水分对装炉煤堆密度的影响分析

李新成 郭海涛 郑红军 郭雪松 傅海斌 杨明

(安阳钢铁股份有限公司)

水分对装炉煤堆密度的影响分析

李新成 郭海涛 郑红军 郭雪松 傅海斌 杨明

(安阳钢铁股份有限公司)

介绍了安钢焦化厂测定水分与装炉煤堆密度关系的试验过程,通过分析试验数据得到了在一定条件下两者存在的线性关系,对合理控制装炉煤的水分,进而提高装炉煤堆密度提供了理论参考。

配合煤 水分 堆密度 细度

0 前言

对炼焦生产而言,装炉煤水分的多少,将以间接或直接的方式影响炼焦过程。水分含量会影响装炉煤的堆密度,以致影响焦炭的强度和其他性质。煤中水分含量少时,以质量为基准计算的煤中碳等有效成分就多,使焦炉生产能力增加,同时也适当降低了生产能耗;水分过高,会造成不易过筛及混配料,而且有时会造成堵料,增加输煤操作成本,但是,过分干燥的炉料会带来煤尘逸散的问题,严重影响环境。此外,煤料进入炉后,无水分的煤在焦炉内会引起更大的膨胀压力,影响焦炭的收缩过程,因此装炉煤要求适量的水分。结合现状,安钢焦化厂于 2009年 9月份就配合煤水分与装炉煤堆密度之间的关系进行了试验,并就水分对装炉煤堆密度的影响效果进行了分析,对提高装炉煤的堆密度提供了理论参考。

1 试验原理及实施方案

1.1 试验原理

煤的堆密度又叫做煤的散密度,包括煤粒间空隙和煤粒内孔隙的单位体积煤的质量。试验以装满容器的煤粒集体的质量与容器体积 (包括煤粒之间的空隙)之比为计算依据。煤的堆密度是条件性指标,受容器的大小、形状和装煤方法以及煤的水分和粒度等因素的影响[1],本试验在常温下,通过控制配合煤的细度在一定的范围内 (安钢焦化厂配合煤细度达标范围为 75±3%,试验确定范围为 75±1%),运用各种测量装置制得不同水分的混合煤试样,运用重力式装煤与螺旋式装煤两种方式进行试验,模拟装煤车装煤测得各配合煤水分相对应的煤样重量,进而得到各水分相对应的堆密度数据,统计试验数据分析在一定条件下配合煤水分与装炉煤堆密度存在的关系。

1.2.1 主要测量装置

模拟 4.3m炭化室制作一个长 450 mm,宽 450 mm,高 4.3m的上开口铁制长方体容器 (其体积为0.87m3,称量其重量为 300.5kg);模拟装煤车制作一个高 3.5m,下部直径为 400 mm圆柱形漏斗式的、上下开口的铁制容器,其下部安装一个双层可调节开口度的铁制闸板,试验装置如图 1所示。

图1 实验装置图

1.2.2 试验原料

根据安钢焦化厂的生产状况,3#、4#焦炉所用配合煤为一套配煤比,1#、2#、5#、6#焦炉所用配合煤为一套配煤比,7#、8#焦炉所用配合煤为一套配煤比,从生产现场M12皮带处取得三套配煤比相对应的三个系统的配合煤试样,根据试验理论需排除配合煤细度对试验的影响,故首先通过人工筛选粉碎等手段,统一煤样的细度为 74%～76%,按照需要把煤样制成六个水分级别:4%、7%、8%、10%、12%、13%,进行密封。

1.2.3 试验方法

1)模拟焦炉装煤车向炭化室内装煤制作大小与形状类似装煤车和炭化室的容器;

2)煤样取完后,通过机器与人工等方法对煤料进行粉碎,使所取煤样细度达到 74%～76%,排除细度对配合煤堆密度的影响;

综上所述我认为养生旅游是一种建立在科学疗养上、以自然资源为基础、通过休闲、观光和产品体验，给游客以缓解压力、享受养生文化、增进健康和增强体质的一种旅游活动。

3)根据焦化厂 1#～6#焦炉装煤方式采取自然重力式装煤,7#～8#焦炉装煤方式采取螺旋式装煤的实际情况,测量装炉煤堆密度时采取两种下煤方式;

4)依据三套配煤比、六个水分级别按照顺序分别测量十八个煤样的重量 m与对应体积 v,做好记录;

5)分别计算出具体配煤比和水分对应的配合煤堆密度数据,配合煤堆密度公式为:

ρ堆=m/v

式中:m——模拟炭化室容器中试样的重量;

v——模拟炭化室容器中试样的体积。

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

在测得混合煤细度后,将各配煤比系统煤样水分与其相应的堆密度数据记录制表整理好,各配比系统分别记录统计根据实测数据,绘制ρ-w曲线(如图 2所示)。

由图 2可看出,第二炼焦车间装炉煤水分为4%～7%时,装炉煤堆密度随着水分的升高呈线性下降,且下降幅度较大,水分为 4%时堆密度最大值为 775.8 kg/m3,7%时达到最小值 723.3 kg/m3,水分 8%时又略有升高,达到 725.1 kg/m3,此后堆密度随水分的升高略有下降但变化不大。

第一、三炼焦车间装炉煤水分为 4%～7%时,装炉煤堆密度随着水分的升高呈线性下降,且下降幅度最大,水分为 4%时堆密度最大值为 787.4 kg/m3,7%时达到最小值 722.41 kg/m3,水分 8%～10%时又略有升高,达到 732.6 kg/m3,12%时堆密度下降明显,达到 709.6 kg/m3,水分为 13%时上升明显 ,达到 730.9 kg/m3。

第四炼焦车间装炉煤水分为 4%～8%时,装炉煤堆密度随着水分的升高呈线性下降,且下降幅度最大,水分为 4%时堆密度最大值为 735.9 kg/m3,8%时达到最小值 713.7 kg/m3,水分 8%～12%时又逐渐升高,达到 725.2 kg/m3,水分为 13%时堆密度下降到 710.1 kg/m3。

国内多数生产厂的装炉煤水分大致为 10%～11%,根据资料[2]介绍,装炉煤堆密度与水分的理论关系如图 3所示。

图3 理论装炉煤堆密度与水分关系曲线图

由图 3可以看出,煤料水分低于 6%～7%时,随水分降低,堆密度增高。水分大于 7%,堆密度也增高。

将装炉煤堆密度与水分关系曲线 (如图 2所示)与理论关系图做对比之后,发现第二炼焦车间、第一、三炼焦车间关系图和理论关系图稍有差异,因此,对两个系统差异大的各水分点重新进行了堆密度实验。实验数据结果见表 2。

表2 复验试验数据统计

复验第二炼焦车间 10%、12%水分试样试验,第一、三炼焦车间 12%水分试样试验,发现平均值与原试验结果相比波动较小,故得出结论,原试验结果无误,原试验关系图即为各系统配合煤水分与堆密度关系图。

2.2 试验结果分析

常温下,配合煤细度为 74%～76%,各系统配合煤水分和堆密度的关系曲线图基本一致,说明各系统配比对配合煤水分和堆密度之间的关系影响不大,可以忽略,但与理论趋势图相比,各系统配合煤堆密度数值整体偏低,焦化厂装炉煤水分为 4%～7%时,随水分升高,堆密度降低,水分为 4%时,堆密度最大,水分 7%～8%时,堆密度较小,水分 8%～12%时,又有所升高,水分 >12%时,随水分的升高堆密度成曲线下降。分析原因,水分 <7%～8%时,随着水分的增加,煤粒之间的间隙增大,单位空间内煤粒数目减少,故堆密度递减;水分为 8%～12%时,堆密度增高是由于水分的润滑作用,促进煤粒之间的相对位移所致;水分 >12%时,煤粒间空隙增大,随水分的升高堆密度降低。

3 结论

通过研究水分对装炉煤堆密度的影响,积累了宝贵的试验经验,为煤调湿工艺的确定提供了理论参考。其结论有以下几点:

1)配合煤细度一定时装炉煤堆密度随其水分含量变化而变化,在不同的水分区间内呈曲线下降或曲线上升关系。

2)配合煤细度相同时,各系统配煤比对配合煤水分和堆密度之间的关系无影响。

3)在焦化厂现有条件下,稳定控制装炉煤水分在合理范围内,将有益于提高装炉煤的堆密度以及焦炉加热制度的稳定,当配合煤水分处于 7%～8%时,堆密度最小,处于 8%～12%时有益于装炉煤堆密度的稳定与提高,有利于改善配合煤的黏结性和焦炭质量。

4)装炉煤水分降到 6%以下时,减少了煤粒表面水膜的表面张力,煤粒间的空隙容易互相填满,可使装炉煤堆密度明显增大,进而提高焦炉的生产能力,降低炼焦耗热量并改善焦炭质量,装炉煤水分降低,还使炭化室中心的煤料停留在 100℃左右的时间缩短,从而可以缩短结焦时间、提高炼焦加热速度。因此,条件成熟可考虑实施煤调湿或预热煤炼焦等工艺,改善配煤炼焦工艺条件,提高产品质量,环保节能,增产增效。

[1] 赵业明,水声文,韩学祥.备煤工艺与设备.北京:化学工业出版社,2008:10～16.

[2] 姚昭章,郑明东.炼焦学.北京:冶金工业出版社,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