CN108896590B - 研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的方法及系统 - Google Patents

研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的方法及系统，属于研究煤炭混合破碎的方法及系统。通过分析不同煤炭单独及配比已知混合物的X射线衍射图谱，建立混合物衍射图谱002峰高与半高宽比值与各煤炭质量分数的关系模型；开展多时间批次的煤炭混合破碎实验，筛取各粒级破碎产物并称重；分析各粒级破碎产物的X射线衍射图谱并计算特征比值，基于上述关系模型返算各粒级中不同煤炭的含量，最终获得混合破碎后各组分的破碎速率和产物组成；同时监测煤炭混合破碎的能量消耗，并结合各组分破碎行为，确定最佳的混合破碎条件。通过明确煤炭混合破碎中各组分破碎行为，明确混合破碎机理，寻找破碎效率最高的煤炭混合比例，为配煤破碎提供方案参考。

Description

研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种研究煤炭混合破碎的方法及系统，特别是一种研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的方法及实验系统。
背景技术
中国煤炭的赋存和消耗区域存在逆向分布的特点，煤炭资源主要分布在西部和北部，而消耗区域则为东部和南部，同时中国的燃煤电厂也主要分布在上述地区。燃煤电厂是我国的煤炭消耗大户，每年超过60％煤炭用于燃烧发电。煤炭生产区远离消耗区致使长距离的煤炭输配成为必然，而燃煤电厂的煤炭除来自国内产煤地外，来自澳大利亚、印尼和印度的煤炭也成为燃煤电厂的重要供应。基于此，电厂用煤因产自不同区域，而成为不同类型煤炭的混合物。
为提高锅炉燃烧效率，燃煤电厂普遍采用煤粉燃烧方式，磨煤制粉是必备环节，且主要使用中速磨煤机磨制煤粉。由于电厂煤炭来源广泛，实际进入制粉系统磨制的是不同类型煤炭的混合物。因此，煤炭在中速磨煤机内始终处于复杂的混合破碎体系，与单煤种破碎相比，混合物中不同类型或性质煤炭之间相互作用，会对混合物中各类煤炭破碎过程产生影响。然而，当前针对中速磨煤机内煤炭混合破碎的研究相对较少，这主要是受混合破碎产物中各组分定量方法的制约。不同煤种的区分可采取添加特征标记物，即利用含某种特征元素或放射物溶液浸染煤炭，在实验后借助所添加的特征物质识别产物中的各相。但此类标记方法存在两大缺陷：一、块状煤炭样品的浸染效率相对较低，因而无法确保特征元素或标记物均匀的散布在整块煤炭中，影响各相的精确定量；二、长时间浸染会破坏煤炭结构，降低实验结果的可靠度和准确性。
煤炭由多种结构形式的有机物与种类不同的无机物(或称矿物质)组成。但煤中伴生矿物质种类多且嵌布粒度不同，破碎后矿物质选择性解离会使其在各粒级含量不同；不同煤炭中伴生矿物种类相似，故选择伴生矿物追踪溯源，定量混合破碎产物中各相的可行性不高。除伴生矿物外，可考虑借助煤炭有机组成部分的特征性质实现各相定量的目的。目前，根据衍射图谱信息，计算微晶结构参数，利用特征比值判断煤化程度的方法应用广泛。研究显示衍射角度为25度的002峰峰高越大，半高宽越小，煤化程度越高。此外，衍射图谱测试分析具有非破坏性，重现性好的优势；做好实验样品选择以及待测试样制备，确保分析结果的准确性和代表性，即可保证煤炭混合破碎后各相定量、破碎速率及破碎产物粒度组成等研究的顺利开展。
发明内容
本发明的目的是要提供一种研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的方法及系统，了解煤炭混合破碎过程中各组分的破碎行为，优化配煤破碎方案并减少混合破碎能耗。
