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振动对褐煤热压脱水成型的影响机制研究

王双超  
【摘要】:褐煤占我国煤炭资源总量的13%,但其含水量高限制了其大规模生产和利用,现有的干燥工艺处理后的褐煤易粉化、自燃和复吸,不利于长距离运输和储存。本课题利用自主开发的设备进行褐煤振动热压脱水成型试验,能同时实现干燥成型一体化,避免了脱水后褐煤粉化、复吸和自燃等问题。实验主要选取昭通褐煤含水量较高的煤样,并附加蒙东和小龙潭两种煤样作为参照对比,根据褐煤脱水前后的质量和内部结构变化考察温度、成型压力、振动强度、振动频率、振动时间、物料含量等因素在脱水过程中对褐煤物理结构及质量的影响,并利用压汞仪、红外光谱分析、表面张力仪、扫描电子显微镜等检测仪器从微观作用力角度和动力学角度对褐煤特性的变化进行测试分析,初步探讨褐煤振动脱水提质机理。研究了不同温度、机械压力与振动条件下振动热压与热压过程对昭通褐煤、小龙潭褐煤与蒙东褐煤中水分的脱除的影响,分析了脱水后煤样的物理化学结构变化。研究表明,成型温度对脱水成型的影响较大:随着温度升高,三种褐煤的水分均减少,三种褐煤脱水效果为昭通小龙潭蒙东,不同温度下的型煤落下强度昭通褐煤能够达到90%以上;在10MPa压力以内,压力对水分的脱除具有促进作用,型煤机械强度随压力的增大呈现递增趋势;机械强度随着振动强度的增加先变大后减小;振动频率对褐煤水分的脱除有细微的促进作用,煤样机械强度随振动频率的增加先上升后下降;在一定范围内振动时间的增加有利于煤样中水分的脱除;物料量越多,越难以成型。煤质特性对成型有一定的影响:三种褐煤的总腐植酸含量大小顺序与游离腐植酸含量大小顺序趋于一致,游离腐植酸与型煤抗压强度呈正相关;脱水后一些官能团的吸收峰强度变高,羟基、羧基对于褐煤成型具有促进作用。热压前后煤样的结构有所变化:润湿性变化主要与温度相关;不同温度条件之间褐煤的整体架构发生的变化较小;三种褐煤原煤表面形貌均呈现出结构不规则状态,成块严重,矿物质和煤样小颗粒附于表面,且因含水量的不同显示出差异化;平滑度与煤样中含水量相关联,处理后煤样水分含量越少,平滑度越高,排列也就越规则紧密;振动力的改变对煤样孔径平均分布和其比表面积影响不大;最后,通过建立振动脱水速率变化动力学方程探究其中振动对脱水成型的影响机制得到:振动作用与压力作用产生联动效应,两者的复合效应促使水分进一步脱除,使煤样进一步压实固结。


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