石灰立窯代焦型煤的研制及其干燥與燃燒特性的研究.pdf

1、石灰立窯型煤代焦，可有效地緩解焦煤資源的緊缺和焦炭供需的矛盾，顯著提高石灰生產(chǎn)的經(jīng)濟性，同時還可起到一定的節(jié)能與環(huán)保功效，是一項應用價值高、市場前景廣的新課題。 論文以研制滿足氧化鋁工業(yè)機械混料式石灰立窯生產(chǎn)要求的代焦型煤為研究目標展開。首先全面系統(tǒng)地闡述了型煤的特點、成型方法、粘結機理、應用情況及發(fā)展趨勢，解釋了型煤代焦的原因并進行了可行性分析。 然后在確定石灰立窯代焦型煤具體考核指標的前提下，以低階無煙煤為原料，并摻

2、配少量煙煤，篩選出一種以鎂基固化劑、鎂基活化劑、生物質纖維和減水劑組成的復合粘結劑，采用L27（313）的正交試驗和多指標綜合加權評分法，通過極差分析、方差分析確定代焦型煤復合粘結劑配方及與之匹配的關鍵成型工藝參數(shù)，并對粘結劑的粘結機理及防水性能進行了分析。試驗結果表明，石灰立窯代焦型煤復合粘結劑的最優(yōu)組合為4％的鎂基固化劑、0.6％的鎂基活化劑、1％的生物質纖維和0.12％的減水劑；相應的關鍵成型工藝參數(shù)為：成型壓力20kN，成型水分

3、17％，煤料粒度組成為0.5mm以下粒級含量58％、0.5～1mm粒級含量為14％、1～2mm粒級含量17％、2～3mm粒級含量11％；煙煤的摻配量為無煙煤的10％；生物質纖維對型煤的抗跌強度具有明顯的增強作用；代焦型煤在低干燥強度下具有較好的防水性能。 實驗測試了代焦型煤的孔隙率，研究了代焦型煤的熱對流干燥特性以及型煤含水率與其冷態(tài)強度的關系，并分析了型煤熱對流干燥的傳熱傳質機理。研究結果表明，代焦型煤的孔隙率ε為16.23％

4、；其熱對流干燥過程經(jīng)歷了升速干燥期、恒速干燥期和降速干燥期三個階段，其中以降速干燥期為主；型煤干燥過程中存在蒸發(fā)界面內(nèi)移的現(xiàn)象；代焦型煤的冷態(tài)機械強度隨其含水率的降低先升高后下降，存在一個極大值，代焦型煤干燥的最佳含水率為2.32％；代焦型煤干燥過程傳熱與傳質相互耦合，在升速干燥與恒速干燥階段，為外部條件控制過程，而在降速干燥階段則為內(nèi)部條件控制過程。 基于Whitaker的體積平均理論，運用Darcy定律，從質量守恒和能量守恒

5、的角度，建立了代焦型煤熱對流干燥過程的數(shù)學模型，并以殘余飽和度Sir為判據(jù)將型煤干燥過程分為干區(qū)和濕區(qū)兩個區(qū)域，干、濕區(qū)模型通過動態(tài)蒸發(fā)界面耦合。濕區(qū)模型以含濕飽和度S和溫度T、干區(qū)模型以蒸汽壓力Pg和溫度T為基本狀態(tài)參數(shù)。采用全隱式有限數(shù)值差分法對控制方程、邊界條件和蒸發(fā)界面動態(tài)邊界進行離散，將非線性方程組逐步線性化處理后采用迭代法進行數(shù)值求解。采用VB6.0編制計算程序，得到了代焦型煤熱對流干燥過程中型煤含水率MC和溫度T的變化曲線

6、，計算結果與試驗結果基本一致。然后利用該模型數(shù)值模擬具體分析了型煤尺寸、干燥介質溫度、對流傳熱系數(shù)及傳質系數(shù)等因素對代焦型煤干燥過程的影響。 采用熱重分析法對代焦型煤的熱解和燃燒特性進行了實驗研究，并將代焦型煤與無煙塊煤和焦炭進行對比分析。研究結果表明，代焦型煤的著火性能、穩(wěn)燃性能及綜合燃燒特性優(yōu)于焦炭和無煙塊煤，而釋熱強度和燃盡性能介于焦炭和無煙塊煤之間；代焦型煤燃燒屬于一級反應模型，代焦型煤的平均活化能比焦炭小很多，而略高于