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1、炼焦用煤的预处理技术 第三章 炼焦用煤的预处理技术 第一节炼焦配煤第二节扩大炼焦配煤的途径第三节来煤的接受与贮存第四节炼焦用煤的粉碎与配合 炼焦用煤的预处理技术 第一节炼焦配煤一 单种煤的结焦特性单种煤的结焦特性是配合煤结焦的基础 了解并掌握单种煤的结焦特性 是指导配煤比变化的主要依据 1 褐煤褐煤是煤化程度最低的煤 变质程度只比泥炭高 在隔绝空气加热时不产生胶质体 也没有黏结性 在近代炼焦炉中 不能单独炼成焦炭 但在配煤中加入少量褐煤以增加配煤的挥发分 已取得一定的成果 如果采用特殊的工艺处理 褐煤也可以炼焦 在国外某些褐煤多而炼焦煤少的国家 有的就采用褐煤炼焦 但其工艺过程复杂 炼焦用煤的
2、预处理技术 2 长焰煤长焰煤是烟煤中煤化程度最低的煤 变质程度比褐煤高 其含氧量高 高沸点的液态产物少 胶质层厚度小于5mm 因此结焦性能很差 在现代焦炉中不能炼出合格的焦炭 若采用压紧 薄装及快速加热等方法 可在土焦炉中炼制出细长条的焦炭 配煤中 加入少量长焰煤 可起瘦化作用 但长焰煤的配入量较高时 会使焦炭的耐磨强度降低 特别是配煤中肥煤不多 焦炭质量显著变坏 因此在配入长焰煤时要注意对焦炭质量的影响 长焰煤的脆性小 一般难以粉碎 若配入长焰煤时 最好将其单独粉碎 以免影响焦炭质量的均匀性 炼焦用煤的预处理技术 3 气煤气煤的煤化程度比长焰煤高 煤的分子结构中侧链多且长 含氧量高 在热解过
3、程中 不仅侧链从缩合芳环上断裂 而且侧链本身又在氧键处断裂 所以生成了较多的胶质体 但黏度小 流动性大 其热稳定性差 容易分解 在生成半焦时 分解出大量的挥发性气体 能够固化的部分较少 当半焦转化成焦炭时 收缩性大 产生了很多裂纹 大部分为纵裂纹 所以焦炭细长易碎 在配煤中 气煤含量多 将使焦炭块度降低 但配以适当的气煤 可以增加焦炭的收缩性 便于推焦 又保护了炉体 同时可以得到较多的化学产品 由于我国气煤贮存量大 为了合理利用炼焦煤资源 在炼焦时应尽量多配气煤 炼焦用煤的预处理技术 4 肥煤肥煤的煤化程度比气煤高 属于中等变质程度的煤 从分子结构看 肥煤所含的侧链较多 但含氧量少 隔绝空气加
4、热时能产生大量的分子量较大的液态产物 因此 肥煤产生的胶质体数量最多 其最大胶质体厚度可达25mm以上 并具有良好的流动性能 且热稳定性能也好 肥煤胶质体生成温度为320 固化温度为460 处于胶质体状态的温度间隔为140 如果升温速度为3 min 胶质体的存在时间可达50min 由此决定了肥煤黏结性最强 是我国炼焦煤的基础煤种之一 由于其挥发分高 半焦的热分解和热缩聚都比较剧烈 最终收缩量很大 所以生成焦炭的裂纹较多 又深又宽 且多以横裂纹出现 故易碎成小块 肥煤单独炼焦时 由于胶质体数量多 又有一定的黏性 膨胀性较大 导致推焦困难 在配煤中 加入肥煤后 可起到提高黏结性的作用 所以肥煤是炼
5、焦配煤中的重要组分 并为多配入黏结性差的煤创造了条件 炼焦用煤的预处理技术 5 焦煤焦煤的变质程度比肥煤稍高 挥发分比肥煤低 分子结构中大分子侧链比肥煤少 含氧量较低 热分解时生成的液态产物比肥煤少 但热稳定性更高 胶质体数量多 黏性大 固化温度较高 半焦收缩量和收缩速度均较小 所以焦煤炼出的焦炭不仅耐磨强度高 焦块大 裂纹少 而且抗碎强度也好 就结焦性而言 焦煤是最好的能炼制出高质量焦炭的煤 配煤时 焦煤的配入量可在较宽范围内波动 且能获得强度较高的焦炭 所以配入焦煤的目的是增加焦炭的强度 由于我国焦煤贮量有限 在配煤时 应尽量减少焦煤的用量 以节约焦煤 炼焦用煤的预处理技术 6 瘦煤瘦煤的
