煉焦煤干燥過程中煤溫與水分的變化規(guī)律

陳細濤 周森林 許功名 胡京可

(1.武漢鋼鐵有限公司研究院 湖北 武漢：430080；2.湖北省煉焦煤利用重點實驗室 湖北 武漢：430080； 3.武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化有限公司 湖北 武漢：430080；4.武漢鋼鐵有限公司質檢中心 湖北 武漢：430080)

煉焦煤干燥過程中煤溫與水分的變化規(guī)律

陳細濤1,2周森林3許功名3胡京可4

(1.武漢鋼鐵有限公司研究院 湖北 武漢：430080；2.湖北省煉焦煤利用重點實驗室 湖北 武漢：430080； 3.武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化有限公司 湖北 武漢：430080；4.武漢鋼鐵有限公司質檢中心 湖北 武漢：430080)

為研究煉焦煤在干燥過程中對煤質的影響，考察了配合煤在107～300℃干燥過程中煤溫與水分的變化情況，發(fā)現(xiàn)在加熱過程中煤溫首先快速上升，然后進入一個平臺期，最后接著升溫，而水分則是呈指數(shù)下降趨勢。對干燥完的試樣做粘結指數(shù)，發(fā)現(xiàn)與原樣相比煤質并未改變，表明在加熱過程中通過控制水分可達到保證煉焦煤煤質不變。同時，做了配合煤的煤質變化臨界溫度，結果顯示當煤溫到達140℃以上時，粘結指數(shù)開始有明顯下降。

配合煤；干燥溫度；煤質；水分；煤溫

煉焦煤主要用在焦爐煉制焦炭，其自身一般帶有10%～12%水分，這些水分進入焦爐形成有毒有害的焦化廢水，處理工藝復雜，成本高昂[1]。隨著國家對煉焦工業(yè)污染物排放標準門檻的提高[2]，焦化行業(yè)的清潔化生產(chǎn)顯得迫在眉睫和勢在必行。

為了煉焦過程的清潔化，以煤調(diào)濕技術等為代表的焦爐外干燥脫水研究在國內(nèi)出現(xiàn)一波熱潮[3-5]。煤炭在爐外干燥加熱脫水，考察其在干燥過程中的安全性研究有見諸報道[6,7]。但是，煤炭在干燥過程中溫度與水分的變化情況以及對煤質的影響鮮有報道。

因此，本文研究了煉焦配合煤在干燥溫度107～300℃干燥過程中煤溫與水分的變化情況，證實煉焦煤加熱過程中通過控制水分可達到保持煤質不變。

1 實驗部分

實驗所用煤樣取自某焦化廠配合煤。

煤樣工業(yè)分析參照《GB/T 212-2008 煤的工業(yè)分析方法》，粘結指數(shù)參照《GB/T 5447-2014 煙煤粘結指數(shù)測定方法》。

首先將烘箱加熱升溫至設定溫度，測量配合煤水分。然后稱取250g左右配合煤放入長寬高分分別為350mm×240mm×40mm鐵盤子內(nèi)，均勻鋪展開，接著進行精確稱重和用點溫計測量煤溫。放入設定好溫度的烘箱內(nèi)進行加熱(100℃、150℃、200℃、250℃、300℃)，同時開始計時，每隔1min(加熱溫度300℃時間隔0.5min)取出稱重，并迅速測量煤溫再放回烘箱接著計時。如此往復，待水分干燥至0.2%-2%左右時，停止加熱取出冷卻，做粘結性指數(shù)，并與加熱前進行對比。

配合煤煤質變化溫度測試方法：將配合煤烘干外水，測量水分0.27%。取110-120g干煤放入350mm×240mm×40mm鐵盤子內(nèi)，均勻鋪展開，放入設定好溫度的烘箱內(nèi)，待煤溫到達一系列不同溫度后，取出冷卻做粘結指數(shù)。

2 實驗結果與討論

2.1 工業(yè)分析

配合煤的配比如表1所示。表2為配合煤的工業(yè)分析指標，全水達到10.4%，空干后煤樣水分為1.65%，揮發(fā)份28.73%，灰分8.93%，G值79.9，均在配合煤正常指標范圍內(nèi)。

表1 配合煤的配比

表2 配合煤的工業(yè)分析指標和G值

2.2 不同干燥溫度下煤溫、隨時間水分變化

圖1-圖5分別是配合煤在干燥溫度107℃、150℃、200℃、250℃、300℃干燥過程煤溫隨水分的變化圖?？梢钥吹剑麄€干燥過程水分呈指數(shù)下降，煤溫呈階梯上升趨勢。干燥過程剛開始1-2min，隨著干燥溫度不同，水分由10%降到7%-9%不等，煤溫由室溫快速升到60-80℃左右。隨后煤溫在60-90℃之間保持穩(wěn)定，煤水分由7%-8%降到2%-1%左右。之后水分進一步降低，干燥到1%以內(nèi)過程中，煤溫繼續(xù)升高，最高值不超過120℃。將把加熱后的煤樣做G值，觀察不同加熱溫度對煤質的影響。

