脱水时间和煤样粒度对褐煤复吸影响的研

1、豆丁网标准与论文脱水时间和煤样粒度对褐煤复吸影响的研究李慧蓉，武建军，王伟5（中国矿业大学化工学院，江苏徐州221116） 摘要：考察了脱水时间和煤样粒度这两个因素对脱水褐煤复吸的影响规律。实验结果表明： 同粒度下脱水时间越长，褐煤最初复吸速率越大，脱水时间 20min 以上时，脱水时间对褐煤 最终复吸程度影响不再明显。同脱水时间下不同粒度褐煤复吸程度不同，粒度 13mm 煤样10复吸程度最小，粒度 01mm 煤样复吸程度次之，36mm 煤样复吸程度最大。对复吸曲线进 行 NFLS 拟合，ExpAssoc 模型y=y0 +A1×(1-exp(-x/t1)+A2×(1-exp

2、(-x/t2)具有较好的拟合效果，R2>0.97。关键词：褐煤；脱水时间；粒度；NFLS 拟合中图分类号：TQ522.1615Effect of dehydration time and coal particle size on moisture re-absorption of dewatering ligniteLI Huirong, WU Jianjun, WANG Wei(School of Chemical Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou Jiangsu20221116)Abstract

3、: In this paper the effects of dehydration time and coal particle size on the moisture re-absorption of dewatering lignite was investigated. The experimental results show that: theinitial moisture re-absorption rate increases with the drying time , when the dehydration time ismore than 20 min, the d

4、egree of impact on drying time to finally re-absorption is not obvious.25Different particle size lignite relapses different degree, the particle size of coal sample 1 3mm relapse minimum degree, particle size 0 1mm the second smallest, and 3 6mm coal sample is the largest. The moisture re-absorption

5、 curves of the NFLS fitting, ExpAssoc model y = y0 + A1×(1-exp (-x/t1) + A2 * (1-exp (-x/t2) has a better fitting effect, R2> 0.97。Key words: lignite; dehydration time; particle size;NFLS fitting作者简介：李慧蓉（1987-），女，硕士研究生，主要从事煤炭清洁加工利用方面研究通信联系人：武建军（1964-），男，教授，主要从事煤炭清洁加工利用方面的研究. E-mail: jjuw- 6

6、-300引言煤炭是我国的主体能源，约占一次能源消费量的 70%，其中褐煤资源约占煤炭资源 总量的 40%。面对能源需求紧张的趋势及节能减排的要求，重视褐煤提质利用是我国实 现以煤为主能源持续供给的战略举措。褐煤具有含水量高(20%60%)、热值低、挥发分高、热稳定性差、易自燃等特点，35难于运输、储存和销售。年轻褐煤中的高含水量直接增加了运输成本、装置建设和运行 的成本，甚至影响生产装置的正常运行，直接降低了以这些煤为原料的发电或煤化工项 目的经济性，因此褐煤脱水提质是有效利用褐煤的保证1-3。褐煤干燥脱水后，孔隙结构 内的部分水分被脱除，但孔隙结构未完全被破坏，在一定的温度及湿度条件下，有可

7、能 会发生复吸，影响干燥的最终效果4。本文通过实验考察脱水时间和粒度对脱水褐煤复40吸的影响规律，并对复吸曲线建立数学模型，对褐煤脱水提质利用提供理论支持。1实验材料与方法1.1 实验材料原料煤为蒙东地区白音华矿区的褐煤，煤质分析结果如表 1 所示。表 1 褐煤的工业分析和元素分析45Tab.1 Proximate analysis and ultimate analysis of lignite原料工业分析/wt %元素分析/wt %名称MadAadVdafFCdafCdafHdafOdafNdafSt.d褐煤19.5513.5533.6433.2645.143.6116.271.320.6

8、01.2 褐煤热重分析对褐煤进行热重测试，分析确定脱除褐煤水分的温度。热重分析实验在德国耐驰 STA-409C 型差示扫描量热仪上进行，N2 气氛，流量 100 ml/min，初始温度为室温，终温 800， 升温速率为 10/min，实验结果见图 1。由图 1 可看出，煤样热解失重第一阶段温度区间50105200，此阶段主要是煤样水分和表面吸附气体的析出。选择褐煤脱水的温度 160，既 有利于煤中水分的脱除，又尽可能减少有机质分解。1009080TG/%70原煤TG60504030200图 1 褐煤20的0TG 曲线400 600 800Fig.1 The TG of温度/lignite551

