焦煤特性检测分析

王光兵

摘要：为探索焦煤微波干燥技术的基本理论，研究焦煤颗粒粒径、微波功率和初始含水量对焦煤干燥特性的影响，利用薄层干燥动力学模型对实验数据进行拟合，探讨适于描述焦煤微波干燥动力学的最佳模型文章通过对煤样制备、检测设备以及检测过程等影响因素的分析，确定了影响数据准确性的主要因素，提出了检测数据准确性的实施措施。

关键词：微波干燥技术；检测过程；实施措施

引言

炼焦煤重要的工艺性质就是黏结性和结焦性，这是评价炼焦用煤的主要技术指标。煤的黏结性反应烟煤在干馏过程中能够软化熔融形成胶质体并固化黏结的能力，是煤形成焦炭的前提和必要条件。目前表征黏结性的检测指标主要有坩埚膨胀序数、罗加指数、黏结指数、基氏流动度、胶质层指数、奥阿膨胀度和葛金焦型等，它们都是在一定条件下测定煤黏结性或塑性的指标。其中胶质层指数（Ｙ值）是非常重要的表征煤黏结性指标之一。1954年1958年指定的中国煤分类方案中都将Ｙ值作为烟煤分类的主要工艺指标。1986年和2009年颁布的中国煤炭分类标准中，Ｙ值改为区分强黏结性烟煤的两个重要辅助指标之一。此方法是前苏联萨波日尼科夫和巴西列维奇在1939年提出的，主要检测胶质层最大厚度Ｙ值，最终收缩度Ｘ值和体积曲线类型、焦块特征、焦块抗碎能力等多种指标，其中以Ｙ值的大小表征煤黏结性的好坏。胶质层指数测定过程操作要求规范性较强，影响检测数据准确性的因素较多，影响因素之间具有一定的关联性，同时检测过程的经验性也较强。通过对检测影响因素的梳理和分析，确定影响数据准确性的主要因素，并以此探讨如何减少或消除影响因素，提高检测数据的准确性^[1-3]。

1胶质层指数检测方法

将100g煤样装入钢制煤杯中，放入底部单向加热炉中，模拟工业条件以3℃／min升温速度加热。在煤杯中形成一系列等温面，从上到下，温度逐渐增高。软化点层面以上的煤保持原状，以下的煤则软化、熔融而形成胶质体；在温度相当于固化点的层面以下的煤则结成半焦。测定中，按温度区间用探针测定软化点与固化点两个层面之间的胶质层厚度，以最大厚度Ｙ值作为胶质层指数的一个检测指标；测定过程中，同时记录煤样受热后的体积变化曲线，当全部煤样转变为半焦后，由于体积収缩，体积曲线下降到最低位置，即测得另一个指标―――最终收缩度X值。测定结束后记录的体积变化曲线可以确定体积曲线类型。Ｙ值主要表征塑性阶段胶质体的数量，它与胶质体的流动性、热稳定性、不透气性和塑性温度区间有关，它对中等黏结性和较强黏结性的烟煤有较好的区分能力。该指标可以较好的反应原生黏结性和膨胀程度引起的黏结性。最终收缩度取决于煤的挥发分、熔融、固化和收缩等性质及试验条件。Ｘ值可以表征煤料在生成半焦后的收缩情况，该指标对焦炉中焦饼的收缩、焦炭的块度、裂纹的多少以及推焦是否顺利等均有参考价值。体积曲线与胶质体的透气性有直接关系，体积曲线有7种类型，利用体积曲线可以区分1/3焦煤和气煤。

