炼焦煤基础知识

煤焦基础知识授课人：李婷前言新疆的煤炭资源新疆煤炭预测储量：2.19万亿吨，其中吐哈煤田7000亿吨，准东煤田7300亿吨，伊犁煤田6260亿吨，库拜煤田1370亿吨内蒙古煤炭预测储量：7016亿吨山西省煤炭预测储量：3000亿吨准东盆地探明煤炭储量2136亿吨。伊犁河谷探明煤炭储量为292亿吨库拜地区探明储量超过１００亿吨，吐哈地区探明煤炭储量388.44亿吨，1.1煤的种类和特征1.2腐殖煤的主要特征1.3.1煤炭成因类型1.3.2成煤的环境和条件1.3.3成煤作用过程1.3.4泥炭化作用1.3.5煤化作用二、煤的分类我国的煤分类与其它国家一样，也是以炼焦用煤为主的分类方法，分为十大类。其中“焦、肥、气、瘦”为炼焦用煤。无烟煤类别分类指标Vdaf/%Hdaf/%无烟煤一号0～3.50～2.0无烟煤二号＞3.5～6.5＞2.0～3.0无烟煤三号＞6.5～10＞3.0中国煤炭分类简表当G≤85时，用Vdaf和G来划分；当G＞85时，用Vdaf或y值、或b值来划分；当Vdaf≤28.0时，b暂定为150；当Vdaf＞28.0时，b暂定为220；当b值与y值相矛盾时，以y值为准。中国煤分类图三、各类煤的主要特征和用途1.褐煤褐煤与烟煤的本质区别是褐煤含有原生腐植酸（含芳香结构和羧基的大分子物质），而烟煤不含或只含有少量的再生腐植酸。褐煤是煤化程度最低的煤。其特点是水分高（Mad=8-18%）、比重小、挥发分高（Vdaf=40-60%）、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，元素组分中碳含量低（C＜77%），氧含量高（O=15-30%），含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料。2.长焰煤它的挥发分含量很高（Vdaf＞37%），没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。3.不粘煤不粘煤煤是一种比较特殊的煤种，因为它的挥发分（Vdaf值＞20-37%）与肥煤（Vdaf＞10-37%）、气煤（Vdaf＞28-37%）相当，但几乎无粘性（粘结指数G＜5），C、H、N含量低，而O含量高，认为是在成煤初期受到了相当程度的氧化。不粘煤主要用作制造煤气和民用或动力燃料。4.弱粘煤弱粘煤是界于炼焦煤和非炼焦煤之间的煤种，在炼焦配煤时如有足够的强粘煤，就可掺入30-40%左右的弱粘煤，以降低硫分灰，提高化学产品产率，降低装炉煤成本。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。5.1/2中粘煤它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料，也可以作为气化用煤和动力燃料。6.气煤挥发分Vdaf＞30%，胶质层最大厚度Y＞5-25mm，炼焦时能产生大量煤气和较多的焦油。能单独结焦，但结焦过程中收缩大，炼出的焦炭细长易碎，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。在炼焦时多配入这种煤，可以降低焦炉的膨胀压力，增大焦饼的收缩，增加化工产品产率。采用捣固装煤，多用气煤也能炼出高强度的冶金焦。气煤除主要供炼焦外，一些高灰高硫或粘结性较差的气煤，也可用来作动力煤、气化煤。7.气肥煤它的挥发分和粘结性都很高，结焦性介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气，更是配煤炼焦的好原料。8.肥煤挥发分Vdaf＞20-40%，典型肥煤挥发分多为28-35%，胶质层最大厚度Y＞25mm，具有很好的粘结性，加热时能产生大量的胶质体，结焦性最强。用这种煤来炼焦，可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，气孔率较高，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小块，因此肥煤很少单独炼焦，多与粘结性较弱的瘦煤、弱粘煤配合炼焦。肥煤主要用于炼焦，除洗选后硫分很难降低的作为动力煤外，很少用于其它方面。9.1/3焦煤它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有很强的粘结性和中高等挥发分，单独用来炼焦时，可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此，它是良好的配煤炼焦的基础煤。10.焦煤一般挥发分Vdaf＞18-30%，胶质层最大厚度Y＞12-25mm，加热时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，而更重要的是这种煤储量少，故只宜在配煤中适当配入一部分使用。11.瘦煤具有较低挥发分和中等粘结性，挥发分Vdaf＞10-20%。单独炼焦时，能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好，但熔融性较差，有时在焦块中有颗粒物存在，因此耐磨性较差。用它加入配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。12.贫瘦煤挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料。13.贫煤具有一定的挥发分，加热时不产生胶质体，没有粘结性或只有微弱的粘结性，燃烧火焰短，炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区，也可充当配煤炼焦的瘦化剂。14.无烟煤它是煤化程度最高的煤。挥发分低、比重大、反应性弱、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料，以及制造电石、电极和炭素材料等。四、配煤的意义五、配煤的一般原则六、配合煤的质量指标及工业分析（一）水分（二）灰分（三）硫分（四）挥发分（五）配合煤的黏结性指标（六）煤料细度化学指标物理指标工艺指标（1）水分：10%左右（2）灰分：越小越好（3）挥发分：20%～28%，根据工艺条件及需求控制（4）硫分：越低越好（1）细度：90%～93%（2）粒度组成；主要控制粒度分布（1）G值：原则上要求G＞75（2）y值：一般要求y＞15（3）配煤准确性：要求大于95%（一）水分煤中水份游离水Mt化合水以物理状态附着在煤颗粒表面的水分。很容易在常温下的干燥空气中蒸发，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了也叫结晶水，是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙（NaSO4.2H2O）和高龄土（AL2O3.2SiO2.2H2O)中的结晶水结晶水通常要在200℃以上才能分解析出外在水以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中的水分。需在105～110℃的温度下经过1～2小时可蒸发掉捣固炼焦的煤料水分是煤粒之间的黏结剂，配合煤水分是否稳定，主要取决于单种煤的水分。水分过小，会恶化焦炉装煤操作环境，煤饼不易捣固结实，装炉时易造成塌煤；水分过大，会使煤饼强度明显降低，对捣固、炭化均不会。通常水分每增加1%，结焦时间约延长10-15分钟。另外，装炉煤水分对堆密度也有影响。但水分增高，水分汽化热大，煤料导热性差，会使结焦时间延长，炼焦耗热量增高。所以，装炉煤水分不宜过高，水分过高不仅影响焦炭产量，也影响炼焦速度，同时影响焦炉寿命。所以，要求使配煤的水分稳定，以利于焦炉加热制度的稳定。操作时，来煤水分过大时，应尽量避免直接进配煤罐，应在煤场堆放一定时期，以降低其水分，来稳定装炉水分。一般情况下，配合煤水分稳定在10%左右较为合适。（二）灰分内在矿物质外在矿物质原生矿物质次生矿物质是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%；是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分，内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去是在采煤和运输过程中混入的顶、底板和夹石层的矸石。外在矿物质形成的灰分叫外在灰分，外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去煤中矿物质成焦过程中，煤料中的灰分几乎全部转入焦炭中，因此要严格控制配煤灰分。一般配煤的成焦率为70%—80%（冶金焦），气煤焦的成焦率为63%，焦炭的灰分即为配煤灰分的1.3～1.4倍。灰分高则黏结性降低。灰分的颗粒较大，硬度比煤大，它与焦炭物质之间有明显的分界面，当半焦收缩时，灰分颗粒成为裂纹中心，灰分颗粒越大则裂纹越宽、越深、越长，所以配合煤的灰分高，则焦炭强度降低。中国规定：一级冶金焦的灰分不大于12%，按成焦率75%计算，配合煤灰分应不大于12%×75%=9%，若焦炭灰分小于13%，按成焦率78%计算，配合煤灰分应不大于13%×78%=10.14%。降低配合煤的灰分有利于降低焦炭的灰分，但是降低灰分会使洗精煤产率降低，提高洗煤成本。从中国的煤炭资源来看，多数的焦煤和肥煤含灰分高，属于难洗煤，而高发分弱黏结性气煤则储量较多，且低灰、易洗，所以将灰分较高的焦煤、肥煤和灰分较低的气煤相配合。（三）硫分硫在煤中是一种有害物质，在配煤炼焦中，可通过控制配煤比以调节配合煤的硫分含量。而且在确定配比时，必须同时兼顾对焦炭灰分、硫分、强度的要求。降低配合煤硫分的根本途径是降低洗精煤的硫分或配用低硫洗精煤。（四）挥发分煤的挥发分，即煤在一定温度下隔绝空气加热，逸出物质（气体或液体）中减掉水分后的含量。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达70%，褐煤一般为40～60%，烟煤一般为10～50%，高变质的无烟煤则小于10%。世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类的最重要的指标。配煤的挥发分的高低，决定煤气和化学产品的产率，同时对焦炭强度也有影响。在常规炼焦时，配合煤料适宜的Vdaf=26%～28%，此时焦炭的气孔率和比表面积最小，焦炭的强度最好。若挥发分过高，焦炭的平均粒度小，抗碎强度低，而且焦炭的气孔率高，对焦炭质量不利。若挥发分过低，煤料的黏结性变差，熔融性变差，耐磨强度降低，可能导致推焦困难。煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。元素分析配合煤的煤化度指标（五）配合煤的黏结性指标（六）煤料的细度煤料必须粉碎才能均匀混合。煤料细度是指粉碎后配合煤中的小于3mm的煤料量占全部煤料的质量分数。顶装煤料的细度一般在80%左右，相邻班组细度波动不应大于1%，捣固炼焦细度一般90%～93%。细度对生产的影响细度过低，配合煤混合不均匀，焦炭内部结构不均一，强度降低。细度过高，不仅粉碎机动力消耗大，设备生产能力降低，而且装炉煤的堆密度下降，更主要的是过高，反而使焦炭质量受到影响。因为细度过高，煤料的表面积增大，生成胶质体时，由于固体颗粒对液相量的吸附作用增强，使胶质体的黏度增大而流动性变差，因为细度过高不利于黏结，装煤时易产生喷煤冒烟，过细的煤粉易被荒煤气带出，容易造成上升管和集气管堵塞，并使焦油渣增加，影响回收操作。所以应尽量减少粒度小于0.5mm的细粉含量。在具体的配煤操作中，从焦炭质量出发，不同的煤种应有不同的要求。煤料粉碎的过细，将使煤料的粘结性变差。焦煤、肥煤易粉碎，煤料过细使比表面积增加，胶质体被过度吸附而减薄，因而不利于粘结。比如，对于弱黏结煤，细度过低所造成的损害是主要的，应细粉碎；而对强黏结煤，细度过高所造成的不利是主要的，应粗粉碎。肥煤、焦煤较脆易碎，而气煤硬度较大，难碎。所以肥煤、焦煤适宜粗粉碎，气煤应细粉碎。一般小于3mm的煤应控制在90%～93%，其中粒度小于0.5mm的细粉应在40%～50%之间。细度较低，需消耗较高的捣固功才能使煤饼达到一定的稳定性；若细度过高，会使堆密度和抗压强度均降低，但抗剪强度提高。由于煤饼的稳定性主要取决于抗剪强度，所以捣固煤料应有较高的细度。如果煤料细度低，则因存在有较大颗粒的弱粘煤和灰分而使焦炭均匀性变坏，并且裂纹增多。如果煤料粉碎粒度不均匀，则在运输和堆积过程中容易产生偏析现象，颗粒大和比重大的煤堆积在一起，而大颗粒的煤往往是硬度较大的煤，因而这种偏析现象将使不同的煤分开，使煤料均匀性变坏，降低焦炭质量。五、衡量配煤质量的标准衡量配煤质量好坏的标准：在相同的煤源条件、相同的炼焦工艺条件下，通过优化配煤，使焦炭