風(fēng)選調(diào)濕分級(jí)對(duì)煉焦煤焦化性能的影響

風(fēng)選調(diào)濕分級(jí)對(duì)煉焦煤焦化性能的影響

為了提高焦焦焦的質(zhì)量，國內(nèi)外的焦焦工人開發(fā)了一系列焦焦焦預(yù)算技術(shù)。搗固煉焦、配型煤以及裝爐煤水分調(diào)節(jié)等技術(shù)，以提高裝爐煤堆密度來改善焦炭質(zhì)量，較成熟且已在煉焦生產(chǎn)中運(yùn)用第三代煤調(diào)濕技術(shù)即流化床風(fēng)選調(diào)濕技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的煤焦行業(yè)的煤預(yù)處理的新技術(shù)。中國金屬學(xué)會(huì)王天義1試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.1粗顆粒與配合煤分離本試驗(yàn)煤樣風(fēng)選分級(jí)裝置采用某公司的全沸騰旋流流化床風(fēng)選調(diào)濕機(jī)配合煤通過風(fēng)力選擇先將大于5mm粗顆粒選出來，再將大于3mm和不大于3mm的配合煤分開。本裝置不能分出不大于1mm的配合煤。在煉焦試驗(yàn)中，采用對(duì)風(fēng)選調(diào)濕裝置風(fēng)選出的不大于3mm的配合煤再次人工篩分部分不大于1mm的配合煤的方法，試驗(yàn)粒度分布對(duì)煉焦性能的影響，為下一步對(duì)風(fēng)選調(diào)濕技術(shù)和裝置改進(jìn)提供依據(jù)。1.2分樣品的粉碎方法確定本次試驗(yàn)采用兩種粉碎方法對(duì)煤樣進(jìn)行處理：一是不分級(jí)粉碎方法，即將煤樣全部通過錘式破碎機(jī)，直至樣品的粒度達(dá)到煤樣處理要求；二是分級(jí)粉碎方法，分級(jí)采用風(fēng)力選擇分級(jí)，分級(jí)后將大于3mm的煤樣采用逐級(jí)選擇粉碎的方法，處理成接近預(yù)計(jì)粒度分布要求的樣品。把600kg煤樣混合均勻，按照大于3、1～3、小于1mm進(jìn)行篩分，篩分出三部分樣品。此三部分樣品的篩分組成見表1。按照表1煤樣的篩分比例，取出兩份煤樣各50kg，分別采用不分級(jí)粉碎方法和分級(jí)粉碎方法對(duì)其進(jìn)行粉碎處理，通過篩分調(diào)整煤樣的細(xì)度，小于3mm的比例約為84.0%，此兩份煤樣分別命名為NFJ-1煤樣和FJ-1煤樣。由于NFJ-1煤樣和FJ-1煤樣的篩分組成中小于1mm的煤的比例較高，采取篩除原煤樣中部分小于1mm煤后再進(jìn)行粉碎的處理方法。結(jié)合焦化廠生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和多次篩分試驗(yàn)，決定把原煤樣中小于1mm的煤篩除50%（實(shí)際試驗(yàn)篩除51.2%），降低篩分組成中小于1mm的煤的比例，減少對(duì)細(xì)煤的過度粉碎。處理后煤樣各個(gè)粒級(jí)的比例發(fā)生變化，各個(gè)粒級(jí)的比例見表1。按照表1的篩分比例，取出兩份煤樣各50kg，分別采用不分級(jí)粉碎方法和分級(jí)粉碎方法對(duì)煤樣進(jìn)行粉碎處理，調(diào)整煤樣的細(xì)度（小于3mm的比例）為84.0%左右，此兩份煤樣命名為NFJ-2煤樣和FJ-2煤樣。同樣，按照表1的篩分比例，另外取出兩份煤樣各50kg，分別采用不分級(jí)粉碎方法和分級(jí)粉碎方法對(duì)煤樣進(jìn)行粉碎處理，改變煤樣的粉碎細(xì)度，煤樣的細(xì)度小于3mm的比例控制在約73.0%，此兩份煤樣命名為NFJ-3煤樣和FJ-3煤樣。1.3煤炭質(zhì)量分析1.3.1混合煤樣品的煤質(zhì)分析根據(jù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)企業(yè)所提供的配合煤煤樣經(jīng)混合均勻后取樣進(jìn)行煤質(zhì)分析，其煤質(zhì)分析結(jié)果見表2。1.3.2煤質(zhì)分析結(jié)果將混合煤樣進(jìn)行篩分，對(duì)各個(gè)粒級(jí)的煤樣作煤質(zhì)分析，其煤質(zhì)分析結(jié)果見表3。從表3中看出，混合煤樣中粒級(jí)小于3mm的煤樣的灰分較低，黏結(jié)指數(shù)較高；而大于10mm的大顆粒的煤樣灰分較高，黏結(jié)指數(shù)下降。