大尺寸型煤炭化過(guò)程收縮特性及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、針對(duì)大量無(wú)煙粉煤成型制鑄造型焦及大型焦?fàn)t煤餅生產(chǎn)冶金焦的共性問(wèn)題，即大尺寸塊煤或煤餅炭化過(guò)程中的收縮問(wèn)題，本文采用自主研發(fā)的高溫質(zhì)量和體積一體化測(cè)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(duì)型煤收縮的影響;研究了原料煤、粘結(jié)劑及型煤炭化過(guò)程的收縮行為，并對(duì)大尺寸型煤的收縮機(jī)理進(jìn)行初步分析;依據(jù)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(dòng)力學(xué)模型

2、，通過(guò)靈敏度分析對(duì)收縮動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行修正;在建立的動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了現(xiàn)代大型搗固型煤(13280 mm×500 mm×4300mm)的收縮計(jì)算方法。
　　本研究主要內(nèi)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(shí)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(zhǎng)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(shí)間t增長(zhǎng)(由60min逐漸增長(zhǎng)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(cè)移動(dòng)。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(shí)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(zhǎng)為5.25×10-3％·min)。⑸在型煤炭化過(guò)程中，450℃之前的脫水和脫氣反應(yīng)，以及550～650℃溫度段發(fā)

6、生的縮聚反應(yīng)，是造成型煤收縮的主要反應(yīng)（收縮量所占比例分別為51.63％及29.07％）;450～550℃溫度段進(jìn)行的分解反應(yīng)也對(duì)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(jìn)行的析氫反應(yīng)對(duì)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(guò)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(gè)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(shù)fa增大。縮聚收縮階段無(wú)顯著體積收縮。⑺在型煤收縮過(guò)程中，主要有三種類(lèi)型的反應(yīng)：煤粒自身的熱分解和縮合反應(yīng)；粘結(jié)組分（活性組分）的裂解和縮聚反應(yīng)；粘結(jié)組分和煤粒在接觸界面上進(jìn)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(jié)劑對(duì)煤粒之間的粘結(jié)和縮聚作用也有一定影響，由粘結(jié)組分和煤粒在接觸界面上的反應(yīng)對(duì)型煤的收縮起促進(jìn)作用，但不是炭化過(guò)程中型煤收縮的主要原因。⑻大尺寸型煤炭化收縮動(dòng)力學(xué)模型為，

8、其中體積改變系數(shù)β與型煤的密度成正相關(guān)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐漸增大;型煤收縮過(guò)程按照反應(yīng)的進(jìn)行可分為三個(gè)階段，三個(gè)階段的反應(yīng)級(jí)數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)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(jì)算單元，將各單元所處溫度對(duì)應(yīng)的收縮參數(shù)進(jìn)行加權(quán)，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(jì)算方法;炭化室中煤料的動(dòng)力學(xué)方程為，其中各100mm厚度體積單元的收縮速率