本文關(guān)鍵詞：寶日褐煤提質(zhì)過程熱碎特性研究

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【摘要】：熱提質(zhì)技術(shù)是褐煤得以深度利用的基礎(chǔ),但褐煤在此過程中發(fā)生的嚴(yán)重?zé)崴楝F(xiàn)象(碎裂/粉化)致使提質(zhì)工藝存在粉塵量較大、焦油中塵含量高、油塵難以分離及系統(tǒng)管路發(fā)生堵塞。該現(xiàn)象已成為阻礙干燥/熱解提質(zhì)工藝正常運(yùn)行的“癥結(jié)”問題而亟待解決。針對典型示范工藝所存在的共性問題,本文提出了以強(qiáng)化基礎(chǔ)規(guī)律研究和開發(fā)抑制褐煤粉化方法的核心解決思路。回轉(zhuǎn)窯以其結(jié)構(gòu)簡單、處理量大、易于工業(yè)化等特點(diǎn),為國內(nèi)外諸多褐煤提質(zhì)工藝所采用。但回轉(zhuǎn)過程褐煤易碎,焦油氣體夾帶粉塵嚴(yán)重,制約了該種技術(shù)在褐煤熱解過程中的應(yīng)用。本文采用公斤級回轉(zhuǎn)窯實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),針對熱提質(zhì)過程蒙東地區(qū)典型褐煤(寶日褐煤)的碎裂及粉化特性進(jìn)行定量考察,同時通過相關(guān)表征手段明確其誘發(fā)原因。對碎裂和粉化粒群的不同粒級產(chǎn)物采用多種測試表征手段(灰分測試/XRF/XRD/SEM/EDS/MLA)研究了褐煤在典型溫度提質(zhì)后熱碎產(chǎn)物的灰分、元素及礦物質(zhì)構(gòu)成,明確了褐煤的主要礦物分配規(guī)律及其對褐煤熱碎的影響。最后在明確引發(fā)褐煤熱碎復(fù)合生成因素的基礎(chǔ)上,探索了一種抑制褐煤粉化的方法及其抑制機(jī)理。獲得的主要研究結(jié)果如下:1.褐煤熱碎規(guī)律及原因1)在公斤級回轉(zhuǎn)窯中研究提質(zhì)過程多種工藝因素對寶日褐煤粒度分布及碎裂/粉化程度的影響。結(jié)果表明:隨提質(zhì)溫度升高(120~700℃),產(chǎn)物中保持粒級(25~13mm)比率由86.62%降至4.32%,碎裂粒群(13~1mm)和粉化粒群(-1mm)比率分別由9.51%/3.87%增至80.05%/15.63%,并以13~6mm和-0.075mm粒級變化最為顯著。褐煤的碎裂及粉化還隨回轉(zhuǎn)速率、保溫時間及入料粒度的增加而升高。運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)方法分析4種因素對碎裂程度的影響權(quán)重為:溫度粒度轉(zhuǎn)速時間;對粉化的影響為:溫度轉(zhuǎn)速時間粒度。通過對熱提質(zhì)褐煤的水分/揮發(fā)分含量、孔隙結(jié)構(gòu)及表觀形貌測試,明確了褐煤熱碎裂的復(fù)合生成因素:孔隙結(jié)構(gòu)變化、水汽行為、揮發(fā)分析出及相關(guān)工藝因素影響。結(jié)合分析上述工藝因素影響褐煤熱碎的內(nèi)在誘因(水汽-揮發(fā)分析出、機(jī)械力、間接強(qiáng)化、對顆粒材料抗力及內(nèi)部氣阻的影響),建立了回轉(zhuǎn)窯提質(zhì)過程褐煤碎裂-粉化歷程描述模型。2)利用在線測溫裝置研究了快/慢速升溫速率對褐煤熱碎特性的影響。結(jié)果表明:隨預(yù)設(shè)溫度升高(400~600℃),快速升溫(呈兩段升溫,一/二段平均升溫速率分別為45~156和3.70~8.66℃/min,)總碎裂率由88.81%升至95.74%,粉化率由15.28%升至25.76%,而慢速升溫(平均升溫速率為1.05~1.56℃/min,呈一段升溫)的總碎裂率由80.58%升至95.68%,粉化率由7.82%升至15.63%。兩種升溫方式下褐煤碎裂程度逐步接近,但快速升溫促使褐煤粉化程度加劇。