6、煤化程度较高 是低挥发分的中等变质程度的黏结性煤 加热时生成的胶质体少 黏度大 单独炼焦时 能得到块度大 裂纹少 抗碎强度高的焦炭 但焦炭的熔融性很差 焦炭耐磨性能也差 在配煤时配入瘦煤可以提高焦炭的块度 作为炼焦配煤效果较好 7 贫煤贫煤是煤化程度最高的烟煤 属于高变质程度的煤 贫煤没有黏结性 在炼焦炉中不结焦 故不能单独炼焦 在配煤中加入少量贫煤可起瘦化剂的作用 因其硬度大 配入贫煤时最好将其单独粉碎以增加焦块的均匀性 8 无烟煤无烟煤是煤化程度最高的煤 挥发分低 固定碳含量高 密度大 燃烧时不冒烟 加热时不产生胶质体 没有黏结性和结焦性 在没有瘦煤的地区可配入无烟煤 炼焦用煤的预处理技术
7、 二 配煤的意义和原则早期炼焦只用单种煤 随着炼焦工业的发展 炼焦煤贮量明显不足 随着高炉的大型化 对冶金焦质量提出了更高的要求 单种煤炼焦的矛盾也日益突出 如膨胀压力大 焦饼收缩量小 容易损坏炉墙 并造成推焦困难等 针对此种现象 结合我国煤源丰富 煤种齐全 但炼焦煤贮量较少的现状 走配煤之路势在必行 所以单种煤炼焦已不可能 必须采用多种煤配合炼焦 炼焦用煤的预处理技术 配煤炼焦就是将两种或两种以上的单种煤 均匀地按适当的比例配合 使各种煤之间取长补短 生产出优质焦炭 并能合理利用煤炭资源 增加炼焦化学产品 不同的煤种其黏结性不同 从结焦性来说主焦煤最好 但我国焦煤贮量少 不能满足焦化工业的需
8、要 同时贮量丰富的其它煤种又不能得到充分利用 因此我国从50年代就开始了炼焦配煤的研究和生产实践 建立了以气 肥煤为基础煤种 适当的配入焦煤 使黏结成分 瘦化成分比例适当 并尽量多配高挥发分弱黏结煤的配煤原则 炼焦用煤的预处理技术 为了保证焦炭质量 又利于生产操作 配煤应遵循以下原则 1 保证焦炭质量符合要求 2 焦炉生产中 注意不要产生过大的膨胀压力 在结焦末期要有足够的收缩度 避免推焦困难和损坏炉体 3 充分利用本地区的煤炭资源 做到运输合理 尽量缩短煤源平均距离 降低生产成本 4 在尽可能的情况下 适当多配一些高挥发分的煤 以增加化学产品的产率 5 在保证焦炭质量的前提下 应多配气煤等弱
9、黏结性煤 尽量少用优质焦煤 努力做到合理利用我国的煤炭资源 炼焦用煤的预处理技术 我国大多数地区煤炭有以下几个特点 1 肥煤 肥气煤黏结性好 有一定的贮量 但灰分和硫分较高 大部分煤不易洗选 2 焦煤黏结性好 在配煤中可以提高焦炭强度 但贮量不多 且大部分焦煤灰分高 难洗选 3 弱黏结性煤贮量较多 灰分 硫分较低 且易洗选 因此在确定配煤比时 应以肥煤和肥气煤为主 适当配入焦煤 尽量多利用弱黏结性煤 按此原则确定的配煤方案 结合我国煤炭资源的实际 打破了过去沿袭前苏联以焦 肥煤为主 少量配入气 瘦煤的配煤传统 为合理利用资源和不断扩大炼焦煤源开辟了新的途径 炼焦用煤的预处理技术 各焦化厂在确定
10、配煤比时 应以配煤原则为依据 结合本地区的实际情况 尽量做到就近取煤 防止南煤北运及对流 避免重复运输 尽可能缩短运输距离 降低炼焦成本 此外应考虑焦炉炉体的具体情况 回收车间的生产能力 备煤车间的设备情况等 如炉体损坏严重时 配煤的膨胀压力应小些 回收车间生产能力大时 可多配入高挥发分的煤 总之 制定配煤比应遵循上述原则 因地制宜 根据单种煤的特性 通过配煤试验 拟定初步配煤方案 然后进行试生产 若更换煤种 更改配煤比或遇炉体严重损坏时 都可通过配煤试验进行调整 以其试验结果指导生产 炼出符合质量要求的焦炭 炼焦用煤的预处理技术 三 配煤理论与焦炭质量预测由于煤的多样性和结构的复杂性 要提出
11、一个普遍适用的配煤理论和焦炭质量预测的方法比较困难 又由于各种配煤理论都有一定的局限性 都是在一定区域内或煤源条件下得到采用 所以确定的配煤方案 也需经过配煤试验来验证其合理性 目前常用的配煤理论及焦炭质量预测方法有以下几种 1 黏结组分和纤维质组分的配煤概念这一配煤概念的出发点是根据煤岩学理论 将煤分为黏结组分 活性组分 和纤维质组分 惰性组分 两大类 评价炼焦配煤的指标 一是用黏结组分的数量表示黏结能力的大小 二是用纤维质组分的强度决定焦炭的强度 炼焦用煤的预处理技术 具体方法是 将煤用吡啶抽提 提出物为黏结组分 残留物为纤维质组分 将纤维质组分与一定量的沥青混合成型后干馏 用干馏后所得固