2焦煤微波干燥特性实验

2.1样品参数及实验方法

选取河南平煤八矿－焦煤为实验煤样，采用西班牙Las Navas公司的SDTGA型工业分析仪和德国Vario公司的EL－2元素分析仪对煤样进行工业分析和元素分析。实验前用振筛机将煤样筛分成＜0.3，0.3～0.6和0.6～1.0mm三个粒级，并测定每个粒级煤样的含水量(均小于5%)，再根据煤样含水量和实验需求，向3个粒级的原煤样中分别加入适量的水分，将粒度为0.3，0.3～0.6mm的煤样含水量配制为16%左右，将粒度为0.6～1.0mm的煤样含水量分别配制为8%，12%和16%左右3个级别，再将配制好的煤样放入冰箱保鲜室静置24h以上。每次实验前都需先测定煤样含水量，确保煤样含水量满足实验要求后再用于实验。微波设备是南京杰全微波设备有限公司生产的NJL2－1型实验室微波反应器，该设备最大输出功率为2kW，功率可自动或手动调节。实验时，每次称取2g煤样置入坩埚中，用细线将坩埚悬挂于美国奥豪斯OHAUS公司生产的CP214电子分析天平下部，并置于微波反应器中，实验通过专用天平软件BALINK22自动记录天平读数。实验时每间隔1min记录一次读数，每次实验进行到读数稳定为止。

2.2实验结果及讨论

2.2.1粒径对焦煤微波干燥的影响

取初始水分为16%的焦煤煤样2g，在微波功率700W下进行粒径分别为＜0.3，0.3～0.6，0.6～1.0mm的焦煤干燥实验。随着粒径的增大，焦煤在同样时间下失去的水分越多，达到平衡的时间就越短。表明粒径对焦煤的微波干燥过程有很大影响。随着粒径的增大，焦煤达到最大干燥速率的时间越短，最大干燥速率越大，干燥速率减为0的时间也越短。粒径对焦煤微波的干燥速率有明显影响。微波干燥焦煤过程中，当焦煤粒径小于1mm时，随着粒径的增大，焦煤失水加快，干燥速率增大，干燥时间减少，粒径对焦煤微波干燥的影响与传统干燥方法完全不同，在褐煤的微波干燥中也有相同的结果。此外，随粒径的增大，电磁能的聚焦作用越明显。聚焦作用会使颗粒内部的加热程度高于表面，颗粒内部高温会加强内部水分的蒸发，在蒸汽压力驱动下，内部水分扩散至表面的速率更快，也会使颗粒干燥加快。

2.2.2微波功率对焦煤干燥的影响

取初始含水量为16%、粒径为0.6～1.0mm的焦煤煤样2g，分别在500，600和700W功率下进行焦煤干燥实验。不同微波功率的焦煤微波干燥过程也大致可分为3个阶段:①预热升速阶段。这一阶段大致持续了2min，此阶段焦煤干燥速率迅速上升，直至达到最大值;②恒速干燥阶段。不同微波功率下，焦煤干燥的恒速阶段并不十分明显，只在500W功率下有很明显的恒速干燥阶段，大致持续了2min，这一阶段主要脱除的是焦煤的表面水分，且干燥速率达到最大;③降速干燥阶段。这一阶段一直持续到干燥结束，干燥速率持续降低，微波功率越小，干燥速率降低得越慢，此阶段主要脱除的是焦煤的内部水分。微波在干燥焦煤时，主要是焦煤内的水等极性分子受高频变化的电磁场影响，热运动加剧，从而将电磁能转化为蒸发水分的热能。而微波功率越高，电磁场强度越大，在相同的时间内，同样质量的煤样能够获得更多的电磁能，从而转化成更多用以干燥煤样的热能，加速焦煤的干燥过程。

结束语

当焦煤粒径小于1mm，随着焦煤粒径、微波功率和初始含水量的增加，相同时间内煤样失水量增加，干燥速率增大，而随着粒径和微波功率的增大，干燥达到平衡的时间减少，但初始水分对干燥达到平衡的时间没有显著影响。焦煤微波干燥过程大致可分为3个阶段: 预热升速阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。预热升速阶段和恒速干燥阶段都非常短暂，只持续3min左右，干燥大部分时间处于降速干燥阶段，粒径、微波功率和初始水分越大，恒速干燥阶段越短暂。

参考文献：

[1]战丽,马岩,姜雨,孟庆波,徐秀丽.焦炭热性质相同的焦煤煤质特性研究[J].煤质技术,2017(S1):18-20+36.

[2]冯磊,张世红,杨晴,车庆丰,闻明,梅艳阳,陈汉平.焦煤微波干燥特性及动力学研究[J].煤炭学报,2015,40(10):2458-2464.

[3]张学军.山西焦煤集团主要炼焦煤特性分析[J].选煤技术,2009(02):20-22.