粒徑對無煙煤等溫脫水規律影響的研究

2019-01-02 03:23:08李鵬

中國煤炭 2018年12期

李鵬

(1.煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧省沈陽市，110016；2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧省沈陽市，110016)

煤是一種多孔性多相固溶物質，內部具有高度發達的孔隙結構，以微孔和小孔最為發育，煤中的水分含量是一項重要的煤質指標。在成煤過程中產生大量的瓦斯，其主要以吸附狀態存在于煤中。而煤中水分的存在會堵塞瓦斯運移通道，從而抑制瓦斯解吸，降低瓦斯的擴散能力。無煙煤由于變質程度高，內部孔隙結構高度發育，煤體中含有大量的微孔結構，這些微孔結構具有不同的尺寸，水分貯存在這些微孔中并形成不同尺寸的簇狀結構，因為尺寸不同，這些簇狀結構的水在相變融化時會吸收或釋放出不同的熱量。無煙煤具有復雜的微孔結構，隨著微孔結構的不同，與水之間的結合力強弱存在差異，在干燥過程中水分脫除難易程度相應不同，其干燥機理也可能存在區別。

目前利用熱天平對煤粉燃燒特性的研究較多，對無煙煤的相關研究主要集中在水分對煤體瓦斯解吸特性的影響、外加水分抑制煤體瓦斯解吸速度以及干煤樣的解吸速度對比含水煤樣方向，而對無煙煤等溫脫水規律的研究相對較少。基于此，通過分析粒徑對無煙煤等溫脫水規律的影響做出分析。

1 試驗

1.1 試驗樣品

煤樣取自貴州大方縣綠塘煤礦M16煤層，為了保證試驗結果的準確性，各組試驗煤樣均取自M16煤層的同一地點。按照《煤樣的制備方法》(GB/T474-2001)制取粒徑為0.25～0.2 mm和0.5～1.0 mm這2種煤樣，各粒徑均不少于200 g，密封保存。按照《煤的工業分析方法》(GB/T212-2008)執行，測定煤樣的工業分析指標。

煤樣真假密度采用MDMDY-300全自動密度儀測定，各組煤真假密度均為實測3次的平均值，其中M16煤層的水分為1.53%、灰分為26.44%、揮發分為9.98%，真密度為1.58 g/mL，視密度為1.51 g/mL。稱取空氣干燥基煤樣，樣重不少于200 g(精確到0.1 mg)。將稱重的煤樣置于器皿中，均勻加入適量的蒸餾水。將裝有樣品的器皿放入濕度平衡的密封裝置中(25℃相對濕度為97%的恒濕環境)，密封裝置底部裝有足量的硫酸鉀過飽和溶液，每隔24 h稱重一次，直到相鄰兩次重量變化不超過試樣重量的2%。平衡處理后的2種煤樣如圖1所示。

圖1 平衡處理后的煤樣

外加水分后煤樣平衡濕度計算公式見式(1)：

式中：M0——樣品的平衡水分含量， %；

G1——平衡前空氣干燥基樣品質量，g；

G2——平衡后樣品質量，g；

Mad——樣品的空氣干燥基水分含量， %。

1.2 試驗儀器與方法

采用自制等溫脫水系統，等溫系統技術特征為220 V，溫度可調，等溫腔體尺寸為300 mm×300 mm×220 mm；干燥器；電子天平，感量0.1 mg；恒溫控制系統，靈敏度0.1℃；溫度監測系統，溫度傳感器靈敏度0.1℃。自制等溫干燥脫水試驗設備如圖2所示。

圖2 等溫干燥脫水試驗設備

選取0.2～0.25 mm和0.5～1.0 mm的煤樣各25 g左右置于煤樣托盤中，將托盤放入等溫腔體內采用4個預設溫度，即75℃、85℃、95℃和105℃分別脫水，分析溫度和粒徑對煤樣失水的規律。開啟等溫，當電子天平讀數前后讀數差值<5 mg時視為脫水結束，終止等溫加熱。試驗重復2次，誤差超過5%則重做。

1.3 同一粒徑加熱脫水試驗

粒徑為0.2～0.25 mm和0.5～1.0 mm的無煙煤在溫度為75℃、85℃、95℃和105℃下的熱重曲線如圖3和圖4所示。

由圖3和圖4可以看出，隨著溫度的升高，樣品達到穩定狀態時的重量都相應減小，這表明在某一溫度下(如75℃)，雖然樣品干燥過程已經結束，但試樣中仍存在一定質量的水分無法蒸發出去，只有通過提高溫度才可以使之進一步脫除。另外，圖中曲線表明2種粒徑的無煙煤樣品分別在加熱120 min和70 min后重量基本保持恒定。