【摘要】：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，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（13280mm×500mm×4300mm）的收縮計(jì)算方法，獲得主要結(jié)果和結(jié)論如下。 1.850℃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�120min逐漸縮短為90min），最終體積Vt增大(由0.7435V0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）。 2.850℃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/V0)/dt越小（由21.954×10-3%min減小為6.589×10-3%min）。 3.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℃)差別不明顯。 4.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�。�0.8751V0減小至0.7668V0），炭化時(shí)間t逐漸減�。ㄓ�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)。 5.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)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%）。 6.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。分解收縮階段型煤體積顯著收縮，微晶參數(shù)fa增大�？s聚收縮階段無(wú)顯著體積收縮。 7.在型煤收縮過(guò)程中，主要有三種類型的反應(yīng):①煤粒自身的熱分解和縮合反應(yīng)；②粘結(jié)組分(活性組分)的裂解和縮聚反應(yīng)；③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。 8.大尺寸型煤炭化收縮動(dòng)力學(xué)模型為dVt/dt=V0[(1-x)dβ/dt-A0e-E/RT(1-x)nβ],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。 9.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dV't/dt=1/5×∑15dV'ti/dt,其中各100mm厚度體積單元的收縮速率為dV'ti/dt=[(1-xi)dβi/dt-ki(1-xi)βi]。
【圖文】：

[56]將褐煤的干燥收縮分為初始冷凝階段、升速干燥階段、恒速干燥階段以及降速干燥階段等四個(gè)階段（各階段干燥速率曲線如圖1-2所示）。LIXianchun等[57]將低階煤的干燥收縮過(guò)程分為恒速收縮階段及減速收縮階段兩個(gè)階段，并以此建立了干燥動(dòng)力學(xué)方程：(1-1)其中， ， 指的是煤顆粒的質(zhì)量，0及∞分別指的是煤樣的初始及完全干燥時(shí)的質(zhì)量。圖 1-2 褐煤干燥收縮速率曲線Fig. 1-2 The dry-shrinkage rate curve of lignite1.4.2 煤及生物質(zhì)顆粒的熱解收縮K. Papadikis等人將煤及生物質(zhì)顆粒的收縮分為三種類型：均勻收縮（Uniformshrinkage）、殼向收縮(shrinking shell)及徑向收縮(shrinking cyclinder)[58,59]，其收縮方式如圖1-3所示。研究表明熱解過(guò)程中收縮主要通過(guò)熱量傳遞以及產(chǎn)物產(chǎn)率對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生影響[60]。400-450℃及500-700℃溫度段木材顆粒會(huì)出現(xiàn)顯著收縮。升溫速率不會(huì)對(duì)徑向收縮產(chǎn)生顯著影響。木材顆粒的均勻收縮將會(huì)減慢木材顆粒的熱解，而殼向收縮及徑向收縮會(huì)通過(guò)提高顆粒的升溫的速率來(lái)促進(jìn)顆粒的熱解。

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文1-4.a），當(dāng)空氣相對(duì)濕度低于土體相對(duì)濕度時(shí)，土體中的水分蒸發(fā)至一定程度后，土壤顆粒之間會(huì)形成彎曲液面（如壓（如圖 1-4.c）。在毛細(xì)水壓的作用下，土壤顆粒之間會(huì)如圖 1-4.d）。此外，由于泥土中礦物質(zhì)的水化作用，在泥合水膜。當(dāng)毛細(xì)水壓消失后，泥土顆粒會(huì)通過(guò)結(jié)合水膜連滿水分時(shí)，泥土的收縮變形主要是由于水分的析出而產(chǎn)生進(jìn)一步蒸發(fā)后，泥土的收縮主要由結(jié)合水膜所引起[62]。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ536

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2621116