9、.3 复吸实验煤样破碎至粒度小于 6mm，筛分为三个粒级：01mm、13mm、36mm。将煤样在干 燥箱 160下脱水不同时间后，置于复吸温度 30，相对湿度 85%的恒温恒湿箱中，连续 5 天测试复吸水分增量（复吸水分质量/脱水煤质量*100；单位/%）。2实验结果与讨论602.1 脱水时间对褐煤复吸影响对粒度 01mm 的煤样进行不同时间脱水，时间分别为 5min、10 min 、15 min 、20 min 、5min10min15min20min25min30min25 min 、30 min，考察不同脱水时间对脱水褐煤复吸的影响，结果见图 2。161412复吸水分增量/%108642

10、0012345复吸时间/d图 2 粒度 01mm 脱水褐煤复吸情况65Fig.2 The moisture re-absorption curve of dehydration lignite in particle size 01mm从图 2 可以看出，粒度 01mm 脱水煤样经过 23d 基本达到复吸水平衡，3d 后脱水煤 样复吸水分略有增加但变化很小。从图 2 看出，复吸开始 6h 内，煤样复吸水分速率最大， 脱水 5min、10min、15min 煤样复吸水分增量依次为 0.32%、1.43%、4.35%，复吸程度较低；但脱水 20min、25min、30min 煤样水分复吸增量依次为

11、 7.30%、8.43%、8.35%，复吸程度70明显增强。之后复吸 612h 及 1224h 内，复吸水分速率下降，明显低于前 6h。从天数看第1d 是复吸水分增量最大、复吸速率最大的阶段，是褐煤干燥脱水后防止复吸的关键时段， 对褐煤脱水防复吸自燃具有重要指导意义。2 天后，复吸水分增量出现较缓平台，增幅趋于平缓。脱水时间越长，复吸前煤样水分 含量越低，从曲线位置可以看出，复吸初期回吸越快，最终复吸程度也越大。脱水 20min、7525min、30min 煤样复吸趋于稳定时，复吸总体幅度基本接近。脱水时间 20min 以上时，脱 水时间对煤样复吸影响不再明显。主要原因可能是随着脱水时间增加，

12、褐煤表面部分有机质 分解，极性基团增加，增大褐煤表面水分复吸能力，使褐煤复吸程度随脱水时间增加而增大； 当脱水时间超过 20min，脱水提供能量不足以使更多有机质分解，表面极性基团增加不明显， 脱水褐煤最终复吸程度相近。80脱水 20min 以上时，当煤样复吸水分增量达到 13%15%，煤表面水分与空气中水蒸汽 达到汽液平衡，煤样吸附水分的速度变的极为缓慢，水分增加不再明显5。因此，对煤进行 脱水干燥处理的目标要使水分脱除 15%以上，这样才有经济性。2.2 粒度对褐煤复吸的影响由图 2、图 3、图 4 看出，三种粒度下脱水褐煤复吸呈现相似规律，都经 23d 基本达到85复吸水平衡，3d 后煤

13、样复吸水分变化很小。对比图 2、图 3、图 4，同脱水时间下，粒度为36mm 的脱水煤样复吸水分程度最大，粒度为 01mm 的脱水煤样次之，粒度为 13mm 的 脱水煤样复吸程度最小。粒度为 13mm、36mm 的脱水煤样复吸速率最大也发生在第 1 天，经过 2 天后复吸增 幅趋于平缓，与粒度为 01mm 煤样呈现出相同规律。 脱水时间 20min 以上的粒度 36mm90煤样，煤样复吸水分增量最终在 15%17%，同条件下粒度 01mm 的煤样复吸水分增量最终 在 13%15%，粒度 13mm 的煤样复吸水分增量最终在 13%14%。原因可能是破碎时对粒 度 36mm 的煤样孔隙结构破坏相对

14、最小，相同脱水时间条件下，孔隙结构相对完整使得粒 径 36mm 脱水褐煤回吸水分能力最强。粒度 01mm 的煤样孔隙结构破坏最大，但粒度小 增加了煤样表面与湿空气的接触面积，使得粒度 01mm 煤样回吸水分能力次之。165min1410min15min20min1225min30min复吸水分增量/%1086429500 1 2 3 4 5图 3 粒度 13mm 脱水复褐吸煤时复间/吸d 情况Fig.3 The moisture re-absorption curve of dehydration lignite in particle size 13mm185min10min16 15min

