水分對(duì)裝爐煤堆密度的影響分析

李新成 郭海濤 鄭紅軍 郭雪松 傅海斌 楊明

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

水分對(duì)裝爐煤堆密度的影響分析

李新成 郭海濤 鄭紅軍 郭雪松 傅海斌 楊明

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼焦化廠測(cè)定水分與裝爐煤堆密度關(guān)系的試驗(yàn)過(guò)程,通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了在一定條件下兩者存在的線性關(guān)系,對(duì)合理控制裝爐煤的水分,進(jìn)而提高裝爐煤堆密度提供了理論參考。

配合煤 水分 堆密度 細(xì)度

0 前言

對(duì)煉焦生產(chǎn)而言,裝爐煤水分的多少,將以間接或直接的方式影響煉焦過(guò)程。水分含量會(huì)影響裝爐煤的堆密度,以致影響焦炭的強(qiáng)度和其他性質(zhì)。煤中水分含量少時(shí),以質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)算的煤中碳等有效成分就多,使焦?fàn)t生產(chǎn)能力增加,同時(shí)也適當(dāng)降低了生產(chǎn)能耗;水分過(guò)高,會(huì)造成不易過(guò)篩及混配料,而且有時(shí)會(huì)造成堵料,增加輸煤操作成本,但是,過(guò)分干燥的爐料會(huì)帶來(lái)煤塵逸散的問(wèn)題,嚴(yán)重影響環(huán)境。此外,煤料進(jìn)入爐后,無(wú)水分的煤在焦?fàn)t內(nèi)會(huì)引起更大的膨脹壓力,影響焦炭的收縮過(guò)程,因此裝爐煤要求適量的水分。結(jié)合現(xiàn)狀,安鋼焦化廠于 2009年 9月份就配合煤水分與裝爐煤堆密度之間的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn),并就水分對(duì)裝爐煤堆密度的影響效果進(jìn)行了分析,對(duì)提高裝爐煤的堆密度提供了理論參考。

1 試驗(yàn)原理及實(shí)施方案

1.1 試驗(yàn)原理

煤的堆密度又叫做煤的散密度,包括煤粒間空隙和煤粒內(nèi)孔隙的單位體積煤的質(zhì)量。試驗(yàn)以裝滿容器的煤粒集體的質(zhì)量與容器體積 (包括煤粒之間的空隙)之比為計(jì)算依據(jù)。煤的堆密度是條件性指標(biāo),受容器的大小、形狀和裝煤方法以及煤的水分和粒度等因素的影響[1],本試驗(yàn)在常溫下,通過(guò)控制配合煤的細(xì)度在一定的范圍內(nèi) (安鋼焦化廠配合煤細(xì)度達(dá)標(biāo)范圍為 75±3%,試驗(yàn)確定范圍為 75±1%),運(yùn)用各種測(cè)量裝置制得不同水分的混合煤試樣,運(yùn)用重力式裝煤與螺旋式裝煤兩種方式進(jìn)行試驗(yàn),模擬裝煤車裝煤測(cè)得各配合煤水分相對(duì)應(yīng)的煤樣重量,進(jìn)而得到各水分相對(duì)應(yīng)的堆密度數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析在一定條件下配合煤水分與裝爐煤堆密度存在的關(guān)系。

1.2.1 主要測(cè)量裝置

模擬 4.3m炭化室制作一個(gè)長(zhǎng) 450 mm,寬 450 mm,高 4.3m的上開口鐵制長(zhǎng)方體容器 (其體積為0.87m3,稱量其重量為 300.5kg);模擬裝煤車制作一個(gè)高 3.5m,下部直徑為 400 mm圓柱形漏斗式的、上下開口的鐵制容器,其下部安裝一個(gè)雙層可調(diào)節(jié)開口度的鐵制閘板,試驗(yàn)裝置如圖 1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.2.2 試驗(yàn)原料

根據(jù)安鋼焦化廠的生產(chǎn)狀況,3#、4#焦?fàn)t所用配合煤為一套配煤比,1#、2#、5#、6#焦?fàn)t所用配合煤為一套配煤比,7#、8#焦?fàn)t所用配合煤為一套配煤比,從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)M12皮帶處取得三套配煤比相對(duì)應(yīng)的三個(gè)系統(tǒng)的配合煤試樣,根據(jù)試驗(yàn)理論需排除配合煤細(xì)度對(duì)試驗(yàn)的影響,故首先通過(guò)人工篩選粉碎等手段,統(tǒng)一煤樣的細(xì)度為 74%～76%,按照需要把煤樣制成六個(gè)水分級(jí)別:4%、7%、8%、10%、12%、13%,進(jìn)行密封。