圖1 在干燥溫度107℃下配合煤水分與煤溫的變化曲線

圖2 在干燥溫度150℃下配合煤水分與煤溫的變化曲線

圖3 在干燥溫度200℃下配合煤水分與煤溫的變化曲線

圖4 在干燥溫度250℃下配合煤水分與煤溫的變化曲線

圖5 在干燥溫度300℃下配合煤水分與煤溫的變化曲線

將經(jīng)不同溫度加熱后的配合煤做G值對比發(fā)現(xiàn)，當加熱溫度在107-300℃時，水分控制在2%-1%時，煤質的G值保持不變的(表3)。并將加熱終了水分、溫度和平臺水分、溫度、時間進行整理，詳見表4。由表4可以看到，在水分未完全干燥前，干燥終了溫度不一定隨干燥溫度的升高而升高。出現(xiàn)平臺溫度的原因是干燥介質傳給煤料的顯熱等于水分氣化所需的潛熱[8]，出現(xiàn)溫度平臺。平臺水分脫除之后，煤溫隨加熱時間將進一步升高，煤溫升高過程中的達到煤質臨界溫度，超過臨界溫度，煤質將發(fā)生變化。

表3 煤樣經(jīng)不同干燥溫度前后煤質變化對比

表4 不同溫度加熱濕煤過程溫度與水分變化

2.3 配合煤煤質變化溫度

以干燥溫度200℃為例，將干燥后的煤樣繼續(xù)加熱，得到煤質開始發(fā)生變化的臨界煤溫，見圖6。由圖6可以看到，隨著煤溫的升高，G值的整體變化趨勢是下降的。發(fā)現(xiàn)當煤溫超過140℃時，G值開始下降(△G>3)；當煤溫達到180℃以上，G值下降進一步加劇。

圖6 干燥配合煤G值隨煤溫的變化情況

3 結論

(1)煉焦煤在加熱過程中，水分呈下降，煤溫呈階梯上升臺階趨勢。

(2)只要水分控制在一定范圍內(nèi)，加熱溫度在100-300℃可以保證煉焦煤加熱過程的煤質不受影響。

(3)配合煤的臨界變質溫度在140℃左右，只要保證煤溫不超過臨界溫度，即可保證煤質。

[1] 張學敏，王三反. 焦化廢水處理方法研究與進展[J]. 工業(yè)水處理，2015，35(9)：11-16.

[2] 煉焦化學工業(yè)污染物排放標準[S]. GB 16171-2012

[3] 李九林. 煤調(diào)濕技術開發(fā)及在焦化廠的應用[J]. 煤化工，2005,(1)：34-36.

[4] 李良華，張福行，程樂意. STD煤調(diào)濕工藝引入煙道氣應用效果分析[J]. 燃料與化工，2010，41(2)：27-28.

[5] 張國慶，張瓊芳，劉勇剛. 焦爐煙道廢氣一流化床式煤調(diào)濕技術的應用[J]. 燃料與化工，2010，41(6)：9-11.

[6] 陳細濤，鮑俊芳，陳鵬等. 煤調(diào)濕工藝應用中存在的煤氧化自燃問題研究[J]. 武鋼技術，2013，51(5)：12-14.

[7] 任紅星. 流化床干燥過程中分粒級褐煤的自燃特性研究[J]. 廣州化工，2009，37(5)：106-108.

[8] 天津大學化工原理教研室編. 化工原理(下冊)[M]. 天津科學技術出版社，1983：258-259.

ResearchonCoalTemperatureMoistureVariationinCoalDrying

Chen Xitao1,2Zhou Senlin3Xu Gongming3Hu Jingke4

(1.R&D Center of Wuhan Iron &Steel Co., Ltd, Wuhan 430080, Hubei； 2.Hubei Province Key Laboratory of Coking Coal Utilization，Wuhan 430080,Hubei； 3.Wuhan Pingmei Wugang Unite Coking Chemical Co., Ltd. Wuhan 430080, Hubei； 4.Quality Inspection Center of Wuhan Iron&Steel Co., Ltd, Wuhan 430080, Hubei)

The researcher of this paper studied that the temperature and moisture of blending coal ranges during the time drying from 107 to 300℃ to find out the effect of coal quality in drying. It was found that the coal temperature first rose rapidly, then reached a platform and rose at last while the moisture descended constantly. Caking index was done and the coal quality was compared to the blending coal without drying, indicating that coal quality remained the same by controlling the moisture. Finally, experiment was carried out at the critical temperature. When the coal temperature was up to 140℃, the caking index began to declined obviously.

blending coal; drying temperature; coal quality; moisture; coal temperature

TF053

A

1671-3524(2017)03-0017-03

2017-06-07

2017-08-26

國家重點研發(fā)計劃課題《干燥煤綠色化高效煉焦技術及應用示范》的研究成果(課題編號2017YFB0304303)

陳細濤(1984～)，男，碩士，工程師.E-mail：chenxitaoche@163.com

(責任編輯：李文英)