結(jié)合對快速和慢速升溫過程褐煤孔隙結(jié)構(gòu)及表觀形貌的分析,明確了升溫速率對影響褐煤熱碎內(nèi)在誘因(水汽行為、揮發(fā)分析出、孔結(jié)構(gòu)破壞)的激化作用,基于此建立了熱提質(zhì)過程回轉(zhuǎn)窯快速升溫褐煤熱碎描述模型。2褐煤礦物質(zhì)分配規(guī)律及對熱碎影響1)褐煤碎裂粉化產(chǎn)物的灰分(ad,%)隨25~13mm降至3~1mm而減小,而后隨粒度級繼續(xù)減小(至-0.075mm)而增加,灰分的不均一性由不同礦物的分配所引發(fā)。xrf測試顯示,褐煤元素的分配中,si、al元素隨粒度級的減小而降低,fe元素隨粒度級的減小而增加,ca元素的分配變化規(guī)律不明顯。2)xrd測試結(jié)果顯示,熱解過程(400~600℃),褐煤中sio2特征峰強(qiáng)度隨粒度級的減小而降低,說明其不易分配至細(xì)粒度級顆粒中,為被動分配過程;而fe2o3特征峰則隨粒度級的減小峰強(qiáng)度增加,說明其發(fā)生了主動分配。3)mla測試結(jié)果表明,褐煤熱碎產(chǎn)物中,25~13mm顆粒中礦物的構(gòu)成以石英及硅鋁酸鹽為主,而-0.075mm顆粒中礦物以鐵氧化物為主。褐煤原煤中賦存的菱鐵礦在熱解后粒度明顯降低。菱鐵礦粒度的降低和自身結(jié)構(gòu)的弱化,潛在地形成了裂隙發(fā)育的部分中心,在原位形成了部分裂紋及空洞,從整體上弱化了煤的顆粒結(jié)構(gòu),進(jìn)而誘發(fā)褐煤顆粒發(fā)生粉化,成為引發(fā)褐煤粉化的另一誘因。硅酸鹽及石英等礦物則在有機(jī)質(zhì)破碎的同時,隨其被動分配至細(xì)顆粒中,造成其分布不均。3.煤直接液化殘?jiān)鼘置悍刍种菩Ч芯?)探索并明確了回轉(zhuǎn)窯熱解過程液化殘?jiān)鼘置悍刍种谱饔玫挠行�。結(jié)果表明:提質(zhì)溫度為450~650℃,液化殘?jiān)c褐煤在回轉(zhuǎn)窯共熱解過程后,產(chǎn)物粉化率β較原煤降低3.14~5.67%,抑制效果較為明顯;共熱解產(chǎn)物出現(xiàn)造粒,造粒率λ在450~550℃介于0.38~4.23%,而后變化趨于平穩(wěn)(4%左右);液化殘?jiān)c褐煤在450~500℃階段出現(xiàn)產(chǎn)物粘結(jié)爐膛壁面,550℃后粘結(jié)現(xiàn)象消失,600℃后產(chǎn)物局部出現(xiàn)碳化現(xiàn)象。結(jié)合分析共熱解產(chǎn)物的孔隙及形貌,明確了液化殘?jiān)鼘置阂种谱饔玫闹饕?液化殘?jiān)軣岷蟪尸F(xiàn)黏結(jié)流動性,可粘連捕集細(xì)小顆粒,同時對褐煤半焦的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行充填和補(bǔ)強(qiáng),強(qiáng)化整體結(jié)構(gòu)。此外,回轉(zhuǎn)窯的抑制效果高于固定床,主要由于回轉(zhuǎn)過程具備機(jī)械攪拌作用,促進(jìn)顆粒間混合均勻,使得液化殘?jiān)采w褐煤面積更大。2)隨液化殘?jiān)c褐煤的質(zhì)量配比增加(液化殘?jiān)?褐煤=1:9~4:6),共熱解產(chǎn)物的粉化率β由7.55%降至1.98%,造粒率λ由2.73%升至4.9%,抑制效果逐步明顯。但液化殘?jiān)谋壤_(dá)到40%后,出現(xiàn)爐壁部分粘結(jié)現(xiàn)象,因此液化殘?jiān)谋壤灰诉^大。3)不同粒度的褐煤與3~1mm液化殘?jiān)矡峤夂笠种品刍Ч煌．?dāng)褐煤粒度為3~1mm時,共熱解產(chǎn)物粉化率為2.82%,較原煤粉化率降幅達(dá)30.69%,抑制幅度最大;當(dāng)褐煤粒度由6~3mm增至25~13mm時,共熱解產(chǎn)物粉化率由3.02%增至7.89%,較原煤降低幅度介于3.02~9.06%。但13~6mm后無造�，F(xiàn)象,說明共熱解后產(chǎn)物的造粒強(qiáng)度尚無法達(dá)到較大顆粒的材料強(qiáng)度。
