煤的粘结性与结焦性关联分析

煤的粘结性与结焦性一、煤的粘结性与结焦性煤的粘结性是指粒度小于0.2mm的煤，在隔绝空气受热后粘结自身或其他惰性物质成为焦块的能力;煤的结焦性是指上述煤粒在隔绝空气受热后生成具有一定块度和足够强度的优质焦炭的能力。煤的粘结性和结焦性是煤的极为重要的性质，是两个既有区别，又有联系的概念，一般很难将其严格区分开来。煤的粘结性强是结焦性好的必要条件，即是说结焦性好的煤，它的粘结性肯定为好;结焦性差的煤，其粘结性必定不好;没有粘结性的煤，不存在结焦性。从而看出，煤的粘结能力在一定程度上反映了煤的结焦性。有时，粘结性好的煤，其结焦性不一定就好，这里面存在着胶质体的质量问题。如有的气肥煤，粘结性很强，但生成的焦炭裂隙多，机械强度差。所以，其结焦性并不好。表征煤的粘结性和结焦性的指标很多：烟煤粘结指数(GR.I)和罗加指数(R.I)属于粘结性指标，胶质层厚度y值既能反映煤的粘结性，又能表征煤的结焦性，其他如奥亚膨胀度和葛金干馏等指标，则很难说它们表征是煤的粘结性还是结焦性等。1.煤的胶质层指数煤的胶质层指数是原苏联尼·萨保什尼科夫(L.M.Sapozhnikov)等人在1932年提出的一种姆·测定煤的粘结性和结焦性的方法。主要是测定煤的胶质层最大厚度y值、最终体积收缩度x值和体积曲线类型等三个参数和描述焦炭的特性等。胶质层指数的测定简介如下：(1)方法概要。称取100g粒度小于1.5mm的煤样装入一定规格的钢制煤杯中，在煤杯上面加压力盘，在煤杯下面进行单侧加温。当温度升到一定数值后，在杯内形成一系列的等温层面。在温度升到煤的软化点以上时，煤就开始软化并形成粘稠状的流体即胶质体，由胶质体形成的各层称为胶质层。温度继续升高到胶质体开始固化时，煤就固化成半焦。由于煤杯是从底部加热的，煤杯内的煤样通常可分为上部未软化层、中部胶质体层和下部半焦层三部分。在整个测定过程中，煤杯下部开始生成胶质体时，胶质层较薄。随着温度的逐渐升高，胶质体层不断变厚。温度再继续升高，最下部的胶质层间开始固化，所以胶质层厚度又开始减少。在胶质体层厚薄变化的全过程中，用金属探针测出胶质体层的最大厚度，在温度为730℃时测定结束。在胶质体层内部，由于煤热分解而产生气体。但因胶质体透气性不好，而使气体积聚在胶质体层内，促使胶质体产生膨胀。由于膨胀产生的内应力使得压在煤样上的压力盘上移，记录笔即开始在转筒的米格纸上绘出各种形状的体积变化曲线。若热解产生的气体在胶质体层和半焦层都不能及时析出，膨胀的时间可以持续较长，记录笔绘出的体积曲线多呈山型;如气体能从半焦的裂隙中很快逸出，体积曲线多呈时起时伏的之字型;如膨胀不大，气体析出也慢，则体积曲线多呈波型或微波型;如胶质体的透气性好，或根本就没有产生胶质体，则体积曲线就呈平滑下降或平滑斜降形。总之体积曲线共分为八种类型。如图1-24所示。煤杯内的全部煤样均形成半焦以后，由于体积的收缩，煤的体积曲线就下降到最低点。以试验结束时，记录笔所处的点到零点线间的距离，即为最终收缩度x值，若记录笔所处的点在零点线以上时，则x值为负值。(2)曲线测定结果的确定。根据记录纸上所记录的各上、下层面位置及相应的时间，标出各对应的点，以平滑曲线连接得上、下层面曲线。如果上部层面曲线呈之字型，则可取各之字的中点绘出曲线，如图1-25所示。取胶质层上、下部层面的最大距离作为胶质层最大厚度y值(mm)，值一般出现在520～630℃之间。y取体积曲线的最终点与零点线间的距离为最终收缩度x值(mm)。x值，y值都准确到0.5mm。同一煤样平行测定结果的允许误差为：y≤20mm1mmy20mm2mmx值3mm若y=0，即胶质层厚度薄到测不出结果，应注明焦块熔合情况，如成块、凝结或粉状等。(3)各种煤的胶质层指数y值变化范围。不同煤的胶质层厚度的范围是不同的，如表1-33所示。在一般情况下，煤的y值越大，粘结性越好。试验表明y值随煤化度的深浅呈现有规律的变化。