)行了可行性分析。 然后在確定石灰立窯代焦型煤具體考核指標(biāo)的前提下，以低階無(wú)煙煤為原料，并摻

2、配少量煙煤，篩選出一種以鎂基固化劑、鎂基活化劑、生物質(zhì)纖維和減水劑組成的復(fù)合粘結(jié)劑，采用L27（313）的正交試驗(yàn)和多指標(biāo)綜合加權(quán)評(píng)分法，通過(guò)極差分析、方差分析確定代焦型煤復(fù)合粘結(jié)劑配方及與之匹配的關(guān)鍵成型工藝參數(shù)，并對(duì)粘結(jié)劑的粘結(jié)機(jī)理及防水性能進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，石灰立窯代焦型煤復(fù)合粘結(jié)劑的最優(yōu)組合為4％的鎂基固化劑、0.6％的鎂基活化劑、1％的生物質(zhì)纖維和0.12％的減水劑；相應(yīng)的關(guān)鍵成型工藝參數(shù)為：成型壓力20kN，成型水分

3、17％，煤料粒度組成為0.5mm以下粒級(jí)含量58％、0.5～1mm粒級(jí)含量為14％、1～2mm粒級(jí)含量17％、2～3mm粒級(jí)含量11％；煙煤的摻配量為無(wú)煙煤的10％；生物質(zhì)纖維對(duì)型煤的抗跌強(qiáng)度具有明顯的增強(qiáng)作用；代焦型煤在低干燥強(qiáng)度下具有較好的防水性能。 實(shí)驗(yàn)測(cè)試了代焦型煤的孔隙率，研究了代焦型煤的熱對(duì)流干燥特性以及型煤含水率與其冷態(tài)強(qiáng)度的關(guān)系，并分析了型煤熱對(duì)流干燥的傳熱傳質(zhì)機(jī)理。研究結(jié)果表明，代焦型煤的孔隙率ε為16.23％

4、；其熱對(duì)流干燥過(guò)程經(jīng)歷了升速干燥期、恒速干燥期和降速干燥期三個(gè)階段，其中以降速干燥期為主；型煤干燥過(guò)程中存在蒸發(fā)界面內(nèi)移的現(xiàn)象；代焦型煤的冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度隨其含水率的降低先升高后下降，存在一個(gè)極大值，代焦型煤干燥的最佳含水率為2.32％；代焦型煤干燥過(guò)程傳熱與傳質(zhì)相互耦合，在升速干燥與恒速干燥階段，為外部條件控制過(guò)程，而在降速干燥階段則為內(nèi)部條件控制過(guò)程。 基于Whitaker的體積平均理論，運(yùn)用Darcy定律，從質(zhì)量守恒和能量守恒

5、的角度，建立了代焦型煤熱對(duì)流干燥過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，并以殘余飽和度Sir為判據(jù)將型煤干燥過(guò)程分為干區(qū)和濕區(qū)兩個(gè)區(qū)域，干、濕區(qū)模型通過(guò)動(dòng)態(tài)蒸發(fā)界面耦合。濕區(qū)模型以含濕飽和度S和溫度T、干區(qū)模型以蒸汽壓力Pg和溫度T為基本狀態(tài)參數(shù)。采用全隱式有限數(shù)值差分法對(duì)控制方程、邊界條件和蒸發(fā)界面動(dòng)態(tài)邊界進(jìn)行離散，將非線(xiàn)性方程組逐步線(xiàn)性化處理后采用迭代法進(jìn)行數(shù)值求解。采用VB6.0編制計(jì)算程序，得到了代焦型煤熱對(duì)流干燥過(guò)程中型煤含水率MC和溫度T的變化曲線(xiàn)

6、，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。然后利用該模型數(shù)值模擬具體分析了型煤尺寸、干燥介質(zhì)溫度、對(duì)流傳熱系數(shù)及傳質(zhì)系數(shù)等因素對(duì)代焦型煤干燥過(guò)程的影響。 采用熱重分析法對(duì)代焦型煤的熱解和燃燒特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并將代焦型煤與無(wú)煙塊煤和焦炭進(jìn)行對(duì)比分析。研究結(jié)果表明，代焦型煤的著火性能、穩(wěn)燃性能及綜合燃燒特性?xún)?yōu)于焦炭和無(wú)煙塊煤，而釋熱強(qiáng)度和燃盡性能介于焦炭和無(wú)煙塊煤之間；代焦型煤燃燒屬于一級(jí)反應(yīng)模型，代焦型煤的平均活化能比焦炭小很多，而略高于