水分對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

(安陽鋼鐵股份有限公司)

水分對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

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼焦化廠測定水分與裝爐煤堆密度關系的試驗過程,通過分析試驗數據得到了在一定條件下兩者存在的線性關系,對合理控制裝爐煤的水分,進而提高裝爐煤堆密度提供了理論參考。

配合煤 水分 堆密度 細度

0 前言

對煉焦生產而言,裝爐煤水分的多少,將以間接或直接的方式影響煉焦過程。水分含量會影響裝爐煤的堆密度,以致影響焦炭的強度和其他性質。煤中水分含量少時,以質量為基準計算的煤中碳等有效成分就多,使焦爐生產能力增加,同時也適當降低了生產能耗;水分過高,會造成不易過篩及混配料,而且有時會造成堵料,增加輸煤操作成本,但是,過分干燥的爐料會帶來煤塵逸散的問題,嚴重影響環境。此外,煤料進入爐后,無水分的煤在焦爐內會引起更大的膨脹壓力,影響焦炭的收縮過程,因此裝爐煤要求適量的水分。結合現狀,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系進行了試驗,并就水分對裝爐煤堆密度的影響效果進行了分析,對提高裝爐煤的堆密度提供了理論參考。

1 試驗原理及實施方案

1.1 試驗原理

煤的堆密度又叫做煤的散密度,包括煤粒間空隙和煤粒內孔隙的單位體積煤的質量。試驗以裝滿容器的煤粒集體的質量與容器體積 (包括煤粒之間的空隙)之比為計算依據。煤的堆密度是條件性指標,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],本試驗在常溫下,通過控制配合煤的細度在一定的范圍內 (安鋼焦化廠配合煤細度達標范圍為 75±3%,試驗確定范圍為 75±1%),運用各種測量裝置制得不同水分的混合煤試樣,運用重力式裝煤與螺旋式裝煤兩種方式進行試驗,模擬裝煤車裝煤測得各配合煤水分相對應的煤樣重量,進而得到各水分相對應的堆密度數據,統計試驗數據分析在一定條件下配合煤水分與裝爐煤堆密度存在的關系。

1.2.1 主要測量裝置

模擬 4.3m炭化室制作一個長 450 mm,寬 450 mm,高 4.3m的上開口鐵制長方體容器 (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,其下部安裝一個雙層可調節開口度的鐵制閘板,試驗裝置如圖 1所示。

圖1 實驗裝置圖

1.2.2 試驗原料

根據安鋼焦化廠的生產狀況,3#、4#焦爐所用配合煤為一套配煤比,1#、2#、5#、6#焦爐所用配合煤為一套配煤比,7#、8#焦爐所用配合煤為一套配煤比,從生產現場M12皮帶處取得三套配煤比相對應的三個系統的配合煤試樣,根據試驗理論需排除配合煤細度對試驗的影響,故首先通過人工篩選粉碎等手段,統一煤樣的細度為 74%～76%,按照需要把煤樣制成六個水分級別:4%、7%、8%、10%、12%、13%,進行密封。

1.2.3 試驗方法

1)模擬焦爐裝煤車向炭化室內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,通過機器與人工等方法對煤料進行粉碎,使所取煤樣細度達到 74%～76%,排除細度對配合煤堆密度的影響;

綜上所述我認為養生旅游是一種建立在科學療養上、以自然資源為基礎、通過休閑、觀光和產品體驗，給游客以緩解壓力、享受養生文化、增進健康和增強體質的一種旅游活動。

3)根據焦化廠 1#～6#焦爐裝煤方式采取自然重力式裝煤,7#～8#焦爐裝煤方式采取螺旋式裝煤的實際情況,測量裝爐煤堆密度時采取兩種下煤方式;

4)依據三套配煤比、六個水分級別按照順序分別測量十八個煤樣的重量 m與對應體積 v,做好記錄;

5)分別計算出具體配煤比和水分對應的配合煤堆密度數據,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 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

在測得混合煤細度后,將各配煤比系統煤樣水分與其相應的堆密度數據記錄制表整理好,各配比系統分別記錄統計根據實測數據,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,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%時堆密度最大值為 775.8 kg/m3,7%時達到最小值 723.3 kg/m3,水分 8%時又略有升高,達到 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,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%時堆密度最大值為 787.4 kg/m3,7%時達到最小值 722.41 kg/m3,水分 8%～10%時又略有升高,達到 732.6 kg/m3,12%時堆密度下降明顯,達到 709.6 kg/m3,水分為 13%時上升明顯 ,達到 730.9 kg/m3。

第四煉焦車間裝爐煤水分為 4%～8%時,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%時堆密度最大值為 735.9 kg/m3,8%時達到最小值 713.7 kg/m3,水分 8%～12%時又逐漸升高,達到 725.2 kg/m3,水分為 13%時堆密度下降到 710.1 kg/m3。

國內多數生產廠的裝爐煤水分大致為 10%～11%,根據資料[2]介紹,裝爐煤堆密度與水分的理論關系如圖 3所示。

圖3 理論裝爐煤堆密度與水分關系曲線圖

由圖 3可以看出,煤料水分低于 6%～7%時,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系曲線 (如圖 2所示)與理論關系圖做對比之后,發現第二煉焦車間、第一、三煉焦車間關系圖和理論關系圖稍有差異,因此,對兩個系統差異大的各水分點重新進行了堆密度實驗。實驗數據結果見表 2。

表2 復驗試驗數據統計

復驗第二煉焦車間 10%、12%水分試樣試驗,第一、三煉焦車間 12%水分試樣試驗,發現平均值與原試驗結果相比波動較小,故得出結論,原試驗結果無誤,原試驗關系圖即為各系統配合煤水分與堆密度關系圖。

2.2 試驗結果分析

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

3 結論

通過研究水分對裝爐煤堆密度的影響,積累了寶貴的試驗經驗,為煤調濕工藝的確定提供了理論參考。其結論有以下幾點:

1)配合煤細度一定時裝爐煤堆密度隨其水分含量變化而變化,在不同的水分區間內呈曲線下降或曲線上升關系。

2)配合煤細度相同時,各系統配煤比對配合煤水分和堆密度之間的關系無影響。

3)在焦化廠現有條件下,穩定控制裝爐煤水分在合理范圍內,將有益于提高裝爐煤的堆密度以及焦爐加熱制度的穩定,當配合煤水分處于 7%～8%時,堆密度最小,處于 8%～12%時有益于裝爐煤堆密度的穩定與提高,有利于改善配合煤的黏結性和焦炭質量。

4)裝爐煤水分降到 6%以下時,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,進而提高焦爐的生產能力,降低煉焦耗熱量并改善焦炭質量,裝爐煤水分降低,還使炭化室中心的煤料停留在 100℃左右的時間縮短,從而可以縮短結焦時間、提高煉焦加熱速度。因此,條件成熟可考慮實施煤調濕或預熱煤煉焦等工藝,改善配煤煉焦工藝條件,提高產品質量,環保節能,增產增效。

[1] 趙業明,水聲文,韓學祥.備煤工藝與設備.北京:化學工業出版社,2008:10～16.

[2] 姚昭章,鄭明東.煉焦學.北京:冶金工業出版社,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