CN105784545A - 一种煤的膨胀与收缩性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤的膨胀与收缩性能评价方法，以总体膨胀时间OET表征煤的粘结性，以最大膨胀压力MSP表征煤在干馏过程中所产生的膨胀压力，以最终收缩率FCR表征干馏结焦焦饼最终收缩度，以初始膨胀温度IET表征煤软化熔融开始温度，以终止膨胀温度FET表征煤在固化收缩最终温度。本发明可同时替代胶质层指标‑Y值、X值(国标GB/T 479‑2000)和奥阿膨胀度指标‑T1、T2、T3、a值、b值(国标GB/T 5450‑1997)，与上述2种评价体系相比其评价规律和趋势基本一致，且区分性更强；本发明同时将最大膨胀压力引入到评价体系中，该指标对评价煤的膨胀与收缩性能对焦炉膨胀压力的影响具有指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域，尤其涉及一种评价煤的粘结性、结焦性以及膨胀性的方法。
背景技术
如何正确评价单种煤的粘结性和膨胀性，一直是焦化工作者积极研究的课题之一。评价煤的粘结性和膨胀性通常采用胶质层厚度和膨胀曲线或者奥阿膨胀度评价，单个指标不能真实全面反映煤的粘结性和膨胀性。
在配煤炼焦过程中，粘结性和结焦性一直是衡量配煤的重要指标。但从焦炉的安全生产角度考量，结焦过程中的膨胀压力也是不可忽视的因素。过大的膨胀压力会严重影响推焦，甚至会损坏炉体。目前，国内外的学者对结焦过程中的膨胀压力做了很多研究。西班牙学者卡门总结了两种膨胀压力的起源：第一种理论认为膨胀压力不仅来自炉内炉料的加热，还有两侧的炉墙及炉顶、炉底甚至可能来自炉门；第二种理论认为膨胀压力来源于封阻在胶质体自身的气体，膨胀压力的高低取决于煤热解时析出气体在封阻条件下从胶质体内的排除情况。当胶质体凝合时，施加于炉墙上的膨胀压力达到最大值。不同的科研机构也设计了很多小型试验装置去验证两种理论，如加拿大canmet研发的小型试验装置、日本新日铁研发的小型可移动炉壁装置、中国辽宁科技大学研发的小型膨胀压力测定装置等。他们都从不同的工艺角度研究了煤在结焦过程中所产生的膨胀压力。
上述研究成果虽然都对膨胀压力的各种影响因素及数值高低进行了研究，但都没有和煤的其他指标进行关联研究。
发明内容
本发明提供了一种煤的膨胀与收缩性能评价方法，可同时替代胶质层指标-Y值、X值(国标GB/T 479-2000)和奥阿膨胀度指标-T1、T2、T3、a值、b值(国标GB/T 5450-1997)，与上述2种评价体系相比其评价规律和趋势基本一致，且区分性更强；本发明同时将最大膨胀压力引入到评价体系中，该指标对评价煤的膨胀与收缩性能对焦炉膨胀压力的影响具有指导意义。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种煤的膨胀与收缩性能评价方法，以总体膨胀时间OET表征煤的粘结性，以最大膨胀压力MSP表征煤在干馏过程中所产生的膨胀压力，以最终收缩率FCR表征干馏结焦焦饼最终收缩度，以初始膨胀温度IET表征煤软化熔融开始温度，以终止膨胀温度FET表征煤在固化收缩最终温度；其中：
总体膨胀时间OET—煤在软化熔融过程中所有的膨胀时间占总体结焦时间的百分率；
最大膨胀压力MSP—煤在软化熔融时所产生的最大膨胀压力；
最终收缩率FCR—煤结焦后的焦饼收缩率；
初始膨胀温度IET—煤在软化熔融时的开始膨胀温度；
终止膨胀温度FET—煤在软化熔融结束后开始固化的温度。
所述总体膨胀时间OET的计算公式如下：
OET＝T膨胀时间/T总结焦时间×100％；
式中：T膨胀时间—煤在软化熔融过程中所有的膨胀时间；
T总结焦时间—总体结焦时间。
所述最终收缩率FCR的计算公式如下：
FCR＝(hi-hf)/hi×100％；
式中：hi—装煤饼初始厚度；
