發(fā)布時間：2020-04-09 18:34

【摘要】：針對大量無煙粉煤成型制鑄造型焦及大型焦?fàn)t煤餅生產(chǎn)冶金焦的共性問題，即大尺寸塊煤或煤餅炭化過程中的收縮問題，本文采用自主研發(fā)的高溫質(zhì)量和體積一體化測量裝置，考查了原料煤粒度、成型尺寸、升溫速率和炭化溫度對型煤收縮的影響；研究了原料煤、粘結(jié)劑及型煤炭化過程的收縮行為，并對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力學(xué)模型，通過靈敏度分析對收縮動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行修正；在建立的動力學(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間t減小（由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間t增長（由60min逐漸增長為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�。ㄓ�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。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增長為5.25×10-3%min)。 5.在型煤炭化過程中，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聚收縮階段無顯著體積收縮。 7.在型煤收縮過程中，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)對型煤的收縮起促進(jìn)作用,但不是炭化過程中型煤收縮的主要原因。 8.大尺寸型煤炭化收縮動力學(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；型煤收縮過程按照反應(yīng)的進(jìn)行可分為三個階段,三個階段的反應(yīng)級數(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厚度煤料為計算單元,將各單元所處溫度對應(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)炭化收縮的計算方法；炭化室中煤料的動力學(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程分為恒速收縮階段及減速收縮階段兩個階段，并以此建立了干燥動力學(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。研究表明熱解過程中收縮主要通過熱量傳遞以及產(chǎn)物產(chǎn)率對反應(yīng)產(chǎn)生影響[60]。400-450℃及500-700℃溫度段木材顆粒會出現(xiàn)顯著收縮。升溫速率不會對徑向收縮產(chǎn)生顯著影響。木材顆粒的均勻收縮將會減慢木材顆粒的熱解，而殼向收縮及徑向收縮會通過提高顆粒的升溫的速率來促進(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)空氣相對濕度低于土體相對濕度時，土體中的水分蒸發(fā)至一定程度后，土壤顆粒之間會形成彎曲液面（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，泥土顆粒會通過結(jié)合水膜連滿水分時，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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ536

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2621116