1.2.3 試驗(yàn)方法

1)模擬焦?fàn)t裝煤車向炭化室內(nèi)裝煤制作大小與形狀類似裝煤車和炭化室的容器;

2)煤樣取完后,通過(guò)機(jī)器與人工等方法對(duì)煤料進(jìn)行粉碎,使所取煤樣細(xì)度達(dá)到 74%～76%,排除細(xì)度對(duì)配合煤堆密度的影響;

綜上所述我認(rèn)為養(yǎng)生旅游是一種建立在科學(xué)療養(yǎng)上、以自然資源為基礎(chǔ)、通過(guò)休閑、觀光和產(chǎn)品體驗(yàn)，給游客以緩解壓力、享受養(yǎng)生文化、增進(jìn)健康和增強(qiáng)體質(zhì)的一種旅游活動(dòng)。

3)根據(jù)焦化廠 1#～6#焦?fàn)t裝煤方式采取自然重力式裝煤,7#～8#焦?fàn)t裝煤方式采取螺旋式裝煤的實(shí)際情況,測(cè)量裝爐煤堆密度時(shí)采取兩種下煤方式;

4)依據(jù)三套配煤比、六個(gè)水分級(jí)別按照順序分別測(cè)量十八個(gè)煤樣的重量 m與對(duì)應(yīng)體積 v,做好記錄;

5)分別計(jì)算出具體配煤比和水分對(duì)應(yīng)的配合煤堆密度數(shù)據(jù),配合煤堆密度公式為:

ρ堆=m/v

式中:m——模擬炭化室容器中試樣的重量;

v——模擬炭化室容器中試樣的體積。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

在測(cè)得混合煤細(xì)度后,將各配煤比系統(tǒng)煤樣水分與其相應(yīng)的堆密度數(shù)據(jù)記錄制表整理好,各配比系統(tǒng)分別記錄統(tǒng)計(jì)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),繪制ρ-w曲線(如圖 2所示)。

由圖 2可看出,第二煉焦車間裝爐煤水分為4%～7%時(shí),裝爐煤堆密度隨著水分的升高呈線性下降,且下降幅度較大,水分為 4%時(shí)堆密度最大值為 775.8 kg/m3,7%時(shí)達(dá)到最小值 723.3 kg/m3,水分 8%時(shí)又略有升高,達(dá)到 725.1 kg/m3,此后堆密度隨水分的升高略有下降但變化不大。

第一、三煉焦車間裝爐煤水分為 4%～7%時(shí),裝爐煤堆密度隨著水分的升高呈線性下降,且下降幅度最大,水分為 4%時(shí)堆密度最大值為 787.4 kg/m3,7%時(shí)達(dá)到最小值 722.41 kg/m3,水分 8%～10%時(shí)又略有升高,達(dá)到 732.6 kg/m3,12%時(shí)堆密度下降明顯,達(dá)到 709.6 kg/m3,水分為 13%時(shí)上升明顯 ,達(dá)到 730.9 kg/m3。

第四煉焦車間裝爐煤水分為 4%～8%時(shí),裝爐煤堆密度隨著水分的升高呈線性下降,且下降幅度最大,水分為 4%時(shí)堆密度最大值為 735.9 kg/m3,8%時(shí)達(dá)到最小值 713.7 kg/m3,水分 8%～12%時(shí)又逐漸升高,達(dá)到 725.2 kg/m3,水分為 13%時(shí)堆密度下降到 710.1 kg/m3。

國(guó)內(nèi)多數(shù)生產(chǎn)廠的裝爐煤水分大致為 10%～11%,根據(jù)資料[2]介紹,裝爐煤堆密度與水分的理論關(guān)系如圖 3所示。

圖3 理論裝爐煤堆密度與水分關(guān)系曲線圖

由圖 3可以看出,煤料水分低于 6%～7%時(shí),隨水分降低,堆密度增高。水分大于 7%,堆密度也增高。

將裝爐煤堆密度與水分關(guān)系曲線 (如圖 2所示)與理論關(guān)系圖做對(duì)比之后,發(fā)現(xiàn)第二煉焦車間、第一、三煉焦車間關(guān)系圖和理論關(guān)系圖稍有差異,因此,對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)差異大的各水分點(diǎn)重新進(jìn)行了堆密度實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表 2。

