炼焦煤干燥过程中煤温与水分的变化规律

陈细涛 周森林 许功名 胡京可

(1.武汉钢铁有限公司研究院 湖北 武汉：430080；2.湖北省炼焦煤利用重点实验室 湖北 武汉：430080； 3.武汉平煤武钢联合焦化有限公司 湖北 武汉：430080；4.武汉钢铁有限公司质检中心 湖北 武汉：430080)

炼焦煤干燥过程中煤温与水分的变化规律

陈细涛1,2周森林3许功名3胡京可4

(1.武汉钢铁有限公司研究院 湖北 武汉：430080；2.湖北省炼焦煤利用重点实验室 湖北 武汉：430080； 3.武汉平煤武钢联合焦化有限公司 湖北 武汉：430080；4.武汉钢铁有限公司质检中心 湖北 武汉：430080)

为研究炼焦煤在干燥过程中对煤质的影响，考察了配合煤在107～300℃干燥过程中煤温与水分的变化情况，发现在加热过程中煤温首先快速上升，然后进入一个平台期，最后接着升温，而水分则是呈指数下降趋势。对干燥完的试样做粘结指数，发现与原样相比煤质并未改变，表明在加热过程中通过控制水分可达到保证炼焦煤煤质不变。同时，做了配合煤的煤质变化临界温度，结果显示当煤温到达140℃以上时，粘结指数开始有明显下降。

配合煤；干燥温度；煤质；水分；煤温

炼焦煤主要用在焦炉炼制焦炭，其自身一般带有10%～12%水分，这些水分进入焦炉形成有毒有害的焦化废水，处理工艺复杂，成本高昂[1]。随着国家对炼焦工业污染物排放标准门槛的提高[2]，焦化行业的清洁化生产显得迫在眉睫和势在必行。

为了炼焦过程的清洁化，以煤调湿技术等为代表的焦炉外干燥脱水研究在国内出现一波热潮[3-5]。煤炭在炉外干燥加热脱水，考察其在干燥过程中的安全性研究有见诸报道[6,7]。但是，煤炭在干燥过程中温度与水分的变化情况以及对煤质的影响鲜有报道。

因此，本文研究了炼焦配合煤在干燥温度107～300℃干燥过程中煤温与水分的变化情况，证实炼焦煤加热过程中通过控制水分可达到保持煤质不变。

1 实验部分

实验所用煤样取自某焦化厂配合煤。

煤样工业分析参照《GB/T 212-2008 煤的工业分析方法》，粘结指数参照《GB/T 5447-2014 烟煤粘结指数测定方法》。

首先将烘箱加热升温至设定温度，测量配合煤水分。然后称取250g左右配合煤放入长宽高分分别为350mm×240mm×40mm铁盘子内，均匀铺展开，接着进行精确称重和用点温计测量煤温。放入设定好温度的烘箱内进行加热(100℃、150℃、200℃、250℃、300℃)，同时开始计时，每隔1min(加热温度300℃时间隔0.5min)取出称重，并迅速测量煤温再放回烘箱接着计时。如此往复，待水分干燥至0.2%-2%左右时，停止加热取出冷却，做粘结性指数，并与加热前进行对比。

配合煤煤质变化温度测试方法：将配合煤烘干外水，测量水分0.27%。取110-120g干煤放入350mm×240mm×40mm铁盘子内，均匀铺展开，放入设定好温度的烘箱内，待煤温到达一系列不同温度后，取出冷却做粘结指数。

2 实验结果与讨论

2.1 工业分析

配合煤的配比如表1所示。表2为配合煤的工业分析指标，全水达到10.4%，空干后煤样水分为1.65%，挥发份28.73%，灰分8.93%，G值79.9，均在配合煤正常指标范围内。

