褐煤熱壓脫水工藝及機(jī)理研究.pdf

1、褐煤是煤化程度最低的煤種之一,具有高水分、低熱值的特點(diǎn)。隨著世界范圍內(nèi)能源資源需求的增加,以及石油、優(yōu)質(zhì)煤資源等能源資源的逐漸匱乏,儲量豐富的褐煤資源已引起人們的關(guān)注。褐煤熱壓脫水工藝,水分以液態(tài)形式脫水,產(chǎn)品能級密度得以明顯提高,且具有不易吸潮、自燃,煤質(zhì)性能明顯改善等優(yōu)點(diǎn)。本文以云南小龍?zhí)兜雀咚?、低熱值褐煤為主要研究對?對褐煤熱壓脫水過程機(jī)理、褐煤熱壓型煤穩(wěn)定機(jī)制及熱壓脫水工藝過程等進(jìn)行了研究。本論文主要包括以下內(nèi)容及結(jié)果:

2、>　　褐煤原煤煤質(zhì)分析結(jié)果表明,原料褐煤孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),氧含量較高,具有大量的含氧官能團(tuán)結(jié)構(gòu),易吸濕返潮、自燃,其揮發(fā)分初析溫度在222℃左右。
　　褐煤熱壓脫水機(jī)理研究結(jié)果表明,熱壓過程中煤水分離的基本過程為溫度引起的熱力效應(yīng)脫水、機(jī)械壓力產(chǎn)生的壓實(shí)固結(jié)脫水和閃蒸脫水三方面;其機(jī)制是褐煤在熱力作用下其有機(jī)含氧官能團(tuán)和有機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)生分解等引起褐煤物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)及組成的改變,煤水體系作用力減弱,借助于褐煤本身體積收縮、釋放氣體的排水

3、作用及壓力的壓密固結(jié)作用等實(shí)現(xiàn)煤水體系的徹底分離。結(jié)合熱壓脫水過程基本特點(diǎn),根據(jù)已有固結(jié)理論對熱壓過程進(jìn)行了模型推導(dǎo),建立了包含熱壓壓力、溫度和煤質(zhì)特性因素的模型方程,模型方程進(jìn)一步揭示并反映了熱壓過程熱態(tài)固結(jié)脫水的特點(diǎn)。
　　對小龍?zhí)逗置簾o粘結(jié)熱壓型煤穩(wěn)定機(jī)制進(jìn)行了研究,在分析熱壓型煤穩(wěn)定性的同時,從褐煤樣品表觀形態(tài)、總孔容與穩(wěn)定性關(guān)系及物理化學(xué)性能變化角度對熱壓型煤的穩(wěn)定性機(jī)制進(jìn)行了分析。熱壓過程中褐煤內(nèi)部及表面含氧親水基團(tuán)的

4、減少、疏水性增強(qiáng),及孔隙、總孔容的大幅降低,內(nèi)部結(jié)構(gòu)的規(guī)整和熱壓作用引起的型煤表面的炭化作用是熱壓型煤穩(wěn)定的基本原因。實(shí)驗(yàn)條件下,經(jīng)干燥褐煤吸水率達(dá)9％以上,而型煤產(chǎn)品吸水率在4％左右,二者相差達(dá)5個百分點(diǎn);褐煤經(jīng)熱壓成型后,其自燃傾向性降低,自燃傾向性等級從Ⅰ級容易自燃變?yōu)棰蚣壸匀純A向性等級。
　　論文對100kg/d規(guī)模褐煤熱壓脫水工藝過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,溫度、壓力和保壓時間是褐煤水分含量的顯著性影響因素,其中溫度和壓力

5、是褐煤熱壓脫水過程中關(guān)鍵因素,二者間交互作用對褐煤水分含量影響顯著;熱壓過程適宜的工藝參數(shù)應(yīng)根據(jù)對褐煤產(chǎn)品水分含量的要求確定,適宜的溫度壓力范圍分別為150-200℃和5-10MPa,保壓時間1-5min;上述極值條件下,褐煤水分含量可分別降至24.8％和8.78％。對熱壓產(chǎn)品煤質(zhì)分析結(jié)果表明,脫水后褐煤能級密度得到大幅提升,小龍?zhí)逗置焊苫l(fā)熱量增幅最大可達(dá)37％以上;同時,元素組成中碳含量可提升9％,而氧和硫元素含量明顯降低;熱壓過程

6、對褐煤具有一定的“洗滌”作用,其Na、Mg、Ca等金屬元素含量較原煤有明顯降低;Cl、Ni、As等元素含量也有所降低;熱壓處理后煤樣揮發(fā)分、最高內(nèi)在水分的大幅降低及固定碳含量的升高,反映熱壓過程對褐煤煤化程度具有一定的提升作用。對熱壓產(chǎn)品的熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相較原煤,煤樣揮發(fā)分初析溫度、著火溫度及最大失重速率溫度均有明顯提高,而燃盡溫度變化不大,說明褐煤經(jīng)熱壓后熱穩(wěn)定性的提高及燃燒性能的改善。
　　基于獲得200℃、10MPa條件