【關(guān)鍵詞】：褐煤提質(zhì) 熱碎性 回轉(zhuǎn)窯 礦物分配 粉化抑制
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD849.2
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-15
• 第一章 緒論15-33
• 1.1 褐煤提質(zhì)利用的必要性15
• 1.2 褐煤提質(zhì)利用的癥結(jié)問題15-18
• 1.2.1 熱碎性對典型干燥示范工藝的影響16-17
• 1.2.2 熱碎性對典型熱解示范工藝的影響17-18
• 1.3 煤熱破碎相關(guān)研究基礎(chǔ)18-22
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3.3 衡量破碎程度主要參數(shù)22
• 1.4 褐煤提質(zhì)熱碎性與煤燃燒熱破碎的區(qū)別22-25
• 1.5 煤中無機(jī)礦物的熱轉(zhuǎn)化行為及與褐煤粉化的聯(lián)系25-28
• 1.5.1 問題的提出25-26
• 1.5.2. 煤中無機(jī)礦物熱轉(zhuǎn)化行為研究現(xiàn)狀26-28
• 1.6 褐煤熱碎的抑制方法研究思路28-31
• 1.6.1 強(qiáng)化基礎(chǔ)規(guī)律研究28-29
• 1.6.2 褐煤抑制粉化方法的思路29-31
• 1.7 研究目標(biāo)、內(nèi)容及技術(shù)路線31-32
• 1.7.1 研究目標(biāo)31
• 1.7.2 研究內(nèi)容和技術(shù)路線31-32
• 1.8 本章小結(jié)32-33
• 第二章 實(shí)驗(yàn)裝置與測試表征方法33-41
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料來源33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)33-36
• 2.2.1 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)33-35
• 2.2.2 氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)35-36
• 2.2.3 篩分及制樣系統(tǒng)36
• 2.3 測試表征方法36-38
• 2.4 褐煤碎裂/粉化程度的評價指標(biāo)38-39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 第三章 褐煤熱碎特性研究41-69
• 3.1 引言41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-44
• 3.2.1 原料煤樣41-42
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法42-44
• 3.3 慢速升溫過程寶日褐煤熱碎特性規(guī)律研究44-51
• 3.3.1 提質(zhì)溫度對褐煤熱碎特性的影響44-46
• 3.3.2 回轉(zhuǎn)速率對褐煤碎裂-粉化影響46-48
• 3.3.3 時間對褐煤碎裂-粉化的影響48-50
• 3.3.4 不同入料粒度對碎裂-粉化的影響50-51
• 3.4 多因素對褐煤碎裂-粉化影響的灰色關(guān)聯(lián)分析51-57
• 3.4.1 灰色關(guān)聯(lián)的模型化處理51-52
• 3.4.2 基于灰色關(guān)聯(lián)的褐煤熱碎特性分析52-57
• 3.5 快速升溫對褐煤熱碎性的影響57-66
• 3.5.1 不同升溫方式下的褐煤升溫特性57-61
• 3.5.2 不同升溫方式下褐煤的熱碎特性61-66
• 3.6 本章小結(jié)66-69