表2 復(fù)驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

復(fù)驗(yàn)第二煉焦車間 10%、12%水分試樣試驗(yàn),第一、三煉焦車間 12%水分試樣試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)平均值與原試驗(yàn)結(jié)果相比波動(dòng)較小,故得出結(jié)論,原試驗(yàn)結(jié)果無(wú)誤,原試驗(yàn)關(guān)系圖即為各系統(tǒng)配合煤水分與堆密度關(guān)系圖。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

常溫下,配合煤細(xì)度為 74%～76%,各系統(tǒng)配合煤水分和堆密度的關(guān)系曲線圖基本一致,說(shuō)明各系統(tǒng)配比對(duì)配合煤水分和堆密度之間的關(guān)系影響不大,可以忽略,但與理論趨勢(shì)圖相比,各系統(tǒng)配合煤堆密度數(shù)值整體偏低,焦化廠裝爐煤水分為 4%～7%時(shí),隨水分升高,堆密度降低,水分為 4%時(shí),堆密度最大,水分 7%～8%時(shí),堆密度較小,水分 8%～12%時(shí),又有所升高,水分 >12%時(shí),隨水分的升高堆密度成曲線下降。分析原因,水分 <7%～8%時(shí),隨著水分的增加,煤粒之間的間隙增大,單位空間內(nèi)煤粒數(shù)目減少,故堆密度遞減;水分為 8%～12%時(shí),堆密度增高是由于水分的潤(rùn)滑作用,促進(jìn)煤粒之間的相對(duì)位移所致;水分 >12%時(shí),煤粒間空隙增大,隨水分的升高堆密度降低。

3 結(jié)論

通過(guò)研究水分對(duì)裝爐煤堆密度的影響,積累了寶貴的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),為煤調(diào)濕工藝的確定提供了理論參考。其結(jié)論有以下幾點(diǎn):

1)配合煤細(xì)度一定時(shí)裝爐煤堆密度隨其水分含量變化而變化,在不同的水分區(qū)間內(nèi)呈曲線下降或曲線上升關(guān)系。

2)配合煤細(xì)度相同時(shí),各系統(tǒng)配煤比對(duì)配合煤水分和堆密度之間的關(guān)系無(wú)影響。

3)在焦化廠現(xiàn)有條件下,穩(wěn)定控制裝爐煤水分在合理范圍內(nèi),將有益于提高裝爐煤的堆密度以及焦?fàn)t加熱制度的穩(wěn)定,當(dāng)配合煤水分處于 7%～8%時(shí),堆密度最小,處于 8%～12%時(shí)有益于裝爐煤堆密度的穩(wěn)定與提高,有利于改善配合煤的黏結(jié)性和焦炭質(zhì)量。

4)裝爐煤水分降到 6%以下時(shí),減少了煤粒表面水膜的表面張力,煤粒間的空隙容易互相填滿,可使裝爐煤堆密度明顯增大,進(jìn)而提高焦?fàn)t的生產(chǎn)能力,降低煉焦耗熱量并改善焦炭質(zhì)量,裝爐煤水分降低,還使炭化室中心的煤料停留在 100℃左右的時(shí)間縮短,從而可以縮短結(jié)焦時(shí)間、提高煉焦加熱速度。因此,條件成熟可考慮實(shí)施煤調(diào)濕或預(yù)熱煤煉焦等工藝,改善配煤煉焦工藝條件,提高產(chǎn)品質(zhì)量,環(huán)保節(jié)能,增產(chǎn)增效。

[1] 趙業(yè)明,水聲文,韓學(xué)祥.備煤工藝與設(shè)備.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008:10～16.

[2] 姚昭章,鄭明東.煉焦學(xué).北京:冶金工業(yè)出版社,2005:53.

EFFECT OFMO ISTURE CONTENT ON BULK DENSITY OF COORD INATE COA I IN THE COKE CARBONIZATION CHAM BER

Li Xincheng Guo Haitao Zheng Hongjun Guo Xuesong Fu Haibin YangMing

(Anyang Iron&Steel Stock Co.,Ltd)

The paper introduced the testprocedure of relation between moisture content and coal bulk density inAngang’s coking plant.Through analyzing the test data,a linear relationwas found under certain condition,which provide the theorical reference formoisture content control in coal and then coal bulk densitywas improved.

Coordinate coal Moisture content Bulk density Degree of fineness

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2010—1—7