当Vdaf为30%左右时，y值出现最大值，有些肥煤的y值可以超过60mm;当煤的Vdaf13%(无烟煤)和Vdaf50%(褐煤)时，y值几乎为零。不同牌号煤的y值大致范围表1-33煤种名称贫煤瘦煤y，mm焦煤肥煤气煤不粘煤长焰煤弱粘煤≤50～9(块)0(粉)0～1212.5～2525.5～605.5～250(粉)(块)(4)胶质层指数测定法优缺点：优点：1)y值有可加合性;2)y值对中等煤化度的烟煤的粘结性区分得较好;3)y值能够较好地表征煤的结焦性。缺点：1)测定时间长，效率低;2)该法对弱粘结煤和强粘结煤适用性差，区分能力较弱图1-24胶质层体积曲线1—平滑下降;2—平滑斜降;3—波形;4—微波形;5—之字形;6—山形;7、8—之、山混合形图1-25胶质层指数测定曲线3)使用探针测定胶质层厚度不够严格，易受操作者主观感觉的影响。(5)焦块技术特征分类。一般从六个方面对焦块的技术特征进行鉴定和分类：1)缝隙。以焦块底面为准，分为无缝隙，少缝隙和多缝隙三种。2)孔隙。指焦块剖面的孔隙分布情况，分为小孔隙、小孔隙带大孔隙和很多大孔隙等三种。3)海绵体。海绵体指焦块上部的蜂焦部分，分为无海绵体、小泡状海绵体、大泡状海绵体及敞开式海绵体等四种。4)绽边。绽边指有些煤的焦块由于收缩应力，而裂成裙状周边。按其高度可分为无绽边、低绽边、中绽边和高绽边等四种。5)色泽。以焦块断面的颜色和光泽为准，分为黑色、深灰色和银灰色等三种。6)熔合情况。焦炭熔合情况分为粉状的(不结焦)、凝结的、部分熔合的和完全熔合的(成块)等四种。2.烟煤的罗加指数(R.I.)罗加指数英文缩写R.I.，波兰文缩写LR。它是波兰煤化学家B.罗加教授于1949年提出的测定烟煤粘结性的一种方法。我国于1955年引进该法，经过研究、改进，现已制订了国家标准GB5549—85《烟煤罗加指数测定方法》。(1)方法概要。称取1g粒度为0.2mm以下的标准无烟煤煤样(我国采用宁夏汝箕沟无烟煤，粒度为0.3～0.4mm，Ad4%，Vdaf7%)，在瓷质罗加坩埚中混匀、铺平。然后，加115g的钢质砝码并在6kg的压力下压实30s。加上坩埚盖，放入850±10℃的马弗炉内灼烧15min。取出后冷却，称得焦块重量Q，再把全部焦块放在孔径为1mm的圆孔筛上过筛。将筛上大于1mm的焦块再称重得a。然后放入罗加鼓中转动5min，转速为50±2r/min。再把鼓内的焦块放入1mm圆孔筛上过筛，筛上物又一次称重得b。然后，再把大于1mm的焦块按上法分别进行第二次和第三次各为5min的转鼓试验，并分别称出大于1mm的焦块重量c和d。按下式计算罗加指数：式中Q——焦化处理后焦渣重量，g;a——第一次转鼓试验前大于1mm的焦渣重量，g;b——第二次转鼓试验后大于1mm的焦渣重量，g;c——第三次转鼓试验后大于1mm的焦渣重量，g;d——第四次转鼓试验后大于1mm的焦渣重量，g。计算结果取到小数第一位。每一试验煤样应分别进行两次重复试验。同一化验室平行测定误差不得超过3，不同化验室误差不得超过5。以平行试验结果的算术平均，作为最终结果，报告结果时取整数。(2)各种煤的罗加指数变化范围。煤的牌号不同，其粘结性能不一样，罗加指数的数值各异，一般在0～92之间变化。我国各种煤的罗加指数大致范围见表1-34。我国各类煤的罗加指数大致范围表1-34煤种长焰煤气煤R.I.≤15肥煤焦煤瘦煤贫煤不粘煤弱粘煤10无烟煤、褐煤15～9080～9260～8510～60≤10≥10～400(3)罗加指数测定法的优缺点：优点：1)对中等及较弱粘结煤有较强的区分能力，与y值和b值等有一定的相关性。2)该法简易、快速、用煤量少，易于推广。缺点：1)对罗加指数R.I.大于75的强粘结性煤区分能力较差，特别是特强粘结性煤还需用其他指标来正确区分。2)对罗加指数R.I.小于20的弱粘结性煤，测定值的重现性较差。3.烟煤的粘结指数(GR.I.)烟煤的粘结指数记作GR.I.，简写为G。它是中国用以表征烟煤粘结性的主要指标之一。粘结指数是在罗加指数的基础上进行改进的一种测定烟煤粘结性的方法。