• 第四章 褐煤熱碎產(chǎn)物礦物性質(zhì)分析69-95
• 4.1 引言69-70
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分70
• 4.2.1 原料70
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法70
• 4.3 褐煤熱碎產(chǎn)物的灰分分析70-71
• 4.4 褐煤熱碎產(chǎn)物的XRF分析71-75
• 4.4.1 原煤及提質(zhì)煤熱碎產(chǎn)物的元素組成規(guī)律71-73
• 4.4.2 煤中主要礦物元素（Si/Al/Ca/Fe）元素的分配規(guī)律73-75
• 4.5 褐煤熱碎產(chǎn)物的XRD分析75-83
• 4.5.1 原始褐煤的XRD分析75-76
• 4.5.2 寶日褐煤灰化特性研究76-79
• 4.5.3 褐煤中溫灰化后熱碎產(chǎn)物的XRD分析79-83
• 4.6 褐煤熱碎產(chǎn)物的MLA分析83-92
• 4.4.1 褐煤原煤的MLA分析探索83-86
• 4.4.2 25~13mm產(chǎn)物的MLA分析86-89
• 4.4.3 -0.075mm產(chǎn)物的MLA分析89-92
• 4.7 褐煤礦物質(zhì)的分配過程對褐煤熱碎的影響分析92-93
• 4.8 本章小結(jié)93-95
• 第五章 抑制褐煤粉化方法研究95-113
• 5.1 引言95
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分95-97
• 5.2.1 原料樣品95-96
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法及測試設(shè)備96-97
• 5.3 不同溫度下液化殘?jiān)鼘置悍刍种谱饔?/span>97-106
• 5.3.1 共熱解產(chǎn)物的粒度分布規(guī)律97-98
• 5.3.2 共熱解產(chǎn)物的粉化率變化規(guī)律98-99
• 5.3.3 共熱解產(chǎn)物的造粒率變化規(guī)律99-100
• 5.3.4 熱解焦油品質(zhì)的考察100-101
• 5.3.5 回轉(zhuǎn)窯爐膛表面粘結(jié)程度101-103
• 5.3.6 褐煤及共熱解產(chǎn)物的細(xì)觀分析103-105
• 5.3.7 液化殘?jiān)?褐煤共熱解在不同反應(yīng)器中的行為分析105-106
• 5.3.8 液化殘?jiān)种坪置悍刍木C合評價106
• 5.4 質(zhì)量配比（液化殘?jiān)?褐煤）對抑制粉化的影響106-109
• 5.4.1 共熱解產(chǎn)物粒度分布106-107
• 5.4.2 共熱解產(chǎn)物的粉化率 β 變化規(guī)律107-108
• 5.4.3 共熱解產(chǎn)物造粒率 λ 變化規(guī)律108-109
• 5.4.4 共熱解產(chǎn)物粘結(jié)爐壁狀態(tài)考察109
• 5.5 不同粒度配比下液化殘?jiān)鼘置悍刍种菩Ч?/span>109-112
• 5.5.1 共熱解產(chǎn)物粒度分布109-110
• 5.5.2 共熱解產(chǎn)物的粉化率 β 變化規(guī)律110-111
• 5.5.3 共熱解產(chǎn)物造粒率 λ 變化規(guī)律111-112
• 5.6 本章小結(jié)112-113
• 第六章 結(jié)論與展望113-117
• 6.1 結(jié)論113-115
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)115
• 6.3 展望115-117
• 參考文獻(xiàn)117-125
• 致謝125-127
• 作者簡介127-128

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本文編號：605448