12、块的最高耐压强度表示纤维质组分的强度 当配合煤达不到相应要求时 可添加黏结剂或瘦化剂进行调整 它们的关系由图3 1表示 图3 1黏结组分与纤维质组分的配合关系示意图 强黏结煤 黏结组分多的弱黏结煤 弱黏结煤 非黏结煤 无烟煤 炼焦用煤的预处理技术 1 强黏结性煤由于该煤种黏结性组分适量 纤维质组分的强度高 所以可制得高强度的焦炭 2 黏结组分多的高挥发分弱黏结煤由于该煤种纤维组分强度低 所以需要配入瘦化组分或焦粉之类的补强剂 3 一般的弱黏结煤该种煤不仅黏结组分少 而且纤维质组分强度低 在配用时既要加入黏结剂 沥青 以增加黏结组分 还要加入补强材料 加入瘦化剂或焦粉 来提高纤维质组分强度 并加
13、压成型 以改善纤维质组分的接触和黏结剂的填充 才能得到强度好的焦炭 4 非黏结煤由于黏结组分更少 纤维质组分强度也更低 需要与一般弱黏结煤相同的处理措施才能改善焦炭的强度 5 无烟煤只有强度较高的纤维质组分 需要添加黏结剂 才能得到足够强度的焦炭 炼焦用煤的预处理技术 2 挥发分 流动度配煤概念及焦炭质量的预测方法 1 基本概念煤料的特性通常可用煤化度指标和黏结性指标来反映 挥发分 流动度配煤概念是以煤化度及黏结性作配煤依据的一种方案 除了灰分 硫分等化学组成以外 用煤化程度指标 挥发分 和黏结性指标 最大流动度 相结合可以反映煤的结焦性 而且这两个指标并非孤立 有着相互关系 因此不但应该分别
14、考虑各自的适宜值 而且应该考虑两者共同构成的适宜范围 由此出发 在Vdaf MF配煤图中将烟煤分成九类 并提出配合煤的适宜范围 如图3 2 炼焦用煤的预处理技术 一般 位于对角线两侧区域内的煤相互配合后 若两个指标落入适宜范围则可炼出合格的焦炭 图3 2挥发分 最大流动度配煤图 炼焦用煤的预处理技术 2 预测焦炭质量的方法根据上述基本概念 曾对多种煤样进行了试验 得出了焦炭强度DI与煤样挥发分Vdaf和流动度 对数值 的关系图 如图3 3 图3 3焦炭强度与煤挥发分 流动度关系的一例 炼焦用煤的预处理技术 由图可见 当流动度的对数值GP4 0时 则主要取决于挥发分 但是 这一预测方法是在一定条
15、件下的统计规律 使用时应注意其局限性 这是由于焦炭质量还与煤料水分 堆密度等配煤条件参数以及火道温度 焖炉时间等炼焦条件参数有关 因此尚有多种关系应予以考虑 炼焦用煤的预处理技术 3 煤岩配煤理论及焦炭质量预测方法 1 煤岩配煤的基本理论煤岩学理论及其在配煤方面应用技术的内容相当丰富 就其实质而言 煤岩配煤的基本原理归纳为如下几点 同一组型的煤性质相同 按煤岩学原理 各种煤之所以有种种不同 在于煤岩组成和煤化程度不同 因此同一组型的煤由于煤岩实体相同 反射率相同 其性质 包括应用性质 必然相同 这样在多种多样的煤中找到了 细胞 组型 若事先进行大量基础研究 测定各种组型的性质 那么通过测定所研
16、究煤中的各组型含量 不仅可以预测单种煤的性质 而且可预测配合煤的性质 炼焦用煤的预处理技术 惰性物质为配煤所不可缺少 煤岩学将惰性物质看作结焦中的 沙石 因此除了矿物质应尽可能少外 对于惰性物质应比例适宜 据此煤岩配煤指出了 组分平衡指数 这一指标 结焦时各组分间发生界面作用 按煤岩理论 结焦过程中并非煤粒互熔成均一焦块 而是活性物质和惰性物质之间的界面作用和界面反应 因此焦炭强度既决定于活性物质的组型和各种组型的含量 又决定于惰性物的相对含量 煤岩配煤的另一指标 强度指数 其意义即在于此 炼焦用煤的预处理技术 2 组分平均指数和强度指数由于大多数煤中活性物主要是镜煤组分 再加上用反射率来区分活性物和惰性物 因此常以镜煤组型为代表 由于不同的镜煤组型的黏结性不同 所以在结焦过程中每个镜煤组型与惰性物相结合时 都有一个活性物含量与惰性物含量的最佳比 此时得到的焦炭强度最优 从V3 V21的活性物含量与惰性物含量的最优比R佳 从V3到V21为煤岩实体分类中煤型的代号 见表3 1 据夏皮洛等人的大量实验数据统计得到图3 4 图3 4各种可熔融镜煤组型的最优比 炼焦用煤的预处理技术 由图3 4