hf—焦饼最终厚度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)可同时替代胶质层指标-Y值、X值(国标GB/T 479-2000)和奥阿膨胀度指标-T1、T2、T3、a值、b值(国标GB/T 5450-1997)，与上述2种评价体系相比其评价规律和趋势基本一致，且区分性更强；
2)将最大膨胀压力引入到评价体系中，该指标对评价煤的膨胀与收缩性能对焦炉膨胀压力的影响具有指导意义；
3)本发明所采用的各项指标可通过专用仪器进行测定，快捷方便。
附图说明
图1是本发明所述单种煤的膨胀行为曲线图一。(煤样编号A)
图2是本发明所述单种煤的膨胀行为曲线图二。(煤样编号B)
图3是本发明所述单种煤的膨胀行为曲线图三。(煤样编号C)
图4是本发明所述单种煤的膨胀行为曲线图四。(煤样编号D)
图5是本发明所述单种煤的膨胀行为曲线图五。(煤样编号E)
图6是本发明所述单种煤的膨胀行为曲线图六。(煤样编号F)
图7是本发明所述单种煤的膨胀行为曲线图七。(煤样编号G)
图8是本发明所述单种煤的膨胀行为曲线图八。(煤样编号H)
图9是本发明所述单种煤的膨胀行为曲线图九。(煤样编号I)
图10是本发明所述OET指标与胶质层指标Y值、奥阿膨胀度指标b值分析曲线对比图。
图11是本发明所述FCR指标与胶质层指标X值、奥阿膨胀度指标a值分析曲线对比图。
图12是本发明所述IET、FET指标与奥阿膨胀度指标T1、T3分析曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明一种煤的膨胀与收缩性能评价方法，以总体膨胀时间OET表征煤的粘结性，以最大膨胀压力MSP表征煤在干馏过程中所产生的膨胀压力，以最终收缩率FCR表征干馏结焦焦饼最终收缩度，以初始膨胀温度IET表征煤软化熔融开始温度，以终止膨胀温度FET表征煤在固化收缩最终温度；其中：
总体膨胀时间OET—煤在软化熔融过程中所有的膨胀时间占总体结焦时间的百分率；
最大膨胀压力MSP—煤在软化熔融时所产生的最大膨胀压力；
最终收缩率FCR—煤结焦后的焦饼收缩率；
初始膨胀温度IET—煤在软化熔融时的开始膨胀温度；
终止膨胀温度FET—煤在软化熔融结束后开始固化的温度。
所述总体膨胀时间OET的计算公式如下：
OET＝T膨胀时间/T总结焦时间×100％；
式中：T膨胀时间—煤在软化熔融过程中所有的膨胀时间；
T总结焦时间—总体结焦时间。
所述最终收缩率FCR的计算公式如下：
FCR＝(hi-hf)/hi×100％；
式中：hi—装煤饼初始厚度；
hf—焦饼最终厚度。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
采用中钢集团鞍山热能研究院有限公司自主研发的煤干馏行为测定仪(已另案申请专利)，选择9个有代表性的单种煤煤样(涵盖褐煤、气煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤)，进行试验，测定其在干馏过程中的粘结性能、膨胀性能及干馏结束后焦饼的收缩性能，并研究本发明所述评定指标与传统煤质指标(胶质层指标及奥阿膨胀度指标)的对应关系。
从某大型焦化厂选取不同类型的9个单种煤(编号为A、B、C、D、E、F、G、H、I)作为实验用煤，采用国标GB/T 212-2008进行工业分析、国标GB/T 6948-2008进行反射率分析、国标GB/T 5447-1997进行粘结指数分析、国标GB/T 479-2000进行胶质层分析，国标GB/T5450-1997进行奥阿膨胀度分析，其煤质指标见表1。分析煤质数据，依据国标GB575-2009可以分为6大类煤种，分别为褐煤类、气煤类、肥煤类、1/3焦煤类、焦煤类、瘦煤类。
表1各煤样的煤质分析
注:“/”表示未检测到数据。
采用中钢集团鞍山热能研究院有限公司自主研发的煤干馏行为测定仪测定各煤样的膨胀性能，如图1-图9所示。具体测定过程如下：