張代林等1.3.3試驗(yàn)煤樣品的煤質(zhì)分析對(duì)用不同方法處理的試驗(yàn)煤樣進(jìn)行煤質(zhì)分析，煤質(zhì)分析結(jié)果見表4。從表4中看出，試驗(yàn)煤樣分級(jí)粉碎后降低大顆粒的比例，保證了黏結(jié)指數(shù)。1.4試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法1.4.1煤的整理與測(cè)量取一定質(zhì)量的煤樣，此煤樣經(jīng)過充分混合和縮分，不經(jīng)壓實(shí)。將煤樣儲(chǔ)存在有蓋子的容器里，以免煤中水分的散失。將準(zhǔn)備好的煤樣倒在地上形成一堆，先在平整的鋼板上混合縮分3次，混合均勻后仔細(xì)地將其攤平，厚度約為100mm。然后用小鏟子沿不同方向輕輕地取煤樣，并將煤樣置入帶有滑閥的漏斗中。當(dāng)漏斗裝滿時(shí)，用鏟子把上部的煤樣輕輕刮平。將稱量盒對(duì)準(zhǔn)漏斗滑閥的正下方。然后完全開啟滑閥隔板，使漏斗中所有的煤全部流到盒子里并溢出。當(dāng)盒子裝滿后，用平整桿仔細(xì)地將盒上多余的煤平整掉。將盒子放在臺(tái)秤上稱量，精確到0.02kg。記錄裝滿煤和未裝煤時(shí)盒子的質(zhì)量差，精確到0.02kg，并換算成煤的單位立方米質(zhì)量。同時(shí)測(cè)定煤樣的水分和粒度分布。1.4.2計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化儀表采用40kg焦?fàn)t進(jìn)行煉焦試驗(yàn)。40kg試驗(yàn)焦?fàn)t炭化室有效尺寸：長(zhǎng)為450mm，寬為300mm，高為450mm。采用硅碳棒電加熱，配有計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化儀表程序控溫。采用側(cè)裝側(cè)出式裝煤出焦，模擬生產(chǎn)焦?fàn)t煉焦，試驗(yàn)焦炭機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)和生產(chǎn)焦炭有良好的相關(guān)性。采用某公司焦化廠的煉焦煤在堆密度試驗(yàn)和煤質(zhì)分析基礎(chǔ)上用40kg焦?fàn)t做煉焦試驗(yàn)。煉焦試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)：裝煤量為43kg（干基）；裝爐煤水分為10%；堆密度約為0.75t/m2試驗(yàn)結(jié)果與分析試驗(yàn)采用6種煤樣進(jìn)行分組對(duì)比試驗(yàn)，6種試驗(yàn)煤樣的粒度分布見表5。2.1堆棧試驗(yàn)的結(jié)果分析對(duì)所處理的6種不同粒度分布的試驗(yàn)煤樣進(jìn)行不同水分下煤的堆密度的測(cè)定，煤的水分和堆密度測(cè)定結(jié)果見表6。2.1.1堆密度與煤樣水分關(guān)系式的非線性回歸分析對(duì)不同粉碎方法進(jìn)行兩兩對(duì)比分析，堆密度與煤樣水分關(guān)系如圖2所示。對(duì)表6中6種不同粒度分布的試驗(yàn)煤樣進(jìn)行堆密度與煤樣水分關(guān)系式的非線性回歸，得到擬合公式，分別見式（1）～式（6），與圖2的變化曲線相吻合?？梢姡S著煤樣水分的增大，其煤樣的堆密度逐漸下降。在煤樣水分大于8%時(shí)，煤樣的堆密度變化趨緩。同樣細(xì)度、不同粉碎方式處理煤樣的堆密度隨水分的變化趨勢(shì)基本相同。式中：ρ為堆密度，g/m2.1.2rosin-rammler分布方程裝爐煤水分與粒度分布是配煤階段可以控制的因素，擬合式（1）～式（6）給出了堆密度與煤樣水分關(guān)系式，粒度分布對(duì)堆密度影響以中位徑及分布參數(shù)來分析，因?yàn)镽osin-Rammler粒度分布方程在業(yè)內(nèi)公認(rèn)具有權(quán)威性。對(duì)試驗(yàn)煤的粒度分布進(jìn)行分析，證明均滿足Rosin-Rammler分布，因此，將該分布方程（F(d））作為基礎(chǔ)方程進(jìn)行研究，見式（7）。式中：d為原料煤的粒度直徑；d根據(jù)表6的原始數(shù)據(jù)，直接采用線性內(nèi)插法計(jì)算得到中位徑d堆密度與中位徑的關(guān)系如圖3所示。由圖3可見，水分為1%～6%的煤樣，中位徑對(duì)堆密度影響趨勢(shì)相似，除了煤樣水分3%和4%的煤樣堆密度隨中位徑增大而略有下降，其他都是略有上升。