本发明的目的是这样实现的：本发明采用的技术方案包括：破碎行为的方法以及破碎行为的方法的系统。
所述的破碎行为的方法：通过分析不同煤炭单独及配比已知混合物的X射线衍射图谱，建立特征比值与各煤炭质量分数的关系模型；开展多时间批次的煤炭混合破碎实验，筛取各粒级破碎产物并称重；分析各粒级破碎产物的X射线衍射图谱并计算特征比值，基于上述关系模型返算各粒级中不同煤炭的含量，最终获得混合破碎后各组分的破碎速率和产物组成；同时监测煤炭混合破碎的能量消耗，并结合各组分破碎行为，确定最佳的混合破碎条件，为配煤破碎提供方案参考。
具体步骤为：
步骤一：利用X射线衍射仪分析不同种类煤炭及已知配比的混合物，在获得衍射图谱后计算特征比值，并建立煤炭混合物的特征比值与各煤炭质量分数的关系模型，为后续定量混合破碎产物中各组分含量奠定理论基础；
步骤二：利用加装功率测量装置的哈氏可磨仪开展多时间批次的煤炭混合破碎实验，并计算破碎过程的能量消耗；
步骤三：在筛取并称重各粒级破碎产物后进行X射线衍射分析，计算混合产物各个粒级的特征比值；
步骤四：采用步骤一所述的关系模型返算不同粒级破碎产物中各组分的含量，并最终获得混合破碎后各组分的粒度组成；
步骤五：结合混合破碎过程所消耗的能量及各组分的破碎行为，确定最佳的配煤破碎方案。
系统包括：哈氏可磨仪、功率测量装置、数据转换线、电脑、振筛机、套筛和研钵；功率测量装置安装在哈氏可磨仪的电路中，测试信号经数据转换线传输至电脑；破碎实验完成后，取出哈氏可磨仪中的物料并进入振筛机的套筛中进行筛分实验，套筛的筛上物进入研钵进行研磨。
所述的功率测量装置每秒记录一次哈氏可磨仪的运转功率，测试信号经数据转换线传输至电脑后由软件导出，记录的功率信号与时间积分后即可得到该过程所消耗的能量；将同时间条件下哈氏可磨仪负载能量减去空载能量，计算得到煤炭混合物破碎所消耗的能量。
通过振动筛和套筛得到各粒级破碎产物并称重，用研磨分别将各粒级的产物研磨至-74微米后用于X射线衍射仪测试。
所述的套筛中筛子的筛比为根号2，获得各窄粒级混合破碎产物；再利用X射线衍射图谱特征比值折算混合破碎中各组分粒度组成。
有益效果及优点，由于采用了上述方案，本发明的方法选择煤炭有机组成的结构特点，即X射线衍射图谱的特征比值，基于不同煤炭的X射线衍射图谱中002峰高与半高宽比值(简称特征比值)的差异，识别并定量煤炭混合破碎产物中各组分粒度组成，建立煤炭混合物的特征比值与各煤炭质量分数的关系模型，明确混合物中各组分的破碎速率和产物粒度组成等破碎行为，进而根据该模型返算各窄粒级破碎产物中各组分的含量，获取其破碎速率和产物粒度组成。为达到上述研究效果，本发明还提供了一种研究煤炭混合破碎过程的实验系统，完成前述方法中涉及的混合物破碎、筛分、分析样品制备等，为混合破碎研究提供数据基础。同时，实验系统中哈氏可磨仪的电路中加装了功率测量装置，监测煤炭混合破碎的能量消耗。结合混合物中各组分的破碎行为以及能量消耗，确定最佳的混合破碎条件，优化配煤破碎方案。
附图说明
图1为本发明的一种研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的方法路线图。
图2为本发明的一种研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的系统。
图中，1、哈氏可磨仪；2、功率测量装置；3、数据转换线；4、电脑；5、振筛机；6、套筛；7、研钵。
具体实施方式
本发明包括研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的方法及系统，