其原理和试验用的仪器与罗加指数完全相同，试验方法也基本上相同。(1)方法概要。粘结指数测定的全过程，大体上和罗加指数差不多。不同的是：所用的标准无烟煤，粒度改为0.1～0.2mm，焦块的转鼓次数改为2次，并省去了转鼓试验前焦块的第一次过筛。每次测定时间比罗加指数有所减少。粘结指数G按下式计算：式中m——焦化处理后焦渣重量，g;m1——第一次转鼓试验后筛上部分的重量，g;m2——第二次转鼓试验后筛上部分的重量，g。如果测得的G18，需重做试验，测定结果按下式计算：式中符号意义均与上式相同。每一试验煤样应进行二次重复试验。当G≥18时，同一化验室两次平行测定值之差不得超过3，不同化验室间报告值之差不得超过4。当G18时，同一化验室两次平行测定值之差不得超过1，不同化验室间报告值之差不得超过2。以平行试验结果的算术平均值，作为最终结果。报告结果取整数。(2)各种煤的粘结指数变化范围。煤的变质程度不同，粘结性不一样。一般中等煤化度的肥煤粘结性最好，G值最大。我国各种煤的粘结指数范围在0～110内变化，见表1-35。我国各类烟煤粘结指数的大致范围表1-35煤种气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤不粘煤长焰煤弱粘煤50～255～40GR.I.15～9090～11040～905～60≤5(3)粘结指数测定法的优缺点：优点：1)该法较罗加法更为简易、方便，操作步骤减少。2)该法较罗加法对各种煤的区分更为灵敏，特别适合于区分中等煤化度煤的粘结性。缺点：1)对肥煤的区分仍不能满足要求，还要借助y值和b值。2)对弱粘结性煤的平行测定，误差较大。4.烟煤的奥亚膨胀度(b%)1926～1929年奥蒂伯尔(E.Audibert)创立了奥亚膨胀度试验，它是测定烟煤结焦性的方法之一。1933年由亚努(C.Arnu)作了改进。现在该法为西欧各国所广泛采用。b值的测定简介如下：(1)方法概要。将煤样制成一定规格的煤笔，放在一根铁制膨胀管内，其上再放置一根能在管内自由滑动的膨胀钢杆。将上述装置放入电炉内，以3℃/min的升温速度进行加热，记录膨胀杆的位移曲线。以位移曲线的最大距离占煤笔原始长度的百分数，表示煤样膨胀度的大小，典型的膨胀曲线如图1-26所示。图中DT为软化温度，膨胀杆下0.5min时的温度;ST为始胀温度，膨胀杆下降到最低点后，开始上升时的温度;FT为固化温度，膨胀停止移动时的温度;a为最大收缩度，膨胀杆下降的最大距离占煤笔长度的百分数;b为最大膨胀度，膨胀杆上升的最大距离占煤笔长度的百分数。图1-26体积曲线根据测定时记录的曲线可以算出五个基本参数，即软化温度DT、始胀温度ST、固化温度FT;最大收缩度a、最大膨胀度b。各种煤的奥亚膨胀度的曲线一般分为四种类型，如图1-27所示。1)正膨胀，即图1-27的a图，是标准的膨胀曲线;2)负膨胀，图1-27的b图，指收缩后膨胀杆回升的最大高度低于开始下降时位置，b值以负值表示;3)仅收缩，图1-27的c图，指收缩后膨胀杆没有回升，则b值以“仅收缩”表示;4)倾斜收缩，图1-27的d图，指最终的收缩曲线不是完全水平的，而是缓慢向下倾斜的，规定以500℃处的收缩值报出。奥亚膨胀度试验结果，均取两次重复测定的算术平均值，计算结果取到小数第一位，报告结果取整数。同一煤样分别在不同炉次进行的两次测定结果之差，按表1-36的规定。b值测定结果允许误差表1-36参数同一实验室不同实验室15三个特性温度T，℃7膨胀度b5(1+)5(2+)注：表中是两次平行测定结果的平均值。(2)各种煤的b值变化范围煤种不同其奥亚膨胀能力不一样，以中等煤化度的肥煤膨胀性能好，有些肥煤呈强膨胀性，b值可高达700%以上，一般肥煤的b值都在150%以上，长焰煤和贫煤等变质程度浅的和深的烟煤，则不具有膨胀性。我国各种烟煤膨胀度的变化范围如表1-37所示。我国各牌号煤的膨胀度b值范围表1-37煤种长焰煤不粘煤1～3弱粘煤号气煤1～2号肥