15、20min25min14 30min复吸水分增量/1210864210000 1 2 3 4 5脱水褐煤复吸情况图 4 粒度 36mm复吸时间/d105Fig.4 The moisture re-absorption curve of dehydration lignite in particle size 36mm2.3 复吸曲线 NFLS 拟合通过前面分析可以看出同粒度不同脱水时间下的复吸曲线呈现相同规律，对曲线进行模 型拟合，有利于从数学模型的角度认识复吸规律，对于复吸曲线上未测定的数据可准确计算 得到数据，对复吸规律的预测具有重要指导意义。因此对复吸曲线进行 NFLS（Nonlinea

16、r Least110Squares Fitter，非线性最小平方拟合）拟合。利用 origin7.5 软件进行多种模型拟合后发现ExpAssoc 模型y=y0 +A1×(1-exp(-x/t1)+A2×(1-exp(-x/t2)具有较好的拟合效果，R2>0.97。 三种粒度下不同脱水时间下复吸曲线的拟合模型结果如表 2、表 3、表 4 所示，y 为复吸水 分增量拟合模型函数，x 为复吸时间。表 2 粒度 0-1mm 不同脱水时间下褐煤复吸曲线 NFLS 拟合Tab.2 The NFLS curve fitting of dehydration lignite of p

17、article size 0-1mm脱水时间拟合模型函数R25miny=-0.00433+0.3396×(1-exp(-x/0.22794)+ 0.70654×(1-exp(-x/1.31663)0.9758410miny=-0.00445+1.55628×(1-exp(-x/1.86183)+ 2.25206×(1-exp(-x/0.30591)0.9976615miny=-0.00332+4.94517×(1-exp(-x/0.96368)+ 3.3981×(1-exp(-x/0.00384)0.9934120miny=-0.01

18、989 +5.63581×(1-exp(-x/1.07251)+ 8.47403×(1-exp(-x/0.1824)0.9966625miny=-0.02544+10.6812×(1-exp(-x/0.18759)+ 4.4387×(1-exp(-x/1.24929)0.9966930miny=-0.0126+4.59234×(1-exp(-x/1.16601)+ 9.52612×(1-exp(-x/0.15584)0.99670表 3 粒度 1-3mm 不同脱水时间下褐煤复吸曲线 NFLS 拟合Tab.3 The NFLS curv

19、e fitting of dehydration lignite of particle size 1-3mm脱水时间拟合模型函数R25miny=-0.00441+0.17881×(1-exp(-x/0.26294)+ 0.17881×(1-exp(-x/0.26294)0.9769810miny=-0.00123+1.62675×(1-exp(-x/0.19724)+ 1.94672×(1-exp(-x/1.05667)0.9960515miny=-0.00623+4.86235×(1-exp(-x/0.36543)+ 1.97028

20、5;(1-exp(-x/1.66475)0.9992620miny=-0.05428 +1.63631×(1-exp(-x/2.1226)+ 8.10265×(1-exp(-x/0.35903)0.9982125miny=-0.11476+12.63308×(1-exp(-x/0.3427)+ 1.76012×(1-exp(-x/4.2263)0.9963630miny=-0.12916+13.08441×(1-exp(-x/0.34843)+ 2.22362×(1-exp(-x/5.9041)0.99599115表 4 粒度 3-6

21、mm 不同脱水时间下褐煤复吸曲线 NFLS 拟合Tab.4 The NFLS curve fitting of dehydration lignite of particle size 3-6mm脱水时间拟合模型函数R25miny=-0.00640+0.96418×(1-exp(-x/0.80429)+ 1.45157×(1-exp(-x/0.3235)0.9862810miny=-0.02316+5.54668×(1-exp(-x/0.38848)+ 1.94672×(1-exp(-x/1.05667)0.9960515miny=-0.00606+10

22、.88929×(1-exp(-x/0.26831)+ 2.76777×(1-exp(-x/1.84041)0.9998220miny=0.00378 +4.07446×(1-exp(-x/1.4252)+ 12.09109×(1-exp(-x/0.22646)0.9998525miny=0.00762+4.04016×(1-exp(-x/1.54198)+ 12.73277×(1-exp(-x/0.2293)0.9997830miny=-0.0188+5.19908×(1-exp(-x/1.21902)+ 11.5281×(1-exp(-x/0.20522)0.99