所述的破碎行为的方法：通过分析不同煤炭单独及配比已知混合物的X射线衍射图谱，建立煤炭混合物的特征比值与各煤炭质量分数的关系模型；开展多时间批次的煤炭混合破碎实验，筛取各粒级破碎产物并称重；分析各粒级破碎产物的X射线衍射图谱并计算特征比值，基于上述关系模型返算各粒级中不同煤炭的含量，最终获得混合破碎后各组分的破碎速率和产物组成；同时监测煤炭混合破碎的能量消耗，并结合各组分破碎行为，确定最佳的混合破碎条件，为配煤破碎提供方案参考。
具体步骤为：
步骤一：利用X射线衍射仪分析不同种类煤炭及已知配比的混合物，在获得衍射图谱后计算特征比值，并建立煤炭混合物的特征比值与各煤炭质量分数的关系模型，为后续定量混合破碎产物中各组分含量奠定理论基础；
步骤二：利用加装功率测量装置的哈氏可磨仪，将多种配比的不同煤炭混合物置入哈氏可磨仪1进行多时间批次的煤炭混合破碎实验，并计算破碎过程的能量消耗；
步骤三：在筛取并称重各粒级破碎产物后进行X射线衍射分析，计算混合产物各个粒级的特征比值；
步骤四：采用步骤一所述的关系模型返算不同粒级破碎产物中各组分的含量，并最终获得混合破碎后各组分的粒度组成；
步骤五：结合混合破碎过程所消耗的能量及各组分的破碎行为，确定最佳的配煤破碎方案。
实现上述方法的系统包括：哈氏可磨仪1、功率测量装置2、数据转换线3、电脑4、振筛机5、套筛6和研钵7；功率测量装置2安装在哈氏可磨仪1的电路中，测试信号经数据转换线3传输至电脑4；破碎实验完成后，取出哈氏可磨仪1中的物料并进入振筛机5的套筛6中进行筛分实验，套筛6的筛上物进入研钵7进行研磨。
所述的功率测量装置2每秒记录一次哈氏可磨仪的运转功率，测试信号经数据转换线3传输至电脑4后由软件导出，记录的功率信号与时间积分后即可得到该过程所消耗的能量；将同时间条件下哈氏可磨仪1负载能量减去空载能量，计算得到煤炭混合物破碎所消耗的能量。
通过振动筛5和套筛6得到各粒级破碎产物并称重，用研磨7分别将各粒级的产物研磨至-74微米后用于X射线衍射仪测试。
所述的套筛6中筛子的筛比为根号2，以确保各窄粒级混合破碎产物在利用X射线衍射图谱特征比值折算混合破碎中各组分粒度组成的准确性。
本发明基于不同煤炭的X射线衍射图谱中002峰峰高与半高宽比值(简称特征比值)的差异，在建立煤炭混合物的特征比值与混合物中各组分质量含量关系模型的基础上，通过各粒级破碎产物的特征比值返算产物中各组分的含量，进而明确煤炭混合破碎产物中各组分的粒度组成，进而获取各组分的破碎速率以及产物粒度组成等破碎行为。
利用哈氏可磨仪1开展多时间批次的煤炭混合破碎实验，在筛取各粒级产物并称取质量后，制备成小于74微米的煤粉用于X射线衍射仪测试；并通过分析各粒级的衍射图谱，计算特征比值及各粒级中不同煤炭组分的含量，最终折算煤炭混合破碎产物中各组分的粒度组成。
下面结合附图对本发明作更进一步的说明：
实施例1：如图1所示为一种研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的方法路线图，包括两个步骤：
步骤一：制备煤炭单相及配比已知的混合物样品至-74微米，然后利用X射线衍射仪测试，分析样品的衍射图谱信息并计算002峰高与半高宽比值(简称特征比值)，建立煤炭混合物的特征比值与各煤炭质量分数的关系模型；
步骤二：开展多时间批次的煤炭混合破碎实验并监测破碎能耗，实验完成后筛分出各窄粒级破碎产物并研磨至-74微米分析计算其衍射图谱的特征比值；
步骤三：利用步骤一建立的关系模型返算不同窄粒级破碎产物中各组分含量，再折算煤炭混合破碎产物中各组分的粒度组成，并计算破碎速率；结合监测的破碎能耗，确定最佳的混合破碎条件，优化配煤破碎方案。
