0 引 言

煤炭是我国最主要的一次能源，随着煤炭洗选量的不断加大，煤炭洗选产生的副产品——煤泥、煤矸石、洗中煤等低热值燃料的产生量也日益增加，2015年煤泥产生量约1.68亿t[1].而且随着国家《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》的实施，到2020年原煤的入洗率将达到80%以上[2]，届时煤泥的产生量将大幅攀升.产生的大量煤泥由于颗粒细、持水性强、黏度大、不易运输等特点而难以利用，且堆积状态下的煤泥又不稳定，遇水即流失，风干即飞扬，极易造成严重的环境污染[3-5].因此，如何规模高效地利用煤泥成为煤炭行业亟需解决的问题.目前燃烧发电是实现煤泥综合利用的主要途径，而循环流化床锅炉以其燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放低等优点成为煤泥燃烧发电利用的主要炉型[6-8].其中煤泥在循环流化床中的主要入炉方式有三种：煤泥干燥后与入炉煤混合入炉、湿煤泥炉顶给料入炉及煤泥炉前成型后入炉[9-10]，前两种入炉方式存在不同程度的能耗高、易堵塞等问题，而炉前成型后入炉在原料前处理及输送方面具有一定优势[11].

本研究基于煤泥炉前成型给料的优势，同时结合循环流化床电厂普遍存在的炉内脱硫过程中，过细石灰石脱硫剂扬析导致脱硫剂利用率低的问题[12]，提出一种新的煤泥清洁燃烧利用方式，即将煤泥与细石灰石炉前成型，在实现煤泥燃烧利用的同时，延长细石灰石脱硫剂在炉内的停留时间，从而实现煤泥和细石灰石的协同利用.然而以上思路实现的关键是保证成型后煤泥在炉内的正常流化，成型后的煤泥多具有较大的粒径和比重，在循环流化床中很难达到其临界流化速度使其流化，这样容易造成炉底排渣时含碳量高的问题[13].煤泥型煤入炉后的爆裂行为有利于改善这一问题，爆裂后的煤泥型煤颗粒粒径减小，存在满足在循环流化床中流化的可能，因此，煤泥型煤的爆裂特性对煤泥/细石灰石的共利用至关重要.本研究探讨了水分、成型压力、混合比例及温度对煤泥型煤爆裂行为的影响规律，以期为煤泥型煤在循环流化床锅炉中的应用提供参考.

1 实验部分

1.1 样品的采集

实验所用的煤泥(CS)样品和石灰石(LS)样品分别取自山西省平朔煤矸石发电有限责任公司的入炉原料仓和入炉石灰石料仓.

1.2 煤泥型煤的制备

将煤泥样品于100 ℃预干燥24 h，用粉碎机破碎3 s，用标准筛筛分后，选取0.088 mm～0.200 mm的煤泥样品，于100 ℃干燥至质量恒重后备用.前期实验表明，小于0.088 mm的石灰石粉较难被旋风分离器有效捕捉，容易发生扬析，故本实验主要以小于0.088 mm的石灰石为研究对象.将入炉前的石灰石用粉碎机破碎10 s，用标准筛筛分后，筛取0 mm～0.088 mm的石灰石粉，在100 ℃下干燥至质量恒重后，与0.088 mm～0.200 mm的煤泥按照一定比例(石灰石的质量分数分别为10%，30%，50%，70%和90%)混合均匀，煤泥与石灰石的质量和为25 g，添加一定水(0 mL，1 mL，2 mL，3 mL，4 mL和5 mL，对应的质量分数分别为0%，3.85%，7.41%，10.71%，13.79%和16.67%)搅拌均匀后放入D 40 mm圆柱体模具中，在一定压力(4 MPa，6 MPa，8 MPa，10 MPa和12 MPa)下用成型压力机压制，制得煤泥型煤.

1.3 实验及表征手段

爆裂特性实验：将CTM100马弗炉升到指定温度(700 ℃，750 ℃，800 ℃，850 ℃和900 ℃)，把煤泥型煤迅速放入炉内，同步开启摄像机，记录煤泥型煤起始爆裂时间与持续爆裂时间.

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2 结果与讨论

2.1 水分对煤泥型煤爆裂行为的影响

在25 g煤泥/石灰石混合物(煤泥和石灰石的质量分数均为50%)中分别加入0 mL(0%)，1 mL(3.85%)，2 mL(7.41%)，3 mL(10.71%)，4 mL(13.79%)和5 mL(16.67%)水，于成型压力为8 MPa，实验温度为850 ℃条件下研究水分对煤泥型煤爆裂行为的影响.图1所示为不同水分含量下煤泥型煤的起始爆裂时间与持续爆裂时间.由图1可知，水分为0 mL时不发生爆裂；当水分由0 mL增加到3 mL时，起始爆裂时间随水分增加而延迟，由第15.1秒延迟到第27.6秒；当水分由3 mL增加到5 mL时，起始爆裂时间提前至第10.9秒，持续爆裂时间由47.69 s增加到67.8 s.以上实验结果表明：水分会影响煤泥型煤的爆裂特性，这可能与水分的蒸发有关[14].当水分为0 mL时，煤泥型煤在高温环境中，热量首先被煤泥型煤的表层吸收以升高温度，当温度增加到煤泥的着火点时，表层煤泥开始发生燃烧，因短时间内无大量气体集聚，故很难观察到爆裂现象；随着水分的增加，热量在煤泥型煤入炉后首先被水吸收，当水分含量较少时，传热速率较快，水分吸热蒸发后，表层煤泥型煤吸热升温，继而发生煤泥燃烧，因此当水分小于3 mL时，发生了燃烧先于爆裂的现象.随着水分的继续增加，热量被水大量吸收，无法在短时间内达到煤泥的着火点，但大量水蒸气的快速释放，会导致爆裂首先发生，因此在水分大于3 mL时，发生了爆裂先于燃烧的现象，且水分越高，发生爆裂的起始时间越早.

  

图1 不同水分含量下煤泥型煤的起始爆裂时间与持续爆裂时间Fig.1 Initial crack time and continuous crack time of coal slime briquette under different moisture contents

至鬻熊知道，而文王谘询，馀文遗事，录为《鬻子》。子自肇始，莫先于兹。及伯阳识礼，而仲尼访问，爰序道德，以冠百氏。然则鬻惟文友，李实孔师，圣贤并世，而经子异流矣。[注]范文澜：《文心雕龙注》，第308页。

（21）蒙者，不智也。鄙者，不慧也。（《太上說玄天大聖真武本傳神呪妙經註》卷三，《中华道藏》30/551）

2.2 成型压力对煤泥型煤爆裂行为的影响

在25 g煤泥/石灰石混合物(煤泥和石灰石的质量分数均为50%)中加入4 mL(13.79%)水，于成型压力分别为4 MPa，6 MPa，8 MPa，10 MPa和12 MPa，实验温度为850 ℃条件下，研究成型压力对煤泥型煤爆裂行为的影响.图3所示为不同成型压力条件下煤泥型煤的起始爆裂时间与持续爆裂时间.由图3可知，成型压力为4 MPa时不发生爆裂，随着成型压力由6 MPa增大到12 MPa，起始爆裂时间由第20.4秒提前到第5.3秒，持续爆裂时间由43 s延长到90 s并保持稳定.原因可能为：成型压力为4 MPa时，制得的煤泥型煤结构相对疏松，颗粒与颗粒之间形成的较大孔隙有利于气体的迅速逸出，不利于爆裂发生[15]；随着成型压力的增加，机械力使得颗粒之间距离缩小，结构更加致密，这样在受热过程中，水分蒸发导致内部局部压力增大，爆裂发生，且成型压力越大，起始爆裂时间越提前.由此可见，成型压力也是影响煤泥型煤爆裂行为的重要因素，且在适量水分存在的条件下，一定的成型压力是爆裂发生的必要条件.

  

图2 不同水分含量下煤泥型煤的表面结构Fig.2 Surface structures of coal slime briquettes at different moisture contentsa—0 mL；b—1 mL；c—2 mL；d—3 mL；e—4 mL；f—5 mL

  

图3 不同成型压力条件下煤泥型煤的起始爆裂时间与持续爆裂时间Fig.3 Initial crack time and continuous crack time of coal slime briquette under different molding pressures

为了更好地理解和支撑上述结论，对不同成型压力条件下制得的煤泥型煤进行了微观结构分析(见图4).由图4可知，成型压力较小时，煤泥型煤表面的孔隙较多，随着成型压力的增大，煤泥型煤的表面变得紧密，颗粒间的孔隙明显减少.因此，在制备煤泥型煤时，可以通过控制适宜的成型压力调控颗粒之间的微观结构，进而作用于爆裂过程.

  

图4 不同成型压力条件下煤泥型煤的表面结构Fig.4 Surface structures of coal slime briquettes under different molding pressuresa—4 MPa；b—6 MPa；c—8 MPa；d—10 MPa；e—12 MPa

2.3 混合比例对煤泥型煤爆裂行为的影响

在25 g煤泥/石灰石混合物(石灰石质量分数分别为10%，30%，50%，70%和90%)中加入4 mL(13.79%)水，于成型压力为6 MPa，实验温度为850 ℃条件下，研究混合比例对煤泥型煤爆裂行为的影响.图5所示为不同混合比例条件下煤泥型煤的起始爆裂时间和持续爆裂时间.由图5可知，石灰石质量分数为10%时不发生爆裂，随着石灰石质量分数由30%增加到90%，煤泥型煤的起始爆裂时间由第26.7秒提前到第9.4秒，持续爆裂时间由26.3 s延长到64.6 s.这可能与不同混合比例引起的煤泥型煤结构及成分的变化有关.由于石灰石粒径小于煤泥粒径，因此在相同水分及成型压力条件下，石灰石质量分数较大的煤泥型煤结构更致密，且石灰石的导热系数大于煤泥的导热系数，因此大比例石灰石的煤泥型煤更有利于传热[16]，从而使得煤泥型煤的起始爆裂时间提前.因此，高比例的石灰石对煤泥型煤的爆裂是有利的.

  

图5 不同混合比例条件下煤泥型煤的起始爆裂时间和持续爆裂时间Fig.5 Initial crack time and continuous crack time of coal slime briqutte at different mixing ratios

为了更好地理解和支撑上述结论，对不同混合比例条件下制得的煤泥型煤爆裂前后的微观结构进行了分析.图6和图7所示分别为不同混合比例条件下煤泥型煤爆裂前后的表面结构.由图6可知，随着石灰石比例的增大，煤泥型煤的结构更加致密，这进一步验证了上述石灰石比例引起结构变化的推论.此外，由图7可以看出，当煤泥比例较大时，爆裂后的煤泥型煤表面有明显裂缝，这可能是由水分蒸发及煤泥燃烧后的气体大量释放造成的，大裂缝的产生不利于气体的内部集聚[17]，进而会影响到爆裂特性，而高比例的石灰石分解对温度要求较高，缓慢分解产生的二氧化碳气体仅在其表面形成细小裂缝，有利于爆裂的发生.

  

图6 不同混合比例条件下煤泥型煤爆裂前的表面结构Fig.6 Surface structures of coal slime briquettes before cracking at different mixing ratiosa—10%；b—30%；c—50%；d—70%；e—90%

  

图7 不同混合比例条件下煤泥型煤爆裂后的表面结构Fig.7 Surface structures of coal lime briquettes after cracking at different mixing ratiosa—10%；b—30%；c—50%；d—70%；e—90%

微观表征实验：利用数码显微镜观察煤泥型煤爆裂前后表面和纵截面的微观结构.

2.4 温度对煤泥型煤爆裂行为的影响

为了理解和支撑上述结论，对不同温度条件下的煤泥型煤爆裂后的微观结构进行了分析.图9所示为不同温度条件下煤泥型煤爆裂后的剖面图.由图9可知，煤泥型煤在受热过程中的燃烧反应符合收缩核模型，反应是由外向内逐层发生的，因此，温度会通过影响煤泥型煤内外的温度梯度而对爆裂行为产生影响.

(2)要学习国外先进的技术和经验，取长补短。我们要学习借鉴和吸收国外深部找矿的先进理论、技术和成功经验，结合已有地勘资料和具体项目有针对性地开展深部找矿的应用研究工作。国外由于对深部找矿工作十分重视且开展较早，深部找矿理论和技术方法日趋成熟，学习他们的成功经验，把他们先进的理论、技术运用到我们的实际工作中去，将会使我们少走弯路，在我们的找矿工作中起到事半功倍的效果。

  

图8 不同温度条件下煤泥型煤的起始爆裂时间和持续爆裂时间Fig.8 Initial crack time and continuous crack time of coal slime briquette at different temperatures

为了更好地理解和支撑上述结论，对不同水分含量下制得的煤泥型煤进行了微观结构分析.图2所示为不同水分含量下煤泥型煤的表面结构.由图2可知，水分均匀填充在煤泥与石灰石颗粒之间.水分的蒸发过程与水分在煤泥型煤中的分布状态有关，因此，煤泥型煤中水分的含量及分布的均匀性会影响其爆裂行为.

在服务体系方面，恒轮德国集团目前在全球拥有约500名员工、30个服务基地及超过40 000个专门用于售后服务的备品备件。“我们希望通过我们的服务能力、优秀的服务可靠性和持久性，与我们的用户达成一种长期的，甚至是永久的合作伙伴关系。这不仅仅是我们的目标，同时也是我们通过努力已经取得的成果。”恒轮机床（常州）有限公司服务副经理吕虎林先生说道。

在25 g煤泥/石灰石混合物(煤泥和石灰石的质量分数均为50%)中加入4 mL(13.79%)水，于成型压力为6 MPa，实验温度分别为700 ℃，750 ℃，800 ℃，850 ℃和900 ℃条件下，研究温度对煤泥型煤爆裂行为的影响.图8所示为不同温度条件下煤泥型煤的起始爆裂时间与持续爆裂时间.由图8可知，随着温度的升高，煤泥型煤的起始爆裂时间由第67.6秒提前到第19.6秒，持续爆裂时间由0 s延长到45 s左右后保持稳定.这可能是因为随着温度的升高，煤泥型煤内外温度梯度增大，热应力增加[18]，且高温下水分达到蒸发温度所需时间缩短，所以，温度升高使得煤泥型煤的爆裂更早发生.此外，高温下石灰石受热分解反应速率增大，更多二氧化碳的快速产生也使得爆裂更易发生.因此，温度升高有利于煤泥型煤的爆裂.

  

图9 不同温度下煤泥型煤爆裂后的断面Fig.9 Cross sections of coal slime briquttes after cracking at different temperaturesa—700 ℃；b—750 ℃；c—800 ℃；d—850 ℃；e—900 ℃

2.2.6 膀胱多点活检与前列腺部尿道活检 原位癌可表现为类似炎症的淡红色绒毛样黏膜改变，也可表现为完全正常的膀胱黏膜。低危膀胱肿瘤并发原位癌检出率很低(<2%)，但对于高危非肌层浸润性膀胱肿瘤或尿细胞学阳性患者则需要重视原位癌的检出[6]，在进行TURBT术时，应该考虑选择性或随机多点活检。

3 结 论

1) 水分的蒸发是影响煤泥型煤发生爆裂的重要原因，水分为3 mL时型煤在第27.6秒时发生爆裂，起始爆裂时间最迟，水分为5 mL时型煤持续爆裂时间为67.8 s，持续时间最长，水分增加使得型煤爆裂先于燃烧.

2) 成型压力通过影响煤泥型煤的内部结构进而影响爆裂，成型压力越大，结构越致密，产生的气体越易在煤泥型煤内部集聚，从而越易发生爆裂.成型压力为4 MPa时型煤不发生爆裂，当成型压力由6 MPa增大到12 MPa时，起始爆裂时间由第20.4秒提前到第5.3秒，持续爆裂时间稳定在90 s左右.

3) 煤泥和石灰石混合比例对爆裂行为的影响，主要通过不同混合比例引起的煤泥型煤的结构及成分的变化发挥作用，高比例石灰石形成的结构更致密，传热速率更快，更有利于爆裂的发生，石灰石比例为10%时不发生爆裂，石灰石比例由30%增加到90%，起始爆裂时间由第26.7秒提前到第9.4秒，持续爆裂时间由26.3 s延长到64.6 s.

图8(b)为理论模型预测的弹体残余质量与实验结果[9]的比较。由图8(b)可知，本模型的预测结果与实验数据基本吻合。当v0>vh时，弹体残余质量随冲击速度的增加而减小，当冲击速度为1 200～1 500 m·s-1时，模型预测的弹体残余质量高于实验结果，而当冲击速度高于1 500 m·s-1时,模型预测结果相比实验结果偏低。需要注意的是，模型并没有考虑在较高的侵彻速度下，烧蚀和磨蚀效应造成的一些弹体质量损失。

4) 温度对爆裂行为的影响主要体现在对煤泥型煤内外温度梯度的影响，进而从热应力与化学反应两方面影响爆裂特性.温度升高，型煤内外温度梯度增大，热应力增加，石灰石反应速率加大，二氧化碳释放产生细裂纹，爆裂更易发生.随着温度由700 ℃升到900 ℃，煤泥型煤的起始爆裂时间由第67.6秒提前到第19.6秒，持续爆裂时间延长由0 s延长到45 s左右后保持稳定.

参 考 文 献

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