型煤技术

型煤技术（精选8篇）

型煤技术 篇1

0 引 言

安阳化学工业集团有限责任公司 (简称:安化集团) 年生产合成氨24万t尿素48万t, 新上产品有甲醇、甲胺、DMF、食品级CO2 复合肥等, 随着公司生产规模的不断扩大产品种类的增多, 对原料煤的需求量逐渐增大, 日均耗块煤1 600t左右, 我公司为降低生产成本, 提高产品市场竞争力, 从2007年11月引进洛阳华誉型煤设备厂设备一套, 型煤年生产能力15万t。

1 设备和工艺问题分析

1.1 我厂生产情况

通常我厂根据煤的粒度分为:中块25-75mm, 小籽煤10-25mm, 粉煤≤10mm。

我公司现有煤气炉20台全部是固定层间歇气化法制煤气, 其中直径3.6m的12台, 直径2.65m的8台, 而8台小炉子经过近1a的型煤试烧, 炉子运行稳定, 达到了预定节能降耗的目的。

1.2 固定层间歇气化法对固体燃料成分的要求

(1) 水分:

固体燃料中的水分以三种形态存在:游离水、吸附水和化合水。游离水是开采、贮存、运输过程中带入的水分;吸附水是以吸附方式与燃料结合的水分;化合水是燃料中的结晶水;水分含量过高, 会降低造气炉内的温度, 降低蒸汽分解率, 减少发气量, 因此一般要求入炉煤水分含量低于5%。

(2) 挥发分:

是煤在隔绝空气条件下加热挥发出来的碳氢化合物, 在气化过程中能分解成氢气、甲烷以及焦油等。挥发分高的煤所制的煤气, 甲烷含量和煤焦油含量也高, 甲烷含量高, 也就降低了有效气体含量, 同时增加了合成氨放空气量, 增加了煤的消耗。而煤焦油难以全部清除, 容易粘附在设备管道上, 影响生产。所以挥发份越低越好, 一般不超过6%。

(3) 灰分:

是固体燃料完全燃烧后所剩余的残留物。煤的灰分含量越高, 相对的减少了固定炭的含量, 使煤的发热值降低, 同时也 加重了排灰机械的负荷, 增加了设备的磨损。因此一般要求燃料中灰分含量不超过15%～20%。

(4) 固定炭:

固体燃料中除去灰分、挥发分、水分和硫分以外, 其余的可燃性物质称为固定碳, 是固体燃料中的有效物质。因此固定炭越高越好, 一般不低于80%。

(5) 灰熔点:

灰熔点通常用三种温度表示:t1—开始变形温度, t2—软化温度, t3—熔融温度, 一般要求t2软化温度大于1 250℃。煤的灰熔点越高越有利于提高气化率, 有利于高产低耗。

(6) 机械强度:

固体燃料抗破碎的能力。一般煤的机械强度与煤的形成年代有关, 年代愈久, 强度越大。机械强度差的煤, 其热稳定性也差, 它在运输过程中和入炉之后, 破碎量较大, 造成炉膛阻力增大和通风不均, 使炉内工况恶化, 带出物增加。

(7) 热稳定性:

是指燃料在高温作用下, 是否容易破碎的性质。热稳定性好的煤, 在燃烧或气化过程中能以其原来的粒度燃烧或气化掉而不碎成小块, 或破碎较少;热稳定性差的煤在燃烧或气化过程中则迅速裂成小块或煤粉。这样, 轻则炉内结渣, 增加炉内阻力和带出物, 降低燃烧或气化效率, 重则破坏整个气化过程, 甚至造成停炉事故。因此, 要求煤有足够的热稳定性。

(8) 硫分:

在元素分析中的硫是指可燃硫, 并不包括残留在灰分中的硫。煤的全硫分一般为0.2-3%, 固定层煤气炉对煤中硫的要求<1%, 气化时硫基本是以硫化氢的形式和少量有机硫化合物的形式 (COS, CS2等) 转移到煤气去, 硫化物含量过高, 它不仅对设备、管道有腐蚀作用, 而且也会使催化剂中毒。

2 型煤

型煤是用一种或数种煤粉与一定比例的粘结剂或固硫剂在一定压力下加工形成的, 具有一定形状和一定理化性能的煤炭产品。 (通常是35～50mm的椭圆煤球)

型煤生产工艺按原料含水区分归纳起来有两种, 我们简称为湿式工艺和干式工艺。采用湿式工艺生产的型煤, 原煤一般不用经过干燥, 在生产过程中加入各种添加剂后压成湿的煤球 (此时型煤没有强度) , 经过24-48h固化, 强度逐渐增大, 达到运输、储存要求。由于我厂造气煤气炉的工艺要求必须采用干式生产技术, 并且生产出具有固体燃料所具有的基本性质, 因型煤跟我厂要求的中块煤很相近, 同时又用廉价的粉煤制做。

2.1 煤气炉对型煤的指标要求如下:

冷态强度 ≥50kg/个;

热态强度 适应制气要求, 在制气过程中不粉化;

固定炭 在原煤的基础上降低≤5%;

灰熔点 同原煤灰熔点;

水分 ≤5%。

2.2 工艺流程图

3 工艺流程简述

块转粉煤经振动筛把粒度较大的除去, 把粉煤经除铁器用皮带送往破碎机, 从破碎机出来≤3mm的粉煤经皮带送往双轴搅拌机, 在送入双轴搅拌机的皮带上加一定比例的细粉土和从反应釜 (一般温度90-100℃) 出来的粘合剂按一定比例经皮带带到半成品煤仓, (其中原料煤粉、粘结剂、热稳定剂、增强剂和防水剂的重量比为75-95∶1-6∶5-15∶0.5-3∶0.05-0.5) 。从半成品煤仓来的煤进入皮带至均化机, 从均化机出来经皮带再到成型机 (一般成型煤球颗粒在40mm左右) , 再经皮带到成型筛, 从成型筛出来经皮带到卧式烘干炉 (从烘干炉出来的颗粒机械强度能达到50kg/个) , 烘干炉经引风机把热风炉的热风引过来起烘干成品的作用。烘干炉有立式和卧式两种, 我厂采用的是卧式。

4 卧式烘干炉截面图

5 卧式烘干炉工作原理

我厂采用WHG系列翻板式烘干机是采用翻板式双向输送原理, 采用热风炉加热或烟道气为干燥介质进行烘干。既能提高设备空间的利用率又能改善通风干燥条件。

翻板式烘干机的组成由头架、尾架、中间架、牵引链、翻板、导轨、自动张紧装置、自动加热设备等。经成型机压成含大量水分的型煤, 由烘干机尾部流入烘干机上层翻板, 经翻板平稳运行到烘干机头部, 沿溜槽流入下层, 再送回机尾如此往复, 型煤在热风烘烤下逐步干燥, 由机尾部送出。

6 卧式烘干炉的性能特点

1) 设有自动紧张装置, 链板运行平稳, 翻转自如, 从而解决了掉链、卡链、跑偏等现象。

2) 筛板选用耐热钢冲成网状, 具有强度高不易变形, 透气性好。

3) 链板由调速电机传动, 可根据需要调节运转速度, 控制烘干时间。

4) 窑体内各段温度数字显示, 便于掌握和控制窑体内温度。

5) 窑体内翻板机两侧留有维修通道, 便于对设备进行维修。

6) 热风炉加热唯一采用链条炉自动加热设备, 自动上煤, 自动除渣, 热效率高, 煤种适应广, 清洁环保。

7) 设有防火装置, 窑头 窑中 窑尾装有三个热电偶, 烟道进风口设有烟匣门, 一旦机械出现故障, 立即放下闸门, 隔断热源防止起火。

8) 采用负压引风, 灰尘较小热风分布均匀, 进风口和烟囱底部设有沉灰池, 粉尘排放达标, 翻板两头设有螺旋自动除灰装置, 简单方便。而正压鼓风粉尘大生产现场污染严重, 且布风管易堵塞。

9) 设计从机尾低温区进球、低温区出球, 煤球由低温区渐变受热、高温区渐变受热, 避免成型后含有8%-10%水分的煤球因急剧受热而产生龟裂、爆裂, 破损率低。

10) 负压引风窑尾出风温度≤100℃, 含尘量小, 引风机使用寿命长, 运行成本低。而正压鼓风风机长期受高温、灰尘影响会发生失衡、振动、腐蚀、风机使用寿命短, 运行成本高。

7 投资估算

该项目总估算值300万元

其中设备投资200万元

土建投资80万元

其它20万元

8 社会效益分析

8台小造气炉经近1a的试烧型煤吨氨耗煤由1.5t降到1.3t, 每天可节约约120t煤, 则每年可节省资金约1 314万元。

9 结论

1) 该技术把粉煤压制成块作为工业造气原料, 既解决了块煤不足, 也有效的利用了粉煤;

2) 生产工艺连续、稳定, 适于大规模的工业化生产;

3) 自动化程度高操作方便;

4) 装置调节能力强, 操作弹性大;

5) 投资少, 操作费用低, 维护简单, 开工率高;

6) 装置可靠性高。

型煤技术 篇2

节能减排,创建“两型”企业是国际经济发展的方向,更是中国经济发展的政策要求。煤化工只有以创建“两型”企业为目标,不要片面追求GDP的增长,要以降低单位GDP能耗、提高资源利用率为方向,不断进行技术创新,勇于探索,确保减排与创新并举,积极发展战略性高技术产业和新兴产业,在新能源、清洁能源、循环经济和低碳经济方面发展,提高经济运行质量,推进优胜劣汰和结构升级,转变发展方式,才能实现煤化工企业快速良好发展。

由于受资源、环境和市场等条件制约,未来煤化工企业竞争形势非常严峻,笔者就如何实现煤化工企业转变发展方式谈几点看法。

一、深刻认识落实科学发展观,树立转变经济发展方式新观念,思想要到位

首先,要认真学习和理解科学发展观的内涵和精神实质,以科学发展观为重要指导思想,用思想来指导实际行动,通过学习和培训,增强快速发展与经济效益并重的意识,以发展为第一要务,在实践中形成符合企业实际的发展观,加强企业基础管理,苦练内功,转变经济发展方式观念,实现企业可持续健康发展。

通过各种有效途径,大力开展“讲形势、讲任务、讲发展、讲前景”演讲竞赛和“我与企业共成长”征文等活动,在企业内部掀起科学发展观实践高潮。生产一线大力开展“节约一滴水、节约一度电、节约一张纸”活动,提高员工思想意识,增强每名员工科学发展观理念。

二、建立环保和节能减排体制,管理机制要到位

强力推进节能减排,把节能减排作为促进企业科学发展的一条主线,建立健全节能减排统计、督察和考核体系,实施节能减排目标责任制,加强责任考核和责任追究意识,注重长期效益和社会效益,达到清洁生产。

通过数据的收集反馈,及时研究对策,特别是节能减排四级督察(公司、部门、班组、个人)体制,能够迅速了解生产过程中的指标执行情况,并以调度为指挥中心及时纠正。建立节煤、节电、节水等全套指标考核体系,加大工作落实力度,深入贯彻节能减排责任制,提高工作成效。

实施安全环保风险抵押制度,细分节能减排和环保工作指标,明确职责、包干到人,采用重奖重罚机制,增强全员节能减排和环保意识,形成安全环保责任共担的浓厚氛围,有力地促进节能减排和安全生产,增加企业效益。

制定《节能减排合理化建议管理办法》,设立专项资金,制定奖励办法,及时收取和采纳职工合理化建议,有效节约资源消耗,提高员工争做“节能减排和保护环境典范”热情,实现企业高效节能。

建立环保考核准则,通过实行严格的环保考核标准,确保生产系统稳定的前提下,减少企业“三废”排放量。该公司通过不断摸索和实践,达到废水闭路循环,实现了资源有效利用和环保达标排放。

三、通过改革创新实现发展方式转变,理念要到位

新型煤化工企业通过采用煤转化高新技术并优化集成,达到煤炭的有效、合理利用,实现经济最优化,有效延伸煤炭产业链,增加经济效益和减少环境污染。由于煤化工技术复杂、工艺流程长、设备投资大,技术选型和工艺设计尤为重要,是实现投资和运行成本大幅降低的有效途径。

认真贯彻“不求最大,只求最精”的理念。从原始设计和基础施工入手,经过国内外煤气化技术反复对比和论证,选用壳牌煤气化、低温一氧化碳变换、林德低温甲醇洗、鲁奇低温合成和四塔精馏等国际先进工艺,配置DCS+ESD控制系统,提高系统安全系数、生产线煤气化效率、甲醇质量和工艺节能环保效率,配套SBR污水处理系统,把污水中有机物含量降低为零,高效节能。

组织机构要创新,打破传统机构设置,实行大部制竖向管理,做到机构精简、人员精干、职责明确、管理高效。打造紧凑合理的厂区规划,发展联合厂房,建多层装置和仓库,避免不规则的建筑外形,科学规划通道宽度和管线布置间距,在保证安全生产的前提下节约用地,最大程度缩小占地面积,有效降低土地资源消耗。要建立健全人才机制,有效规范技术、环保和创新型人才体制,采用先进的人才管理理念。要加大人才培养资金的投入,开创性思维,实施人才强企战略,满足生产经营管理需要,构建“以人为本,文化入心”的核心价值理念。通过人才机制有效保证发展方式的转变。成立项目建设、技术研发、工艺改造等研究小组,投入专项资金保障,实行“德才兼备、不拘一格、五湖四海”的人才选拔培养理念,打造“责任重于能力,能力重于学历,重学历而不唯学历”的人才机制。

四、立足技术创新,增加企业效益,措施要到位

科学结合实际,立足技术创新,优化系统设计,通过不断改造系统设备和工艺,简化工艺流程,降低操作难度,提高工艺效率和操作弹性空间,减少投资和运行成本,以有效提升传统产业,推进节能减排,增加企业效益。要结合实际,综合考虑,保障资源整合,实现资源的二次利用,既能减小环境污染,实现洁净生产,又能实现变废为宝,降低生产成本,增加企业环保效益和社会效益。

现代煤化工企业单元多,总工艺流程长,必须重视系统的详细过滤和科学审定,加强对系统总体经济效益的分析和研究,从而避免生产的无规律性和盲目性,提高系统运行的安全性和稳定性,有效缩短开停车过程,降低生产消耗,以构建装置高效生产运作模式,增加企业效益。

要有与时俱进的科学发展观,一切从提高系统运行环保节约效果出发,因地制宜,大力鼓励和支持环保技术创新,提高能源的循环利用,降低排放量,减少环境污染。

五、果断调整产品结构,有效拉长产业链,发展循环经济,发展思路要到位

在甲醇产能过剩、市场低迷的形势下,煤化工企业应立足当前,考虑长远,积极响应国家转变经济增长方式的政策方针,及时转变发展方向,调整产品结构,拉长产业链,以节能环保、循环利用为原则,积极研究甲醇深加工和工业应用,大力推广节能环保项目建设。

科学规划下游产业项目,增加企业经济增长点,有效拉长甲醇产业链,向高附加值的精细煤化工领域拓展,提升企业经济竞争力,促进发展方式的转变。

要果断调整产品结构,实现产品多元化,保证企业可持续发展,通过科学研究和探索,结合甲醇生产工艺的特点,创新型思维,转变生产方式,合成乙二醇,有效利用甲醇装置驰放气中的氢气,合理调整甲醇产品结构,在基本不增加能源消耗的基础上,大幅提高附加值,适应市场发展需求,增加企业效益,提高经济运行质量。

科学整合资源,变废为宝。大力发展循环经济,化工企业均产生大量的二氧化碳和二氧化硫废气,造成大量的环境污染,通过合理的工艺衔接,利用得当,使工业三废变为企业增益的有效手段,不断拉长产业链,使每个环节都有产品,实现资源的最大利用,有效减少排污。

通过认真贯彻落实国家关于节能减排和“资源节约型、环境友好型”企业创建工作精神,紧紧围绕“两型”企业创建要求,以清洁生产与精益生产为主线,以节能减排为重点,通过思想、体制、技术创新,开拓思维,积极开展“资源节约型、环境友好型”企业创建工作,将“资源节约型、环境友好型”文化纳入到企业当中,精心部署,科学组织,有效拉长产业链,果断调整产品结构,发展循环经济,落实科学发展观,加快“资源节约型、环境友好型”企业建设和转变发展方式进程。

防爆型煤灰分仪的关键技术研究 篇3

中国各类煤矿的平均采区回采率为64%,平均矿井回采率仅为46%[1],与世界主要产煤国相比低很多。提高回采率能够减少进尺,延长矿井寿命,降低吨煤成本,是煤矿企业追求的目标,也是中国在现有煤炭储量下保持能源安全供给的有效措施之一。

过去由于没有防爆型煤灰分仪,国内一些煤矿将普通煤灰分仪安装在井口、洗煤厂的输送机上,在线监测煤矿井下的原煤灰分,指导井下原煤生产[2]。由于监测数据存在滞后性,实际效果不理想。如果开发出防爆型煤灰分仪并将其前置到采区工作面的输送机上,采区就可以根据防爆型煤灰分仪检测到的实时灰分指挥放顶煤生产,实现提高回采率、降低含矸率的目标。

本文研究了防爆型煤灰分仪设计中的关键技术,以保证防爆型煤灰分仪的高精度,使其能在煤矿井下环境中可靠工作。

1 防爆型煤灰分仪组成

防爆型煤灰分仪主要由防爆型γ射线探测仪、显示控制器和本安电源组成,如图1所示。

γ射线探测仪是检测γ射线强度的传感器,其计数率的大小决定了灰分仪的精度。参考文献[3]阐述了γ射线探测仪的防爆型式不能选择本安型、只能选择隔爆型的原因。为了使防爆型γ射线探测仪既符合防爆性能要求,又满足煤灰分仪对低能γ射线的计数率要求,本文提出在传统隔爆外壳上加装射线透窗[4]的创新设计方案[5]。

本安电源是防爆型煤灰分仪的重要组成设备,它为显示控制器提供直流电源,其稳定性和抗干扰能力直接影响煤灰分仪工作的稳定性和可靠性。现有的本安电源多采用检测负载电流值作为评判负载故障、保证本安性能的依据。该方法对感性负载有一定的局限性。本文提出一种基于电流变化率检测的本安电源技术,提高了煤灰分仪的稳定性。

2 防爆型煤灰分仪的关键技术

设计防爆型煤灰分仪绝不是给普通型γ射线探测器加装一个隔爆外壳。防爆型煤灰分仪有2项关键技术:(1) 针对加装传统隔爆外壳后大幅降低低能γ射线计数率的难题,笔者提出了射线透窗技术,保证了防爆型煤灰分仪的精度;(2) 提出了电流变化率检测的本安电源技术,使防爆型煤灰分仪能在煤矿井下环境中可靠地工作。

2.1 射线透窗技术

要准确测定原煤灰分,就要保证137Cs的计数率I、241Am的计数率J满足一定值。由参考文献[6]可知,如果煤灰分变化1%,将引起241Am低能γ射线的计数率变化0.19%。如果灰分仪能分辨0.2%的灰分变化,则要求灰分仪对241Am低能γ射线的计数能感知0.04%的变化。确保137Cs、241Am的最小计数率是保证防爆型煤灰分仪有较高分辨力的关键。

2.1.1 γ射线衰减率特点

为了测试不同厚度A3钢板对γ射线计数的影响,搭建了γ射线衰减率测试环境,如图2所示。

γ射线输出器与γ射线探测器的距离为600 mm,以输送带上无煤状态下测到的γ射线强度I0、J0作为基准,在探测器下方的透窗材料位置上分别放厚度为1、2、3、4 mm的A3钢板,分别记录测得的相应射线强度Ii、Ji,Ii/I0、Ii/J0就是该厚度下241Am、137Cs对应A3钢板的衰减率。A3钢板厚度与γ射线衰减率的关系如图3所示。

符合防爆性能要求的A3钢板最小厚度为3 mm。从图3可看出,该厚度对应137Cs中能γ射线的衰减率为15.9%,对241Am低能γ射线的衰减率为94.1%。隔爆外壳对中能γ射线的衰减较小,对低能γ射线的衰减过大。将低能γ射线探测器装入A3钢板制造的传统隔爆外壳的方案虽然符合防爆性能要求,但不能满足灰分仪精度对低能γ射线计数率的要求,必须找到一种方法来降低传统隔爆外壳对241Am低能γ射线的衰减率。

2.1.2 射线透窗技术要求

射线透窗由压盘和透窗组成,如图4所示。

射线透窗为低能γ射线在穿透隔爆外壳时提供一个低衰减率的“通道”,解决了低能γ射线在穿过隔爆外壳时大幅衰减的问题。实现射线透窗的关键是要找到符合要求的透窗材料。

透窗材料需满足3个条件:(1) 符合防爆性能要求;(2) 对低能γ射线的衰减率要小;(3) 基本不改变射线的单能特性。

对于同一种材质的材料,质量厚度大的物质对γ射线的衰减率大,质量厚度小的物质对γ射线的衰减率小;对于不同材质的材料,γ射线的衰减率不仅受材料质量厚度的影响,还取决于材料对γ射线质量衰减系数μ的大小。

物质的成分不同,质量衰减系数的获取方法也不同:金属的质量衰减系数可以从表中直接查找;金属合金因其成分确定,也可通过查表或根据已知的合金成分含量按照复合材料质量衰减系数的计算规则[7]得到;对于非金属,比如煤,由于无法获得准确的成分含量,只能依靠试验的方法获得质量衰减系数。

2.1.3 射线透窗衰减特性

为了寻找适合防爆要求的透窗材料,选择密度为2.5 g/cm3的非金属钢化玻璃[8]、密度为2.8 g/cm3的金属合金铝合金、密度为7.8 g/cm3的纯金属A3钢板作为测试样片,测试3种材料对低能γ射线的衰减率。经实测,各透窗材料在不同厚度下对241Am低能γ射线的衰减率如图5所示。可见刚化玻璃对241Am低能γ射线的衰减率与其厚度成线性关系,基本没有改变射线的单能特性。

透窗材料的防爆性能既要满足GB 3836.1中的冲击试验要求,也要满足GB 3836.2中的爆炸要求。防爆透窗尺寸不同,其透窗材料的厚度也可不同[9]。根据透窗的开孔直径尺寸,符合防爆性能要求的钢化玻璃最小厚度为10 mm,铝合金最小厚度为6 mm。

从图5可看出,厚度为3 mm、质量厚度为2.34 g/cm2的A3钢板制成的透窗样片对低能γ射线的衰减率为94.1%;厚度为6 mm、质量厚度为1.68 g/cm2的铝合金制成的透窗样片对低能γ射线的衰减率为41.3%;厚度为10 mm、质量厚度为2.5 g/cm2的钢化玻璃制成的透窗样片对低能γ射线的衰减率只有40%。

通过分析测试数据可得出结论:(1) 铝合金和A3钢板同为金属材质,透窗样片对低能γ射线的衰减率符合“样片的质量厚度越大,样片对γ射线的衰减率越大”的规律;(2) 钢化玻璃为非金属材料,A3钢板为金属材料,2种不同材质的材料对低能γ射线的衰减率不符合“样片的质量厚度越大,样片对射线的衰减率越大”的规律;(3) 铝合金对低能γ射线的衰减率与钢化玻璃接近,但因GB 3836.2对铝合金在煤矿井下的应用有很多限制,不推荐作为透窗材料;(4) 钢化玻璃样片对低能γ射线的衰减率最小,具有较高的通透率,适合做透窗材料;(5) 用钢化玻璃制作的射线透窗衰减了40%的241Am低能γ射线,为了保持防爆型煤灰分仪的计量精度,防爆型煤灰分仪使用的241Am源的活度应为地面普通型煤灰分仪所用源活度的2倍。

2.2 基于电流变化率检测的本安电源技术

本安电源由非本安电源转化而来。通过在普通直流电源的输出回路中接入双重化的可靠性组件(由稳压、限流、快速切断的保护电路构成)来实现本安化,保证电源及负载在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能引起周围可燃性气体燃烧或爆炸,实现电气防爆[10]。

2.2.1 本安设备负载特性对本安电源性能的影响

本安系统由本安设备和本安电源组成。本安系统中短路点的电火花能量除了来自本安电源输出的能量外,还有来自本安设备中电容或电感储存的能量。这就要求本安电源的可靠性组件能够快速检测到本安系统中出现的故障信号,快速关断电源,限制本安电源的能量向故障点输出,保证系统的本安性能。

目前本安电源的短路保护多采用过流检测。构成本安设备的元器件不同,等效后的负载性质也不同,对系统的本安性能影响也不同。

阻性负载:只要负载电流达到本安电源保护电路的整定值,可靠性组件就快速切断电源,对本安系统的本安性能没有影响。

容性负载:负载电流与负载电压的变化率成正比,只要负载电压有变化,负载电流就一定会变化,具有超前性。可靠性组件通过监测负载电流,能及时检测到负载回路是否有故障,保护电路可以快速动作,限制本安电源向故障点输出能量,对系统的本安特性影响不大。

感性负载:电感的特性是抑制电流的变化,维持回路电流不变。在负载发生断路的瞬间,本安电源的输出电流有减小的趋势,采用过流检测的可靠性组件因负载电流小于保护整定值而不动作,本安电源继续向负载供电;但感性负载储存的电能则以电流的形式流向故障点,在断路点形成能量的叠加,影响系统的本安性能。

可见采用过流检测的本安电源在带阻性负载和容性负载时都不会影响系统的本安性能,带感性负载时会影响系统的本安性能。

2.2.2 电流变化率检测

电流变化率检测是利用本安系统在发生开路、短路、器件损坏等故障时,本安设备电路中的电流变化率有剧烈变化[11]的原理提取电路故障信号,提高本安电源的响应速度。通过电流变化率取样,克服了感性负载电流检测滞后变化的弊病,提高了本安电源的本安性能。

采用电流变化率检测的本安电源技术后,不论本安系统出现短路故障还是断路故障,都会引发本安电源输出电流的变化,可靠性组件就会根据电流变化率快速、准确地感知本安系统的故障状态,缩短检测时间,提高电源的本安性能。

通过研究负载电流变化率与微分电路脉冲幅值输出关系得出结论:负载电流越大,微分电路输出的脉冲幅值也越大,而且微分电路输出的脉冲峰值电压与负载电流具有良好的线性关系。根据脉冲峰值电压的大小可以设定保护的动作电流值。

该方案的特点是检测参数为线路中的电流变化率,与线路中电流大小无关,故障检测速度快,保护动作快,安全可靠。

2.2.3 电流变化率检测可靠性组件

电流变化率检测电路由运算放大器U1、微分电路和电压比较器U2组成,如图6所示。

该电路将运算放大器U1A输出的电压全部反馈到U1A的反相输入端,构成电压跟随器,输出电压与输入电压的关系为Vo2=Vo1。电压跟随器起隔离作用。

电阻R4、R5和电容C2共同组成微分电路。U2D输出的脉冲电压值正比于电流上升沿的变化率,U2C输出的脉冲电压值正比于电流下降沿的变化率。电路中各点的波形时序如图7所示。通过设置比较器U2的门槛电压值就可以设定电流保护的动作值。

基于电流变化率检测的本安电源的可靠性组件电路由电流变化率检测电路、比较电路、或门电路、控制电路构成。全部电路需要双重化设计[12,13]。

3 结语

采用射线透窗和电流变化率检测的本安电源技术成果研制的防爆型γ射线探测仪解决了低能γ射线在穿透隔爆外壳时衰减率大的难题,保证了防爆型煤灰分仪的精度,适用于煤矿井下环境。防爆型煤灰分仪在采区的应用有效降低了采区煤矸石的排放量,为企业降低运输电耗、减少采空区塌陷、保护矿区环境提供了保障。防爆型煤灰分仪在煤矿推广符合我国能源发展战略,具有非常广阔的市场前景。

型煤装置粉尘产生原因及治理 篇4

1 粉尘产生原因

型煤装置开车以来,现场粉尘浓度非常高。抽样分析表明,粉尘浓度最大的作业点在直线振动筛处为18.4mg/m3,远高于国家标准规定的4mg/m3。现场粉尘浓度高,一方面造成操作环境较差,严重影响操作工的身心健康;另一方面存在粉尘爆炸的安全隐患。因此粉尘治理迫在眉睫。

经过调查分析,皮带机在运输过程中产生大量的粉尘。有5个粉尘浓度最大的作业点,即无烟粉煤从煤库经皮带机掉落到直线振动筛上、运输干煤棒返料的15#皮带机机头处、栈桥上2#转运站、栈桥上3#转运站以及栈桥上13#皮带机头部煤棒碎料,见表1。

5个作业点产生粉尘的原因具体如下:

1)直线振动筛周围

型煤装置使用的筛分设备为直线振动筛,型号ZZS1235,振动电机功率2×2.4 k W。无烟粉煤从皮带机输送到振动筛上,1#皮带机机头与振动筛落差1.5 m,筛网网格25 mm×25 mm,周围空间不封闭,因而产生大量粉尘;其次,直线振动筛由双振动电机驱动,当2台振动电机做同步、反向旋转时,在激振力和物料自重力的合力作用下,将无烟粉煤中颗粒大于25 mm的块状物筛分到返料管,颗粒小于25 mm的细煤垂直坠落到立库内,此时高度落差为3 m,立库顶部及振动筛四周皆不封闭,从而产生大量粉尘。

2)15#皮带机机头处

从烘干塔内出来的干煤棒中,一部分发生碎裂。经过10#皮带机落到筛分设备上后,碎裂的煤棒经14#皮带机转运到15#皮带机上,因导料槽内空间太小,加上密封不严,大量的细微粉尘从导料槽的间隙处飞逸而出,造成周围环境产生粉尘。

3)栈桥上2#转运站

筛分后的煤棒,由11#皮带机转运到12#皮带机时,一部分煤棒在跌落过程中破碎,从导料槽内间隙处逸出。

4)栈桥上3#转运站

12#皮带栈桥上的煤棒,转运到13#皮带栈时,跌落破碎的煤棒产生的扬尘。

5)13#皮带机头部下料口

13#皮带机上共分布9台卸料器。运输皮带上的煤棒,在卸料器卸料过程中,一部分煤棒破碎。加上煤棒被运到皮带机头部的返料仓内时,因落差大(约10 m),而产生大量的粉尘。

2 治理措施

2.1 FLQC系列扁布袋除尘器

FLQC系列复膜自清扫扁布袋除尘器是一种对含尘气体进行过滤的净化装置,适用于干湿细微粉尘的净化治理和物料回收。FLQC系列复膜自清扫扁布袋除尘器由风机室、过滤室、对拍清灰机构、滤袋间自动清扫机构、吸排风口、防爆泄压门、电气控制箱等部件组成。FLQC系列复膜自清扫扁布袋除尘器主要结构如图1所示。

2.2 增加FLQC-35扁布袋除尘器

针对无烟粉煤从皮带机上掉落到振动筛处产生的粉尘,选择1台过滤面积为35m2、型号为FLQC-35的扁布袋除尘器即可以满足除尘要求。FLQC-35扁布袋除尘器技术参数为见表2。

具体的施工方案如下:

1)封闭立库四周空间

立库的直径φ4500 mm,容积50 m3。原立库顶部与振动筛平台不封闭(间距100 mm),粉煤从振动筛上筛落过程中,颗粒细小的粉尘从间隙处向四周逸出。现使用3 mm厚碳钢钢板制作成环圈,把立库顶部四周间隙全部封闭。

2)封闭振动筛四周空间

振动筛四周的平台长5 m、宽5 m、高2 m。用3 mm厚碳钢钢板,把四周及顶部所有间隙封闭,预留进料口及顶部安装除尘器的位置。在振动筛平台顶部安装两盏防爆灯照明,型号为BFC-6201-150W。

3)安装FLQC-35扁布袋除尘器

为便于检修,直线振动筛正上方安装除尘器的位置设计成法兰式。FLQC-35扁布袋除尘器安装在直线振动筛正上方,除去立库及直线振动筛工作时产生的粉尘。

风机出口的气体,经过除尘器过滤,含尘量非常少。风机出风口设置在立柱外,防止一部分粉尘被吹起来,引起二次污染。

2.3 增加FLQC-19扁布袋除尘器

其余4个粉尘较大的作业点,因粉尘泄漏的原理相同,为便于维护设备,选用4台过滤面积为19m2的FLQC-19扁布袋除尘器,即可以满足除尘要求。FLQC-19扁布袋除尘器技术参数为见表3。

具体的施工方案如下:

1)密封导料槽

原导料槽的长度为1m,主要问题为无顶盖,底部与运输皮带间隙大,导料槽内空间小,粉尘大量逸出。针对以上问题,制作长度约7m的导料槽,将皮带机导料槽扩大容积,导料槽顶盖密封。增大导料槽内空间,降低粉尘在槽中的运动速度,防止粉尘向导料槽外逸散。

与运输皮带接触的位置用胶皮密封严实,阻止进入导料槽内的粉尘向外逸散,改进导料槽进口和出口挡帘,密封粉尘的主要泄漏点。

2)安装FLQC-19扁布袋除尘器

导料槽上安装除尘器的接口设计成法兰式,便于检修。FLQC-19扁布袋除尘器安装在导料槽出料口顶部,解决了粉尘在进料口形成强气流,除尘效果不佳的隐患。

风机出口的气体经过除尘器过滤,含尘量非常少。风机出风口设置在栈桥外,防止栈桥内的一小部分粉尘被吹起来,引起二次污染。

2.4 扁布袋除尘器的运用

型煤装置内,5台扁布袋除尘器的电控箱安装在与除尘器间距约1.5 m的钢结构立柱上,安装高度1.5 m,便于操作。电控箱采用380 V交流电源供电,控制电压为220 V,信号灯电压为220 V。电控箱设有自动、手动开关及故障报警装置,操作方便,动作稳定可行,维修方便。

FLQC系列复膜自清扫扁布袋除尘器配带有可编程控制电控箱,实现扁布袋除尘器的全自动化运行。电气控制程序为:运输皮带启动,风机与运输皮带同步启动→100~120 min风机停,振打一次风机自动启动,每100~120 min循环一次。输送带停,风机延时0~30 s后,风机停→振打振打停再次振打振打停→自动清扫→自动清扫结束→整机停。

3 治理效果

对型煤装置粉尘最大的5个作业点改进密封结构,并安装扁布袋除尘器、调试运行正常后,各作业点粉尘检测结果见表4所示。

从表4看出,对型煤装置内粉尘浓度最大的5个作业点的粉尘治理效果显著,煤尘(总尘)含量达到职业接触限值4 mg/m3内,粉尘治理达到预期目标。

摘要：对云南云天化股份有限公司红磷分公司新建20万t/a型煤装置振动筛及皮带机运输转运站产生大量粉尘的原因进行了分析。对振动筛周围及转运站导料槽密封等进行了改进,并选择FLQC系列扁布袋除尘器除尘。解决了粉尘浓度超标、工作环境恶劣等问题。

关键词：型煤装置,粉尘,导料槽,密封,扁布袋除尘器

参考文献

[1]于长海.输煤系统粉尘现状分析及治理策略[J].产业与科技论坛,2012.

[2]唐慧敢,李知桂.输煤皮带除尘系统的改造[J].采矿技术,2004:29-30.

对型煤制作中两个观念的看法 篇5

1 对“进入造气炉型煤水分, 控制并不是越低越好”观点的分析

主要从以下两方面分析。

1.1 型煤的水分与煤耗

造气炉型煤水分变化的生产数据如下 (所用原料煤质基本相同) 。

入炉型煤水分, 平均在4%时, 采集十天的数据如下:平均吨氨煤耗为1 605 kg, 总氨产量每天平均1 380 t, 造气返料平均每天75 t, 旋风灰平均每天93 t。烘干型煤, 热风炉平均每天用煤37 t。 (返料和旋风灰均计入煤耗。)

入炉型煤水分, 平均在2.5%时, 采集十天的数据如下:平均吨氨煤耗为1 540 kg, 总氨产量每天平均1 380 t, 造气返料平均每天62 t, 旋风灰平均每天85 t。烘干型煤, 热风炉平均每天用煤45 t。 (返料和旋风灰均计入煤耗。)

消耗对比如下。

型煤水分4%时, 每天氨产量1 380 t, 吨氨煤耗1 605 kg, 用煤量为:

1 380×1 605/1 000=2 214.9 t

型煤中含水量 2 214.9×4%=88.6 t

造气净用煤量 2 214.9-88.6=2 126.3 t

型煤水分2.5%时, 每天氨产量1 380 t, 吨氨煤耗1 540 kg, 用煤量为:

1 380×1 540/1 000=2 125.2 t

型煤中含水量 2 125.2×2.5%=53.1 t

造气净用煤量 2 125.2-53.1=2 072.1 t

型煤水分由2.5%上涨至4%时, 造气增加用煤量为:

2 126.3-2 072.1=54.2 t

同时, 造气返料上升75-62=13 t, 旋风灰上升93-85=8 t。

返料和旋风灰均计入煤耗, 这两项均可再次利用, 合计为21 t。

型煤水分由2.5%上涨至4%时, 烘干型煤, 热风炉减少用煤量为45-37=8 t。

综上, 型煤水分由2.5%上涨至4%时, 实际增加用煤量54.2-13-8-8=25.2 t。

因此增加水分后对于消耗来说是增大的。

1.2 从型煤制作和气化过程分析

(1) 从型煤制作分析

型煤烘干是需要热量的, 而热量是靠热风炉燃烧原煤得到的。这可能是持有“进入造气炉型煤水分, 控制并不是越低越好”这种观点的理论基础。然而提高型煤水分后, 型煤的冷强度本身就会下降, 在运输入炉的过程中, 必然导致破损量增加, 返料上升, 这些通过上面采集的数据可以有效证明;同时, 破损量增加, 造气入炉煤含粉量增加, 导致旋风带出物增加。返料和旋风带出物增加, 在造气实际消耗同等煤量的情况下, 原料所需要生产的冷态型煤量要增加, 烘干窑的负荷也要增加, 导致整个型煤制作过程中, 生产负荷上升, 最终表现在煤耗、电耗、工艺物料消耗、设备的备品备件以及劳动成本的上升。

(2) 从型煤气化过程分析

型煤气化关键在确保造气炉内透气、燃烧均匀。在型煤水分升高后, 要保证造气炉透气, 必须多用上吹加氮, 但炉内粉末增多 (旋风带出物多可以证明) , 又不允许多用上吹加氮, 这个矛盾势必导致造气炉内局部超温, 炉况波动。特别在原煤质量好时, 其亲水性就会差一些, 成型更难, 型煤的强度和粘度本身就会下降, 入炉后型煤粉化会增加。对于优质煤气化而言, 应该增加风量, 但因为型煤质量问题, 增加风量后, 旋风带出物会更多, 更易造成造气炉内偏流、局部结疤, 同时对设备冲刷会更严重, 所以不允许加风量, 这个矛盾导致好煤质也发挥不出应有的效果。

综述, “进入造气炉型煤水分, 控制并不是越低越好”, 这种观点值得商榷。

2 对“型煤制作时添加白泥, 可节约褐煤用量, 达到节约生产成本”的分析

对这种观点, 从以下两方面分析。

2.1 对型煤添加白泥的生产数据分析

针对型煤制作时白泥变化, 采集生产中的数据 (所用原料煤质基本相同) , 见表1。

说明:由于型煤制作过程中有一道沤制工序, 造气所用型煤与原煤配比对应关系为相隔两天, 例如, 上表中22号配煤24号造气开始烧。烧加白泥型煤后, 造气增开1台ϕ2 610 mm造气炉。没加白泥型煤以980元/t计, 按燃料煤600元/t、褐煤450元/t、液碱900元/t、白泥130元/t计算。

(1) 吨型煤制作成本比较

18号到22号没有添加白泥时, 对应的型煤为20到24号。

经计算, 型煤中褐煤所占比例为:

(147+115+97+103+105) / (1 858+1 963+1 960+1 954+2 032) ×100%=567/9 767×100%=5.8%

型煤中液碱所占比例为:

(49+48+42+46+43) / (1 858+1 963+1 960+1 954+2 032) ×100%=228/9 767×100%=2.334%

23号至27号添加白泥时, 对应的型煤为25到29号。

型煤中褐煤所占比例为:

(87+93+85+86+82) / (1 951+2 054+2 000+2 020+2 015) ×100%=433/10 040×100%=4.312%

型煤中液碱所占比例为:

(30+31+33+30+29) / (1 951+2 054+2 000+2 020+2 015) ×100%=153/10 040×100%=1.523%

因此, 加白泥后液碱和褐煤消耗, 分别下降了0.811%和1.488%。

23号至27号型煤中, 白泥所占比例为:

(53.76+47.09+51.34+49.25+52.34) / (1 951+2 054+2 000+2 020+2 015) ×100%=253.78/10 040×100%=2.523%

添加白泥后, 吨型煤节约成本:

900×0.811%+450×1.488%-130×2.523%=10.7元

(2) 吨氨煤耗成本比较

18号到22号没有添加白泥, 对应为20到24号, 其平均吨氨煤耗1 522.6 kg。

23号到27号添加白泥时, 对应为25到29号, 其平均吨氨煤耗1 573.8 kg。

加白泥比没加白泥吨氨煤耗成本上升33.4元。

(3) 吨氨旋风带出物价值比较

20到24号没加白泥吨氨对应的旋风带出物为:

(71+74+72+70+75) ×1 000/ (1 858+1 963+1 960+1 954+2 032) ×1.522 6=56.4 kg

25到29号加白泥吨氨对应的旋风带出物为:

(91+93+89+98+95) ×1 000/ (1 951+2 054+2 000+2 020+2 015) ×1.573 8=73.1 kg

所以, 加白泥后旋风带出物吨氨增加16.7 kg, 旋风带出物可作为燃料煤再次利用, 其吨氨价值为:16.7/1 000×600=10.02元。

(4) 加白泥后满足同样的生产负荷增开的造气炉、型煤成型机, 造成的吨氨生产成本上升均不计。

综上, 加白泥比没加白泥吨氨成本上升23.38元。

2.2 从型煤制作中褐煤粘结成型机理上分析

褐煤中的沥青质是煤粒间粘结成型的主要物质。沥青的软化点在70～80 ℃, 在加压成型过程中, 由于煤粒间相对位移, 彼此相互推挤、摩擦产生热量, 使沥青质软化成为具有粘结性的塑性物质, 将煤粒粘结在一起成为型煤;褐煤中含有游离的腐殖酸, 游离的腐殖酸是一种胶体, 具有强极性, 在成型过程中, 外力作用使煤粒间紧密接触。具有强极性的腐殖酸分子使煤粒间相结合的分子间力得以加强而成型;同时, 褐煤中有大量含水的毛细孔, 成型时毛细孔被压溃, 其中水被挤出, 覆盖于煤粒表面形成水膜, 进而填充煤粒间的空隙, 呈现出相互作用的分子间力, 加强煤粒的接触而成型。褐煤的这些特点, 都是白泥不具备的。白泥相比于褐煤, 唯一的长处就是水分含量低, 当原煤水分超标后, 能够起到一定的调节作用, 对型煤制作成型有一定的帮助。通过这些, 就不难理解有上面的计算结果了。因此, “型煤制作时添加白泥, 可节约一定的褐煤和碱的用量, 能够节约生产成本”, 就值得商榷。

3 结 语

手烧锅炉应用洁净型煤的探讨 篇6

煤炭是锅炉的主要燃料,为了合理有效地利用能源,国家已把发展洁净型煤技术提到重要的战略地位,并已列入了“九五”规划之中。燃烧原煤对环境污染十分严重,原煤在直接燃烧过程中(不加任何处理)要释放出二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等有害气体,伤害人畜,损坏庄稼,给国民经济造成巨大损失,我国因环境污染造成的损失是相当严重的。面对日趋恶化的环境污染,世界发展中国家都在深层次的研究和寻找更有效的措施加以改善。通过加强规划、制定政策、完善管理开发新技术等多种渠道来解决这一问题。我国是世界上最大的生产和消费煤炭的国家,今后也不可能减少煤炭的消耗。为节能和环保,唯一选择的就是发展新型洁净型煤。该项技术是比较适合我国国情,比较容易实施。推广此项技术有助于节约能源、有利于环保事业。

1.1 降低污染,洁净环保

我国是产煤大国,资源丰富,但也是污染严重的国家。“十一五”以来,全国上下加强了节能减排工作,国务院发布了加强节能工作的决定,制定了促进节能减排的一系列政策措施,温家宝总理指出:“要高度重视狠抓落实进一步加强节能减排工作”。

节能减排,对小吨位手烧锅炉来说,它虽然每台锅炉用煤量不大,但对环境污染相当严重,特别是散煤直接燃烧,它的粉尘排放量惊人(参见表1)。小吨位手烧炉在中小城镇浴池应用比较广泛,也是环保老大难单位。目前采用洁净型煤的方法是通过对燃料科学的配伍,针对不同煤种的特点采用相应的节煤消烟固硫添加剂。然后压成型,制成洁净型煤。上述问题都得到良好解决。在立式蒸汽锅炉上直接烧原煤(原煤散烧)与洁净型煤对比试验看已经取得满意的效果。参见试验对比表1。

1.2 节约能源

小型手烧炉由于锅炉吨位小,燃烧效率低,浪费燃料比较严重。采用洁净型煤的方案,由于加入添加剂,提高了锅炉效率,可以减少燃料浪费。洁净型煤生产工艺不是十分复杂,关键是制成后的燃烧性能。通过加入添加剂后,它可改善型煤的内部燃烧结构,消除型煤由于成型压力过大所产生的诸多弊端,从而达到理想燃烧效果。通过对型煤生产企业的技术指导,可充分利用煤泥、煤矸石、麦秸、稻壳、劣质煤及当地资源,调整最佳配方,制作出高质量低成本的型煤。本实验加入15%的低质煤矸石(4 103 kJ/kg),加入9‰的添加剂。其效果参见试验对比表2。

试验地点:桦甸市兴桦煤矿

试验时间:2008年8月2日～3日

2 煤矿生产洁净型煤效益分析

2.1 通过节煤直接节省资金

按每吨煤500元,添加剂按每吨6 000元,添加剂加量为1%,节煤率为30%计算(将煤矸石利用及燃烧时节约材料都考虑在内)。

每吨添加剂可配兑100 t煤,每吨煤加入添加剂(含粘结剂添加剂)的价格为60元。

如果某单位年生产100,000 t煤,按节煤15%计算实际用煤8.5万t,需使用添加剂850 t。

节约用煤3万t,折合资金为1 500万元。

用添加剂850 t(含粘结剂添加剂),折合资金为510万元。

年用量100,000 t煤,纯节约资金为990万元。

2.2 节省运输,降低劳动强度减少污染

由于使用“黑玉”牌节煤消烟剂,煤矿用煤矸石15%,从而使综合运输力减少15%以上,不仅节省运输费用同时也降低职工的劳动强度。

由于对低质煤矸石的利用,从而减少煤矸石对农田的占用和对环境的污染。

3 型煤添加剂

3.1 目前型煤生产存在的问题

随着石油价格的上涨,自然灾害、小煤窑的关闭、煤源不足等众多原因不断拉动煤的价格,供暖煤在短短的几年内由每吨一百多元涨到六百多元,就连煤泥也由每吨15元涨到每吨120元,这还不包括运费,这只是煤矿的出井价。随着国际能源市场价格上涨,煤炭价格市场上扬,国内煤炭市场趋于活跃。各型煤生产厂原料短缺。不得不采用替代原料,煤矿尤其如此,采用煤矸石、煤泥等,但由于其热值低,密度大所以产生诸多问题。

3.2 型煤添加剂所能解决的问题

型煤添加剂是由氧化剂、消烟剂、固硫剂、催化剂、膨化剂等组成。氧化剂能促进燃烧;催化剂在高温下使部分水分分解;消烟剂和固硫剂解决燃煤燃烧造成的污染。在以上药剂的共同作用下,使炉膛温度明显提高,燃烧时漏煤飞灰减少,燃烧更加充分,起到了节能、降染的作用。

(1)提高煤质,缩短点火时间,加快上火速度。

(2)延长明火时间,增加火焰高度,提高燃烧效率。

(3)解决蜂窝煤、煤球燃烧不充分,有黑心等问题。

(4)可以解决煤球接火慢、火焰短、烧不透及粘结、早强、防水、热强度等问题。

(5)解决消烟、除尘、固硫、环保问题。

4 结论

洁净型煤是利用地产原煤经过科学配伍并加入节煤添加剂、消烟剂、固硫剂、除焦剂、分散剂等材料后制成新的洁净原料。洁净型煤在燃烧时产生强烈的氧化,催化等化学反应,使锅炉燃烧效率提高。由于充分燃烧,排向大气的可燃气体在炉膛中几乎燃尽,排除的炉渣含碳量也大大降低,从而降低用煤量,减少了有害气体排放量。

洁净型煤从理论上解决了手烧锅炉燃用原煤对环境污染的问题。洁净型煤使用添加剂不仅提高了燃料燃烧效率也解决了煤矿对煤矸石利用的问题。从而为煤矿带来巨大的经济效益和社会效益。燃烧洁净型煤改变了空气质量,改善了生态环境。

摘要：针对我国中小城镇使用手烧散煤锅炉存在的问题,本文提出应用洁净型煤的办法解决手烧炉对环境污染及资源浪费问题。

关键词：手烧锅炉,洁净型煤,节能减排

参考文献

(1)程志芬,于渤.以节能供暖为中心.全面提高供暖水平(J).节能技术,2007,(4):351-355.

型煤力学参数测定中的误差分析 篇7

在很多实验中都会出现实验的误差, 而力学参数是岩石的一项重要的参数, 这一参数测定中的误差环节也很多, 大都是不被重视的, 从而导致最终的结果偏差很大。本文就力学参数测定的误差做一分析, 以便在以后的实验中尽可能的减小。

1 误差的基本知识

误差是指测量结果与被测量真值之差。我们知道, 任何技术测量都要借助一定的计量器具和主客观环境, 而计量器具和主客观环境或多或少都带有误差, 所以误差是必然存在于所有的技术测量之中的。误差分为绝对误差和相对误差[1]。

(1) 绝对误差Δ:是测量结果x与被测量真值x0之差, 即Δ=x-x0,

因测量结果可能大于或小于真值, 故绝对误差可能为正, 也可能为负, 是一个代数值, 即x0=x±Δ

(2) 相对误差ε:是测量的绝对误差与被测量真值之比。由于测量结果接近于真值, 所以相对误差又可近似地用绝对误差与测量结果的比值来表示, 即ε=|Δ|/x0≈|Δ|/x

相对误差是一个没有单位的数值, 通常用百分数来表示。

2 误差产生原因的分析

2.1 方法误差

方法误差是由于测量时选择的测量方法和被测量件的定位方式不完善引起的测量误差[2]。例如, 在接触测量中测量力引起的计量器具和零件表面变形误差, 间接测量中计算公式的不精确, 测量过程中工件安装定位不合理等。这类误差也是不可避免的, 但还是可以设法减小和预防的。

2.1.1 公式选取误差

根据力的平衡原理, 作用于剪切面上的法向力N和切向力Q应按下式计算:

式中P—试验机施加的总压力;

α—试件倾角;

f—圆柱形滚柱与试验机垫板间的摩擦系数。

而我们一般在选用公式时都是选取了不考虑摩擦系数的公式:

从而导致最后的力都比实际的偏小。

2.1.2 机械加工误差

工件在定位时产生的定位误差的原因有两个:

(1) 定位基准与工序基准不重合, 必然产生基准不重合引起的定位误差, 即基准不重合误差[3]。而我们一般在切割试件的过程中都是用粉笔在试件上做标记, 而粉笔画出来的标记本身就有2 mm左右的宽度, 再加上实验室都是采用电切割机进行切割, 在切割的过程中并没有进行高精度的对准, 都是靠人眼来判断, 而且切割片本身也有3 mm的厚度, 这样就会引起误差, 导致最后切割的高度有的大于要求, 有的小于要求。

(2) 定位制造不准确引起工序基准自身在位置上发生偏转或位移所引其的误差, 即基准位移误差[4]。这里要说明的是, 定位误差主要是发生在按照调整法加工一批工件, 如果按试切加工法, 则根本不存在什么定位误差。

2.2 计量器具误差

计量器具引起的误差是由于计量器具本身在设计、制造、装配和使用中不准确引起的误差。综合反映为示值误差和示值的变动性而影响测量结果。这种误差是不可避免的, 但是可以设法减小它, 如定期对计量器具进行检定, 绝不使用超差的计量器具。

2.2.1 电子秤的精度误差

虽然我们每次称量的质量都应该是固定的, 但是使用的天平精度是不够高的, 只达到了0.02 kg。对于某些奇数就无法称量, 比如1.01 kg就不能精确的称量出来。这样就导致最后所配的原料不一样。

2.2.2 模具本身的误差

在做试件的抗剪强度测定中, 我们选取的是直径50 mm, 高度50 mm的圆柱体。但是用实验室的模具做出来后发现, 用实验室的标准模具做出来的试件并不是标准的高度 (50 mm) , 而是在53 mm左右。这就表明, 我们在实验室做的圆柱体都比我们要求的高度偏高。而一般做出来的试件因为水分蒸发的原因都要比模具的高度小。也就是说我们所做出来的试件高度比要求的高点, 比模具的低点。

2.2.3 试件间材料配比误差

以抗剪强度试验为例, 因为需要计算出其凝聚力c值, 所以必须测量不同角度下的抗剪强度, 才能得到更为精确的结果。为了保证最后的结果更加真实, 我们一般都是35°、45°、55°、65°、75°每个角度下都做三个试件, 这样一共是需要15个相同的试件。而我们实验室一般都是同一类型的模具都不足15个, 是不能一次性把15个做出来的, 这就需要分批做, 而我们是不能做到每次的配比都一样, 这样就带来一个问题:如何保证这15个试件的配比一样?

2.3 环境误差

环境误差是指在测量时环境不符合标准条件所引起的误差。测量环境包括温度、湿度和振动等因素, 是随机不可预测的外界条件, 因而环境误差是不可避免的, 测量者只能是尽可能地在标准环境下测量。其中温度影响最大, 国标规定, 测量标准温度为20℃。当实际测量温度偏离标准温度时, 温度变化引起的测量误差为:

式中ΔL—测量误差;

L—被测尺寸;

t1、t2—计量器具和被测工件的温度, ℃;

α1、α2—计量器具和被测工件的线性膨胀系数, ℃-1;

另外由于环境温度的不同还带来每次所加水分不一样, 这也是导致材料配比不一致的原因之一。

2.4 人员误差

人员误差是指测量人员主观因素和操作技术不当引起的测量误差;主要原因是疏忽大意、主观臆断和技术不符合标准要求等, 这类误差是完全可以避免和预防的。

在不考虑天平误差的情况下, 我们还不能保证每组的水分是一样的, 如前所述, 当一次需要做出一组15个试件时, 我们需要分三批来做, 而每一批的水分本该是一定的, 但是, 在将煤粉水泥石膏搅拌均匀后, 再加水搅拌的过程是人靠视力来判断是否合适, 合适的标准是:不要太干, 放在手里可以握成一团, 但握成团又不能挤出水来, 所以这个标准的判断本来就不能保证每次的水分含量都一样, 而我们知道水泥本身是极易凝固和干燥的, 所以在操作的过程中, 如果某个环节时间较长也会导致水分必须要增加。而水分的含量对试件的强度是有影响的。

3 实验误差对结果产生的影响

3.1 水和石膏对强度的影响

一般我们都是用水泥、石膏和水来做试件, 而石膏在水泥中的作用机理是:

2CaSO4·H2O (熟石膏) +3H2O=2CaSO4·2H2O (生石膏)

即熟石膏加水后就会变成生石膏, 生石膏的硬度较大, 因而当水和石膏较多时, 其强度会增加, 反之, 强度会减小。

3.2 试件高度对结果的影响

3.2.1 对抗拉强度的影响

抗拉强度的计算公式为:

式中σ—抗拉强度;

P—破坏时的极限载荷;

d—圆柱试件的直径;

t—圆柱试件的高度。

由公式我们可以看出, 当高度t由于误差原因增大时, 其抗拉强度会增大, 反之会减小。

3.2.2 对抗剪强度的影响

抗剪强度的计算公式为:

式中Q—切向力;

τ—剪应力;

P—试验机施加的总压力;

α—试件倾角;

f—圆柱形滚柱与试验机垫板间的摩擦系数;

A—试件面积。

由公式可以看出, 试件的高度比要求的高度高时, 面积A会增大, 总压力P也增大, 而我们还是按照标准的高度来算, 并没有按照真实的高度来算, 导致抗剪强度增大。反之, 会导致抗剪强度减小。

3.2.3 对凝聚力c值的影响

当所有试件的高度都是偏差同样大小的时候, 测出来的内摩擦角φ是不变的, 凝聚力c的大小会随着高度的偏大 (偏小) 而偏大 (偏小) ;

当试件高度的偏差不一定时, 内摩擦角φ和凝聚力c要视具体的情况来判定变化。

4 讨论

(1) 对于公式选取的误差, 我们也应该考虑到实际情况:圆柱形滚柱与试验机垫板间的摩擦系数是很难查到的, 而我们要想使用标准的公式就需要做一些工作先来测定这个摩擦系数。

(2) 对于计量器具引起的误差, 应该考虑更换更为精确的仪器, 比如模具要做得更为准确些, 更多的模具才会降低材料配比的误差。

(3) 为了使最后的结果更加真实, 也该去把每个试件的高度都做一个记录, 而不是用一个相同的高度, 即使是按相同的高度去算, 也应该做到心中有数, 知道我们的测量结果是偏大偏小。

参考文献

[1]武利生, 李元宗.磨料流加工进展研究[J].金刚石与磨料磨具工程, 2005, (1) :69-74.

[2]姜书云.技术测量中的误差分析与处理[J].机械管理开发, 2009, (4) .

[3]王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 2007.

秸秆在型煤中的优化配比及使用 篇8

关键词：秸秆,型煤,可再生能源,锅炉

0 引言

秸秆是农作物生产的副产品,主要包括稻秸、麦秸、玉米秸、油菜秸、大豆秸、棉花秸等,其产量大、分布广。我国的秸秆资源拥有量居世界第一位,年产量约为6.5 亿t,并且呈增长趋势,预计到2010 年可达到7.26 亿t,是一项重要的生物质能资源[1]。

生物质能是指蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能贮存在生物质内部的能量,属可再生能源。在化石能源日趋匮乏的今天,人们开始注重可再生能源的利用。生物质能在燃烧时放出CO2 ,在生物质生长期间又吸收CO2 。因此,在生物质循环周期中可实现CO2 气体零排放,有利于减小温室效应。但是,尽管生物质资源量非常大,由于生物质有其产生的季节性、种类多样性、产地分散性、质地散抛性[2],其体积大、能量密度小,运输、储存费用相对较高,这大大限制了对其有效利用[3]。近年来由于农业增收,秸秆过剩,很多农民用烧荒的办法把过剩的秸秆处理掉。这样既污染环境,又有不安全因素,很多火灾就是由烧荒引起。2005 年10 月在黑龙江省黑河市境内连续发生的5 起森林大火,都是当地农民燃烧秸秆引发的[4]。秸秆的严重过剩也与使用秸秆的技术和设备的严重滞后有关。人们已经认识到这一点,开始从秸秆造气、秸秆气化发电、秸秆直燃发电、秸秆成型颗粒燃烧、秸秆与煤掺混燃烧,即生物质型煤等各方面进行研究。把秸秆掺混在型煤中, 可以改善原型煤的燃烧性能,也是利用现有设备使用秸秆的捷径。

我国是世界上煤炭产量和消费量最大的国家之一,长期以来,煤炭在我国的国民经济和社会发展中占有极其重要的地位。在未来几十年内,我国以煤为主的能源结构将不会改变。为了节约能源和防止大气污染,以型煤代替散煤作为工业锅炉的燃料是最有效的措施之一。与燃用散煤相比,型煤能够大大降低飞灰及漏煤量,减少烟尘;加入适量的添加剂,还具有一定的固硫效果,通过配煤技术,得到合适的燃料特性,改善燃烧状况。生物质型煤就是一种新的配煤技术,由于含有高挥发分的生物质,其着火点温度较低,燃烧过程平稳,不会造成熄火,有利于改善型煤的燃烧性能。为此,笔者以玉米秸秆、无烟煤为对象对秸秆在型煤中的优化配比及使用进行研究和实验。

1 秸秆在型煤中的优化配比及燃烧特性

笔者采用的煤样为七台河无烟煤,生物质为玉米秸秆。将试样粉碎并且研磨筛分,样品粒度小于0.2mm。将玉米秸秆按总质量分数的10%、20%及30%分别与无烟煤混合。试样性质分析采用SDTGA-2000自动工业分析仪和SDACM-3000自动量热仪。对试样进行的热参数分析采用美国PerkinElmer公司生产的Pyris Diamond同步热分析仪,该分析仪包括热分析仪、联用计算机和联机打印机,同时提供曲线和数据。

试样的性质分析如表1所示。燃烧特性曲线及热重曲线,如图1～图3所示。

图1中,秸秆燃烧的TG和DTG曲线在40～120℃之间出现第一阶段失重,显然是由于水分析出引起的。第二阶段失重过程在170～370℃之间,是挥发分析出及燃烧过程。此时失重比较明显,且失重率达到最大值后即开始衰减。第三阶段失重过程在370～550℃之间,此阶段是固定碳燃烧阶段。挥发分引起固定碳燃烧后,失重较明显,并释放出大量的燃烧热。此段结束后的失重率已经接近90%,550℃后是燃尽阶段。

图2中,无烟煤燃烧的TG和DTG曲线第一阶段在250～370℃之间出现表观增重,是由于微小的试样颗粒吸附一定的气体分子引起的。第二阶段失重过程在370～480℃之间,是挥发分持续析出达到着火点燃烧过程。接下来挥发分引燃固定碳,使试样失重率急剧上升,在大约550℃左右达到最大值,然后进入燃烧后半程,失重率下降较快,大约在650℃左右燃烧过程基本结束,480～650℃之间为第三阶段失重过程。650℃之后是第四阶段,为燃尽过程,失重变化极为缓慢,并逐渐趋于停止。

由TG和DTG曲线图看到秸秆的最大燃烧速率出现在第二阶段,无烟煤的最大燃烧速率出现在第三阶段。有较高挥发分含量的秸秆的燃烧过程主要集中在前期。无烟煤由于挥发分含量低,燃烧过程以固定碳燃烧为主,因此着火点高,燃烧放热过程主要集中在后期。由于秸秆与煤的物理结构及成份的差异,使其单独燃烧特性显出较大差异。

与单纯试样燃烧过程相比,从图3中可以看到,混合物的燃烧TG曲线呈明显的双峰特点。即生物质的挥发分集中析出燃烧与煤中固定碳的集中燃烧均体现出来,并与混合物中生物质含量有关。由于生物质的加入,使燃烧前期第二阶段的燃烧速率明显高于纯煤,混合物低温放热能力要高于纯煤。随着生物质加入量的不同,使煤的着火性能得到不同程度的改善,并使燃烧过程有前移的趋势,燃烧前期放热增强,改善了燃烧放热的分布,着火点温度较低,容易点火。

2 秸秆在型煤中的使用

从混合物的燃烧TG曲线图(如图3所示)看到玉米秸秆总质量分数10%、20%及30%的混合型煤试样均出现失重双峰。玉米秸秆质量比例大的燃烧效果较好,但差别不是很大。由于生物质的密度小,生物质的加入会使混料煤蓬松,压缩比增大。玉米秸秆质量比例大的混煤成型困难,需要高压成型机,才能将生物质和原煤的混合物压实成型。而高压成型机价格贵,维护费用高。我国目前的成型机压力一般在500 kg/cm2以下,达不到生物质型煤高压成型的要求。笔者在FB250型型煤压力机上进行了实验,玉米秸秆总质量分数10%的混合型煤能够压出型来,玉米秸秆总质量分数20%以上的混合型煤成型困难。

笔者将在FB250型型煤压力机上用玉米秸秆总质量分数10%的混合煤挤压成型的型煤在普通型煤锅炉上进行燃烧实验(如图4所示), 与在同一锅炉同一状态下燃烧普通型煤进行参数对比。与普通型煤相比,10%生物质型煤的挥发分增多,挥发分析出集中,着火温度低,升温速度快,10%的秸秆先行燃烧,在型煤中形成蜂窝孔,煤炭与氧化剂分子充分接触,优化了燃烧过程,燃尽率高,效率高。烟尘颗粒少,固硫,进一步减少对空气的污染。

3 结论

通过实验验证,笔者认为在煤粉中掺混10%玉米秸秆粉料,不仅改善型煤的燃烧性能,还能够合理的利用现有的型煤成型设备和燃烧型煤锅炉。

参考文献

[1]佚名.农作物秸秆实现生态利用的途径分析[EB/OL].2006-07-03.www.xinhuanet.com.

[2]闫廷满.生物质能(秸秆)发电的思考[J].东方电气评论,2007(1):1-4.

[3]段菁春,肖军,王杰林,等.生物质与煤共燃研究[J].电站系统工程,2004,20(1):1-4.