水分為7%～10%的煤樣，堆密度隨中位徑增大而先增大而后略有下降。2.1.3煤樣水分、中位徑對(duì)堆密度的影響由堆密度試驗(yàn)可知，煤樣水分和中位徑都會(huì)對(duì)堆密度產(chǎn)生影響，又由圖2和圖3可知，煤樣水分、中位徑對(duì)堆密度影響程度不同。通過雙因素交互方差分析（表8）與雙因素?zé)o交互方差分析（表9）可知兩者的不同影響。雙因素交互時(shí)方差分析不顯著，因素B(d2.1.4堆密度計(jì)算模型由擬合式（1）～式（6）和中位徑、煤樣水分雙因素?zé)o交互方差分析可知，式（1）～式（6）不同粒度分布的堆密度與煤樣水分關(guān)系式中的常數(shù)項(xiàng)和系數(shù)的不同是因?yàn)榱６确植疾煌?，粒度分布和煤樣水分無交互方差分析通過，所以可以將堆密度計(jì)算模型表示為式（8）。根據(jù)試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用效果，式（8）在實(shí)踐應(yīng)用中可表述為式（9）。式中：2.2焦炭質(zhì)量分析根據(jù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)40kg焦?fàn)t煉焦所得焦炭進(jìn)行質(zhì)量分析。其煉焦試驗(yàn)所獲焦炭的工業(yè)分析見表10，焦炭的篩分組成見表11，焦炭的機(jī)械強(qiáng)度如圖4所示。2.2.1解決了小顆粒煤的過度粉碎從煤樣的粒度分布分析，不分級(jí)粉碎煤樣中大于5mm的比例較分級(jí)粉碎煤樣高；小于1mm的比例也高。采用分級(jí)粉碎，可以使得大顆粒煤得到充分的粉碎，對(duì)比不分級(jí)粉碎方法，大于5mm的煤樣減少了0.25%～4.19%，同時(shí)避免了小顆粒煤的過度粉碎，小于1mm煤量相應(yīng)減少了3.92%～9.58%?？梢?，采用分級(jí)的粉碎方法可改善配合煤的粒度分布，使得配合煤的粒度分布更均勻化。由40kg焦?fàn)t試驗(yàn)的焦炭外觀分析，用不分級(jí)粉碎方法制備煤樣所得焦餅的縱裂紋較多，焦炭塊度較大。用分級(jí)粉碎方法制備煤樣所得焦餅的縱裂紋相應(yīng)較少，焦炭的塊度比較均勻。主要原因是大顆粒煤的惰性組分含量較多，在煉焦過程中容易形成焦炭的裂紋中心。大顆粒煤得到粉碎后，通過改變粉碎后煤樣的粒度特性，在煉焦過程中減少了焦炭裂紋的形成，從而提高了焦炭的抗碎強(qiáng)度。如圖4所示，分級(jí)粉碎的配煤與不分級(jí)粉碎的配煤相比，試驗(yàn)焦炭的抗碎強(qiáng)度（M2.2.2粉碎細(xì)度和煤質(zhì)細(xì)度對(duì)焦炭外觀的影響改變?cè)囼?yàn)煤樣的細(xì)度，一種細(xì)度（小于3mm）為73.0%即“FJ-3”和“NFJ-3”煤樣；另一種細(xì)度為84.0%，即“FJ-2”和“NFJ-2”煤樣。從煤樣的粒度分布分析，細(xì)度為73.0%的大于5mm的煤樣含量較多，小于1mm的煤樣含量較少；而細(xì)度為84.0%的大于5mm的煤樣含量較少，小于1mm的煤樣含量較多。從40kg焦?fàn)t試驗(yàn)的焦炭外觀分析，粉碎細(xì)度較低的“FJ-3”和“NFJ-3”，其焦餅的中心裂紋較深；而粉碎細(xì)度較高的“FJ-2”和“NFJ-2”，其焦餅的裂紋較少。由不同細(xì)度煤樣煉焦所獲焦炭的機(jī)械強(qiáng)度的變化情況（圖4）可知，“FJ-2”和“NFJ-2”煤樣相對(duì)于“FJ-3”和“NFJ-3”煤樣，細(xì)度提高11%，焦炭的抗碎強(qiáng)度提高2.4%～4.1%，改善焦炭的耐磨強(qiáng)度0.5%～0.7%。2.2.3煤樣的粒度分布及焦炭外觀分析“NFJ-1”與“FJ-1”為原始配煤，而“NFJ-2”與“FJ-2”為篩除部分小于1mm的煤樣，兩組煤樣的細(xì)度都為84.0%。從煤樣的粒度分布分析，“NFJ-2”與“FJ-2”煤樣的小于1mm的顆粒比“NFJ-1”與“FJ-1”減少，而相應(yīng)的1～5mm的煤樣增多。從40kg焦?fàn)t試驗(yàn)的焦炭外觀分析，“NFJ-2”與“FJ-2”的焦炭的塊度比“NFJ-1”與“FJ-1”的塊度大。由圖4(b）可知，在篩出部分小于1mm煤樣條件下，由于煤樣的小于1mm的細(xì)顆粒減少，焦化完成后，焦炭表面硬度增加，可改善耐磨強(qiáng)度（M3改變煤的抗碎強(qiáng)度的方法(1）風(fēng)