在室温下按规定将制好的煤样100g装入炭化室中，利用平煤装置使煤样水平，煤样上表面加盖石棉垫。将带有压力传感器的压力盘垂直压在石棉垫上，另一端固定在可移动平台上。调整电机，使其初始压力保持在3kg(10.8KPa)左右。将位移传感器连接至PLC控制系统，通过PLC控制系统控制加热炉体以规定的加热速率进行加热直至到1050度。
干馏过程中，若煤样所产生的膨胀压力大于给定的初始值，则数据采集系统实时记录煤在干馏过程中的膨胀数据并绘制曲线；若实时测量值小于初始值，电机通过传动装置控制平台下移，使其压力保持初始值大小。焦饼自然冷却后测量焦饼高度，通过OET计算公式计算焦饼最终收缩率。
试验过程具体参数：炭化室长、宽、高尺寸为60mm×60mm×100mm；加热方式为两侧加热；压力传感器检测范围为0-200kg；装煤粒度全部＜1.5mm；装煤方式为顶装；堆密度为0.73t/m3；装煤重量100g；加热炉体由常温加热至300度，加热速率为9度/分；由300度加热至1050度，加热速率为3度/分。
统计以上过程所测定的9个单种煤(涵盖褐煤、气煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤)试验数据发现，如图1-图9所示，单种煤在干馏过程中会发生两段膨胀行为：第一阶段是脱水脱气阶段所引发的，第二阶段为胶质体熔融阶段所引发的。第一阶段一般膨胀性能不超过10Kpa，焦饼中心温度不超过200度；第二阶段会根据各类煤的胶质体熔融情况产生相应的膨胀，焦饼中心温度在400度和600度之间。粘结性越强的煤膨胀性能越大，膨胀区间越宽，对应的最大膨胀压力一般多能达到100Kpa以上；粘结性越差的煤膨胀性能越小，膨胀区间较窄，对应的膨胀压力最高能达到20Kpa左右。
剔除没有粘结性的褐煤和瘦煤，从图10中可以看出，将Y值按照升序排列，除了E煤外，基本上OET的规律和Y值和b是一致的，E煤和F煤的OET比较高，按照传统的Y值或者b值来看，E煤和F煤也是较高。说明利用OET方法评价煤的膨胀性能是可行的。从图11中可以看出，传统的X值是评价煤的收缩特性指标，利用新的FCR后，其规律基本和X值保持一致，特别肥的煤的数值可能不能真实反映其实际收缩特性。
从开始膨胀温度的指标看，图12中可以明显看出奥阿膨胀度的T1值和新的方法中的IET值相同，说明该指标可以替代奥阿膨胀度的指标。而新方法下FET指标表示的是膨胀结束时候的温度，和奥阿膨胀度的T3(固化温度)相比，他俩表示的意义不同。并且从图12中可以看出，采用FET指标，可以更加明显的区分出煤的粘结性。粘结性越强的煤，其FET值越大。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种煤的膨胀与收缩性能评价方法，其特征在于，以总体膨胀时间OET表征煤的粘结性，以最大膨胀压力MSP表征煤在干馏过程中所产生的膨胀压力，以最终收缩率FCR表征干馏结焦焦饼最终收缩度，以初始膨胀温度IET表征煤软化熔融开始温度，以终止膨胀温度FET表征煤在固化收缩最终温度；其中：
总体膨胀时间OET—煤在软化熔融过程中所有的膨胀时间占总体结焦时间的百分率；
最大膨胀压力MSP—煤在软化熔融时所产生的最大膨胀压力；
最终收缩率FCR—煤结焦后的焦饼收缩率；
初始膨胀温度IET—煤在软化熔融时的开始膨胀温度；
终止膨胀温度FET—煤在软化熔融结束后开始固化的温度。
2.根据权利要求1所述的一种煤的膨胀与收缩性能评价方法，其特征在于，所述总体膨胀时间OET的计算公式如下：
OET＝T膨胀时间/T总结焦时间×100％；
式中：T膨胀时间—煤在软化熔融过程中所有的膨胀时间；
T总结焦时间—总体结焦时间。
3.根据权利要求1所述的一种煤的膨胀与收缩性能评价方法，其特征在于，所述最终收缩率FCR的计算公式如下：
FCR＝(hi-hf)/hi×100％；
式中：hi—装煤饼初始厚度；
hf—焦饼最终厚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |