第二章成焦过程和配煤原理[兼容模式]

1第二章配煤炼焦的原理与配煤工艺第一节煤在焦炉炭化室内的结焦过程第二节配合煤质量与备煤炼焦工艺条件第三节配煤原理与焦炭质量的预测第四节炼焦配煤工艺2第一节煤在焦炉炭化室内的结焦过程一、炭化室内炉料的动态变化二、炼焦过程中化学产品的生成3一、炭化室内炉料的动态变化结焦过程具有以下三个特点：1）侧向供热，成层结焦；2）结焦过程中，各层炉料的供热性能随温度的变化而变化；3）炭化室内物料产生膨胀压力。4不同结焦时间炭化室内各层煤料的温度与状态1.成层结焦与温度变化51.成层结焦与温度变化炼焦最终温度炭化室中心面上的炉料温度始终最低，因此以结焦末期炭化室中心面的温度(焦饼中心温度)作为焦饼成熟度的标志，称为炼焦最终温度。炭化室内各层煤料的温度变化1—炭化室表面温度；2—炭化室墙附近煤料温度；3—距炉墙50mm～60mm处煤料温度；4—距炉墙130mm～140mm处的煤料温度；5—炭化室中心部位的煤料温度62、炭化室内膨胀压力炭化室内的塑性层膜袋膨胀压力围绕中心煤料形成的塑性层如同一个膜袋，膜袋内的煤热解产生气体由于塑性层的不透气性使得膜袋产生膨胀的趋势，塑性层又通过外侧的半焦层和焦炭层将压力施加于炭化室的炉墙，这种压力称之为膨胀压力。72、炭化室内膨胀压力炭化室内的塑性层膜袋膨胀压力最大值当两个塑性层面在炭化室中心处会合时，由于外侧焦炭和半焦层传热好、需热少，致使塑性层内的温度升高加快，气态产物迅速增加使得此时的膨胀压力值最大。83、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系不同炭化室部位的焦炭质量各层焦炭物理机械性能和反应性能靠近炭化室墙面的焦炭熔融良好，结构致密，耐磨强度高。距炉墙越远，升温速度越慢，则焦炭结构就越疏松，耐磨强度也更低，炭化室中心部位的升温速度最慢（约2℃/min），故焦炭质量相对较差。93、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系不同炭化室部位的焦炭裂纹特征炉墙附近：裂纹多且深，并产生“焦花”距炉墙较远的内层：产生焦炭裂纹较少，也较浅。炭化室中心部位：焦饼中心裂纹，裂纹也较多。不同煤种的焦炭裂纹特征气煤：主要是垂直于炭化室墙的纵裂纹。肥煤：主要是以平行于炭化室墙的横裂纹居多。103、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系不同炭化室部位的焦炭粒度从炭化室墙面到炭化室中心面处，温度梯度逐渐减小，因而靠墙面处的焦炭粒度相对小于中心处的焦炭粒度。11第二节配煤质量与备煤炼焦工艺条件常规炼焦方法是将多种炼焦煤按适宜的比例配合，然后再装炉炼焦，故又称为配煤炼焦。一、配煤的意义与配煤质量要求二、备煤炼焦工艺条件12一、配煤的意义与配煤质量要求1.炼焦配煤的意义冶金焦的质量要求：灰分低、硫分少、强度高、各向异性程度大。各种煤之间性质上取长补短；副产炼焦化学产品；实现煤炭资源的合理利用。13一、配煤的意义与配煤质量要求2.配煤一般原则配煤质量应与煤料的预处理工艺及炼焦条件相适应，使焦炭的质量达到规定的指标，满足用户的质量要求，同时控制配煤的成本，提高经济效益。符合本区域内煤炭资源的组成，有利于扩大炼焦煤源，同时缩短平均运距。尽量多配用高挥发分煤，以利于增产化学产品和煤气。煤源的数量可靠、质量稳定。143.炼焦配煤的质量要求配煤的质量要求主要包括配煤的灰分、硫分、煤化程度和粘结性指标等，其中煤化程度和粘结性指标被称为炼焦的配煤参数，配煤质量要求是由焦炭质量的要求和炼焦条件所共同确定的。一、配煤的意义与配煤质量要求15配煤的灰分和硫分一、配煤的意义与配煤质量要求成焦过程中，煤料中的矿物质以灰分形式全部转入焦炭。煤中的灰分与焦炭中的灰分关系如下：式中A煤、A焦—分别为煤中和焦炭中的灰分(干基)，%；K—成焦率，%；△S—煤料中硫分转入焦炭中的百分数A=KA焦S煤=KS焦/△S16一、配煤的意义与配煤质量要求一级冶金焦的灰分不大于12％，按成焦率75％计算，配合煤料的灰分应不大于9％（干基）。一级冶金焦的硫分不大于0.6%，若按△S为70%计算，配合煤料的硫分应该控制在0.65%以下。配合煤料的灰分和硫分可以直接测定，也可以按煤种配合比例加权平均进行计算。17一、配煤的意义与配煤质量要求配合煤的煤化度指标煤化度指标是用来控制焦炭强度和块度的重要配煤参数。表征煤化度的指标：挥发分和镜质组分平均最大反射率。我国鞍山热能所对中国148种煤作的回归分析，得如下回归方程：Rmax=2.35–0.41Vdaf(相关系数=-0.947)18配合煤的挥发分和平均最大反射率确定：直接测量和按加和性进行计算。一、配煤的意义与配煤质量要求注意：配合后煤料的煤化度指标的数值所反映的煤的性质与煤化度指标数值相同的单种煤的性质是不一样的。对于常规配煤炼焦，合适的煤化度指标要求是：Rmax=1.2％～1.3％，相当于Vdaf=26％～28％。19一、配煤的意义与配煤质量要求配合煤的粘结性指标黏结指数G最大胶质层厚度Y最大流动度MF总膨胀度btY＝17～22mmG＝58～72MF＝70～1000ddpmbt≥50%20配合煤的膨胀压力膨胀压力的大小没有可靠的理论计算的方法；配合煤的膨胀压力不具有加和性；采用试验焦炉测定膨胀压力大小。膨胀压力两点规律：第一是在常规炼焦配煤范围内，煤料煤化度增加，则膨胀压力增大；第二是对同一种煤料，增加堆密度，其膨胀压力相应增加。一、配煤的意义与配煤质量要求211.煤料细度二、配煤炼焦的工艺条件定义：煤料粉碎后小于3mm的煤料重量占总重量的百分比。常规炼焦条件下要求细度在80％左右。捣固炼焦细度要求更高，一般大于85％。细度不够：配合煤混合不均匀，焦炭内部结构不均一，导致强度降低；细度过高：不仅粉碎设备动力消耗增大，设备的处理能力降低，更重要是细度过高时，装炉煤的堆密度下降，使焦炭质量受影响。222.装炉煤的堆密度和水分提高装炉煤的堆密度，有利于提高焦炭的质量和焦炉的生产能力。煤料堆密度与水分的关系二、配煤炼焦的工艺条件国内大多数焦化厂的装炉煤水分一般控制在10～11%。控制煤料水分很重要！233.炼焦速度定义：炭化室内平均宽度与其对应的结焦时间的比值；炼焦速度对焦炭质量的影响，实际上是炭化室内中心面处与靠近炉墙处升温速度的不同而造成的。焦炉炭化室宽度一旦确定，生产中只能用选择煤种的方法来适应焦炉的炼焦速度，实际生产中对炼焦速度几乎无法改变。国内目前焦炉炭化室的平均宽度为550mm、500mm、450mm、407mm，对应的结焦时间分别为23.5h、20h、17h、15h，则炼焦速度？二、配煤炼焦的工艺条件244.炼焦温度与焖炉时间焖炉：煤料到达炼焦温度后，延长焦炭在炭化室内的停留时间，使焦炭继续受高温作用。提高炼焦最终温度或延长焖炉时间，可以提高煤的干馏程度，使焦炭的结构更加致密，碳结构中氢含量减少、石墨化程度增加、各向异性程度加大，焦炭的耐磨强度和反应后强度均得到相应提高，但抗碎强度稍有下降。二、配煤炼焦的工艺条件25焦炭质量与焦饼中心温度的关系（鞍钢）焦饼中心温度℃焦炭强度，％筛分组成，％平均粒度，mm反应性能，％M40M10DI1515025～4040～6060～8080～11025～8025～8025～110块焦反应率反应后强度94472.910.979.56.134.925.530.366.556.068.140.637.3107579.49.389.37.338.434.016.979.757.063.533.449.9从表可以看出，通过提高焦饼中心温度，使80～110mm大块粒级减少，而25～80粒级增加，对于冶金焦而言，这种变化是有利的。26第三节配煤原理与焦炭质量的预测配煤原理是对焦炭质量与煤的性质相关联并加以解释的理论。成功的配煤理论可以正确指导配煤工作，并且还可以建立预测焦炭质量的方法。一、煤岩配煤的基本原理二、焦炭质量的预测方法27一、煤岩配煤的基本原理1.煤岩实体的分类按煤岩学观点，煤是非均一的物质，可划分为工艺性质、光学性质和物理性质不同的各种实体。按各种实体的热解性质的不同，可划分成活性物和惰性物两大类。在结焦过程中，活性物形成焦炭内部的粘结物，如同混凝土中的水泥；惰性物形成焦炭内部的骨架材料，犹如混凝土中的沙石。28煤岩实体的分类类别煤岩实体名称煤型代号活性物1.可熔融镜煤组（FusibleVitrinoids）2.可熔融半丝炭组（FusibleSemi-Fusinoids）3.角质组（Exinoids）4.树脂组（Resinoids）V0～V21SF0～SF21E0～E15R0～R15惰性物5.惰性镜煤组（InertVitrinoids）6.惰性半丝炭组（InertSemi-Fusinoids）7.碎片组（Micrinoids）8.丝炭（Fusinoids）9.矿物组（MineralMatter）V22～V70SF22～SF40M18～M70F40～F70注：表中煤型代号由类别英文名的字首与表示反射率大小的数字组合而成，例如V3表示油浸反射率为0.30～0.39的镜煤组。292.煤岩配煤的基本原理一、煤岩配煤的基本原理煤岩配煤的基本原理是建立在以下对煤及其成焦过程的认识之上的。1）煤是不均一的物质，每种煤都是天然的煤岩配煤，但绝大多数煤都不合乎单独炼焦的要求，为便于应用，将煤的有机物质在加热过程中能熔融并产生活性键的成分视作有黏结性的活性成分；加热不能熔融的，不产生活性键的为没有粘结性的惰性成分。30一、煤岩配煤的基本原理2）各种煤的活性成分的性质是不均一的，可用反射率的分布图解来表示。3）惰性成分也是配煤中不可缺少的成分，缺少或过剩均对配煤炼焦不利，导致焦炭质量下降。4）成焦过程中，煤粒间并不是互熔而成均一的焦炭，而是通过煤粒间的界面反应，键合而连结起来，也有物理结合的过程。31二、焦炭质量的预测方法焦炭质量预测选择若干指标表征炼焦煤的性质，并通过炼焦实验得到大量数据，在分析数据的基础上，找出炼焦煤指标和焦炭质量的关系。2.日本宫津隆法和加拿大加曼脱法1.阿莫索夫和夏皮洛法3.英国钢铁公司的配煤方法4.周师庸法321.阿莫索夫和夏皮洛法И.H.阿莫索夫等在1957年提出了煤岩配煤方法，用以指导配煤，预测焦炭质量。美国人夏皮洛等又在此基础上作了改进。60年代中期，日本的木村英雄等人在该基础上进一步加以发展，并于1974年在新日铁公司应用。此方法是按煤岩实体进行分类，首先对参加配煤的每种煤都进行反射率测定，以此标志煤的变质程度，并作出反射率的分布图。二、焦炭质量的预测方法33对于不同的镜煤组型，在最佳惰性物配比下焦炭的最优强度是不相同的。活性物含量与惰性物含量的最佳比：R佳i各种可熔融镜质组的最优比二、焦炭质量的预测方法34焦炭的强度由配煤中各活性组分的含量及其对应的强度所决定，活性组分在不同惰性物含量下的焦炭强度可用人为规范的试验测出，可以用下式计算配煤混合料的焦炭强度指数SI。iiixxaSI)(式中xi——活性组分Vi的含量，%；ai-——对应Vi组分含一定惰性成分时焦炭的强度指数；SI——配煤的焦炭强度指数。二、焦炭质量的预测方法35各种镜煤组型在不同惰性物含量时的强度指数二、焦炭质量的预测方法36为了反映惰性物对焦炭强度的贡献，引进组分平衡指数CBI，用来评价配合煤料中惰性物实际含量与最佳含量的关系。惰佳惰实GGCBI式中G实惰——煤料中惰性物的实际含量（实测），%；G佳惰——煤料中最佳惰性物的含量（G佳惰=∑xi/R佳i），%；R佳i-——Vi组分的活性物与惰性物的最佳比值。二、焦炭质量的预测方法37这样根据配煤的强度指数SI和组分平衡指数CBI，利用已通过试验得到的工业炼焦炉中焦炭强度与SI和CBI的关系曲线，即可预测配煤的焦炭强度。焦炭的强度与煤料CBI及SI的关系图例二、焦炭质量的预测方法38在炼焦生产中，对于一个新的配煤方案，未知焦炭强度，可以先测定其显微组分含量，查图计算出CBI和SI数值，再由CBI和SI数值从焦炭强度的预测图中，查得对应炼焦条件下所得焦炭强度的预测值，这就是利用煤岩配煤原理进行焦炭强度预测的方法