表1 配合煤的配比

表2 配合煤的工业分析指标和G值

2.2 不同干燥温度下煤温、随时间水分变化

图1-图5分别是配合煤在干燥温度107℃、150℃、200℃、250℃、300℃干燥过程煤温随水分的变化图。可以看到，整个干燥过程水分呈指数下降，煤温呈阶梯上升趋势。干燥过程刚开始1-2min，随着干燥温度不同，水分由10%降到7%-9%不等，煤温由室温快速升到60-80℃左右。随后煤温在60-90℃之间保持稳定，煤水分由7%-8%降到2%-1%左右。之后水分进一步降低，干燥到1%以内过程中，煤温继续升高，最高值不超过120℃。将把加热后的煤样做G值，观察不同加热温度对煤质的影响。

图1 在干燥温度107℃下配合煤水分与煤温的变化曲线

图2 在干燥温度150℃下配合煤水分与煤温的变化曲线

图3 在干燥温度200℃下配合煤水分与煤温的变化曲线

图4 在干燥温度250℃下配合煤水分与煤温的变化曲线

图5 在干燥温度300℃下配合煤水分与煤温的变化曲线

将经不同温度加热后的配合煤做G值对比发现，当加热温度在107-300℃时，水分控制在2%-1%时，煤质的G值保持不变的(表3)。并将加热终了水分、温度和平台水分、温度、时间进行整理，详见表4。由表4可以看到，在水分未完全干燥前，干燥终了温度不一定随干燥温度的升高而升高。出现平台温度的原因是干燥介质传给煤料的显热等于水分气化所需的潜热[8]，出现温度平台。平台水分脱除之后，煤温随加热时间将进一步升高，煤温升高过程中的达到煤质临界温度，超过临界温度，煤质将发生变化。

表3 煤样经不同干燥温度前后煤质变化对比

表4 不同温度加热湿煤过程温度与水分变化

2.3 配合煤煤质变化温度

以干燥温度200℃为例，将干燥后的煤样继续加热，得到煤质开始发生变化的临界煤温，见图6。由图6可以看到，随着煤温的升高，G值的整体变化趋势是下降的。发现当煤温超过140℃时，G值开始下降(△G>3)；当煤温达到180℃以上，G值下降进一步加剧。

图6 干燥配合煤G值随煤温的变化情况

3 结论

(1)炼焦煤在加热过程中，水分呈下降，煤温呈阶梯上升台阶趋势。

(2)只要水分控制在一定范围内，加热温度在100-300℃可以保证炼焦煤加热过程的煤质不受影响。

(3)配合煤的临界变质温度在140℃左右，只要保证煤温不超过临界温度，即可保证煤质。

[1] 张学敏，王三反. 焦化废水处理方法研究与进展[J]. 工业水处理，2015，35(9)：11-16.

[2] 炼焦化学工业污染物排放标准[S]. GB 16171-2012

[3] 李九林. 煤调湿技术开发及在焦化厂的应用[J]. 煤化工，2005,(1)：34-36.

[4] 李良华，张福行，程乐意. STD煤调湿工艺引入烟道气应用效果分析[J]. 燃料与化工，2010，41(2)：27-28.

[5] 张国庆，张琼芳，刘勇刚. 焦炉烟道废气一流化床式煤调湿技术的应用[J]. 燃料与化工，2010，41(6)：9-11.

[6] 陈细涛，鲍俊芳，陈鹏等. 煤调湿工艺应用中存在的煤氧化自燃问题研究[J]. 武钢技术，2013，51(5)：12-14.

[7] 任红星. 流化床干燥过程中分粒级褐煤的自燃特性研究[J]. 广州化工，2009，37(5)：106-108.

[8] 天津大学化工原理教研室编. 化工原理(下册)[M]. 天津科学技术出版社，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

国家重点研发计划课题《干燥煤绿色化高效炼焦技术及应用示范》的研究成果(课题编号2017YFB0304303)

陈细涛(1984～)，男，硕士，工程师.E-mail：chenxitaoche@163.com

(责任编辑：李文英)