如图2所示为一种研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的系统，包括哈氏可磨仪1、功率测量装置2、数据转换线3、电脑4、振筛机5、套筛6和研钵7。所述的功率测量装置2安装在哈氏可磨仪1的电路中，并通过数据转换线3连接到电脑4；所述的功率测量装置2可每秒记录一次哈氏可磨仪1的功率数据，实验过程中所记录的功率数据与时间积分后即可得到该过程所消耗的能量；将相同时间条件下哈氏可磨仪1的负载能量减去空载能量，即可得到煤炭混合物破碎所消耗的能量。
如图2所示为一种研究煤炭混合破碎中各组分破碎行为的系统，其实验过程为分别将多种质量配比，不同种类煤炭的混合物放入哈氏可磨仪1中，依次开展多时间批次的混合破碎实验，功率测量装置2记录每次实验所消耗的能量；在振筛机5上加装筛序为根号2的套筛6后筛取不同实验条件下的各窄粒级破碎产物，并用研钵7磨制成-74微米煤粉后用于X射线衍射测试。完成样品制备后，参照如图1所述的研究方法计算混合破碎产物中各组分煤炭的粒度组成和破碎速率，并结合监测的破碎能量，确定最佳的实验条件，为配煤破碎提供方案参考。

Claims (5)

1.一种研究煤炭混合辊磨破碎中各组分破碎行为的方法，研究破碎行为方法的装置包括：哈氏可磨仪、功率测量装置、数据转换线、电脑、振筛机、套筛和研钵；功率测量装置安装在哈氏可磨仪的电路中，测试信号经数据转换线传输至电脑；破碎实验完成后，取出哈氏可磨仪中的物料并进入振筛机的套筛中进行筛分实验，套筛的筛上物进入研钵进行研磨；
其特征是：通过分析不同煤炭单独及配比已知混合物的X射线衍射图谱，建立煤炭混合物的特征比值与各煤炭质量分数的关系模型，所述的特征比值为X射线衍射图谱中002峰高与半高宽比值；开展多时间批次的煤炭混合辊磨破碎实验；分析各粒级破碎产物的X射线衍射图谱并计算特征比值，基于上述关系模型返算各个粒级混合产物中不同煤炭的含量，最终获得混合破碎后各组分的破碎速率和产物粒度分布；在此基础上结合破碎能耗，确定煤炭混合物在辊磨条件下的最佳混合比例，为制定节能高效的配煤破碎方案提供参考。
2.根据权利要求1所述的一种研究煤炭混合辊磨破碎中各组分破碎行为的方法，其特征是：具体步骤为：
步骤一：利用X射线衍射仪分析不同种类煤炭及已知配比的混合物，在获得衍射图谱后计算特征比值，并建立特征比值与混合物配比的关系模型，为后续定量混合破碎产物中各组分含量奠定理论基础；
步骤二：利用加装功率测量装置的哈氏可磨仪，将多种配比的不同煤炭混合物置入哈氏可磨仪进行多时间批次的煤炭混合破碎实验，并计算破碎过程的能量消耗；
步骤三：在筛取并称重各粒级破碎产物后进行X射线衍射分析，计算各个粒级混合产物的特征比值；
步骤四：采用步骤一所述的关系模型返算不同粒级破碎产物中各组分的含量，并最终获得混合破碎后各组分的粒度组成；
步骤五：结合混合破碎过程所消耗的能量及各组分的破碎行为，确定最佳的配煤破碎方案。
3.根据权利要求1或2所述的一种研究煤炭混合辊磨破碎中各组分破碎行为的方法，其特征是：所述的功率测量装置每秒记录一次哈氏可磨仪的运转功率，测试信号经数据转换线传输至电脑后由软件导出，记录的功率信号与时间积分后即可得到该过程所消耗的能量；将同时间条件下哈氏可磨仪负载能量减去空载能量，计算得到煤炭混合物破碎所消耗的能量。
4.根据权利要求1或2所述的一种研究煤炭混合辊磨破碎中各组分破碎行为的方法，其特征是：通过振动筛和套筛得到各粒级破碎产物并称重，用研磨分别将各粒级的产物研磨至小于74微米后用于X射线衍射仪测试。
5.根据权利要求1或2所述的一种研究煤炭混合辊磨破碎中各组分破碎行为的方法，其特征是：所述的套筛中筛子的筛比为根号2，获得各窄粒级混合破碎产物；再利用X射线衍射图谱特征比值计算各个粒级混合破碎产物中不同组分的含量。
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