第二章 配煤煉焦的原理與配煤工藝

1、周 敏 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院 2008 年 4 月,煤 炭 焦 化,第二章 配煤煉焦的原理與配煤工藝,第一節(jié) 煤在焦?fàn)t炭化室內(nèi)的結(jié)焦過程 第二節(jié) 配合煤質(zhì)量與備煤煉焦工藝條件 第三節(jié) 配煤原理與焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè) 第四節(jié) 煉焦配煤工藝,第一節(jié) 煤在焦?fàn)t炭化室內(nèi)的結(jié)焦過程,一、炭化室內(nèi)爐料的動(dòng)態(tài)變化 二、煉焦過程中化學(xué)產(chǎn)品的生成,焦?fàn)t的炭化室是帶錐度的窄長(zhǎng)空間，煤料受兩側(cè)爐墻傳遞的熱量加熱，結(jié)焦過程從炭化室的兩側(cè)爐墻向炭化室中心逐漸推移，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，這種動(dòng)態(tài)過程具有以下三個(gè)特點(diǎn)： 1）側(cè)向供熱，成層結(jié)焦； 2）結(jié)焦過程中，各層爐料的供熱性能隨溫度的變化而變化； 3）炭化室內(nèi)物料產(chǎn)生膨脹壓力

2、。,一、炭化室內(nèi)爐料的動(dòng)態(tài)變化,1.成層結(jié)焦與溫度變化,因?yàn)榻範(fàn)t炭化室的側(cè)向供熱，且爐料導(dǎo)熱系數(shù)低，因此在整個(gè)成焦過程的大部分時(shí)間內(nèi)，炭化室內(nèi)與爐墻垂直方向上爐料的溫度梯度較大(圖2-1左)。這樣在結(jié)焦過程的大部分時(shí)間內(nèi)，離炭化室墻面不同距離的各層爐料、所受到的溫度不同而處于熱解過程的不同階段，整個(gè)炭化室內(nèi)爐料的狀態(tài)隨時(shí)間而變化(圖2-1右)。靠近爐墻附近的煤先結(jié)成焦炭，而后焦炭層逐漸向炭化室中心推移，這就是所謂的“成層結(jié)焦”。炭化室中心面上的爐料溫度始終最低，因此以結(jié)焦末期炭化室中心面的溫度(焦餅中心溫度)作為焦餅成熟度的標(biāo)志，稱為煉焦最終溫度。,圖2-1 不同結(jié)焦時(shí)間下炭化室內(nèi)各層爐料的溫

3、度與狀態(tài) 1-濕煤；2-干煤層；3-塑性層；4-半焦層；5-焦炭層；6- 爐墻；7-炭化室中心,1.成層結(jié)焦與溫度變化,如圖2-2所示，由于各層爐料距爐墻的距離不同，傳熱條件各不相同，最靠近爐墻的煤料升溫速度最快，約5min以上，而位于炭化室中心部位的爐料升溫速度最慢，約2 min以下，這種溫度變化的差別必然導(dǎo)致焦炭質(zhì)量的差異。,1.成層結(jié)焦與溫度變化,圖2-2 炭化室內(nèi)各層爐料的溫度變化 1-炭化室墻表面溫度；2-炭化室墻附近的爐料溫度；3-距 爐墻5060mm處爐料溫度,1.成層結(jié)焦與溫度變化,常規(guī)煉焦采用濕煤裝爐，結(jié)焦過程中濕煤層被夾在塑性層之間，這樣濕煤層內(nèi)的水汽不易透過塑性層向兩層外

4、流出，致使大部水汽竄入內(nèi)層濕煤中，并因內(nèi)層溫度低而冷凝下來，這樣內(nèi)層濕煤水分增加，加之煤的導(dǎo)熱系數(shù)小，使得炭化室內(nèi)中心煤料升溫速度緩慢，長(zhǎng)時(shí)間停留在水的蒸發(fā)溫度以下，煤料水分愈多，結(jié)焦時(shí)間就愈長(zhǎng)，煉焦的耗熱量也就愈大。,1.成層結(jié)焦與溫度變化,2、炭化室內(nèi)膨脹壓力,炭化室內(nèi)膨脹壓力產(chǎn)生是因?yàn)槌蓪咏Y(jié)焦，兩個(gè)大體上平行于兩側(cè)爐墻面的塑性層從兩側(cè)向炭化室中心移動(dòng)，炭化室底面溫度和頂部溫度也很高，在炭化室內(nèi)煤料的上層和下層同樣也形成塑性層，圍繞中心煤料形成的塑性層如同一個(gè)膜袋，膜袋內(nèi)的煤熱解產(chǎn)生氣體由于塑性層的不透氣性使得膜袋產(chǎn)生膨脹的趨勢(shì)，塑性層又通過外側(cè)的半焦層和焦炭層將壓力施加于炭化室的爐墻，這

5、種壓力稱之為膨脹壓力。 膨脹壓力的大小在結(jié)焦過程中是隨時(shí)間而變化，當(dāng)兩個(gè)塑性層面在炭化室中心處會(huì)合時(shí)，由于外側(cè)焦炭和半焦層傳熱好、需熱少，致使塑性層內(nèi)的溫度升高加快，氣態(tài)產(chǎn)物迅速增加使得此時(shí)的膨脹壓力值最大，通常的膨脹壓力是指其最大值。,3、炭化室內(nèi)層溫度變化與焦炭的質(zhì)量關(guān)系,靠近炭化室墻面的焦炭，由于煤料的升溫速度快，煤熱分解產(chǎn)生的塑性體的流動(dòng)性能好，塑性溫度間隔寬，塑性體內(nèi)煤熱解產(chǎn)物之間相互作用改善，因而焦炭熔融良好，結(jié)構(gòu)致密，質(zhì)量?jī)?yōu)于內(nèi)側(cè)的焦炭，有關(guān)焦炭性質(zhì)指標(biāo)的變化參見圖2-3。 圖2-3 各層焦炭物理機(jī)械性能和反應(yīng)性能,焦炭的塊度取決于焦炭的裂紋性質(zhì)，并與炭化室內(nèi)的溫度梯度有直接的關(guān)

6、系。焦炭中產(chǎn)生裂紋的數(shù)量，取決于半焦收縮階段內(nèi)第一次收縮峰區(qū)間內(nèi)半焦的收縮系數(shù)和溫度梯度。 如圖2-4所示，揮發(fā)分高的煤料收縮系數(shù)大，塑性溫度間隔窄，因而固化時(shí)半焦層較薄，半焦氣孔率大，半焦層的強(qiáng)度低，這樣，當(dāng)相鄰層爐料層的溫度梯度不同產(chǎn)生收縮差時(shí)，拉應(yīng)力超過半焦層的許可應(yīng)力，則半焦層開裂，這種裂紋垂直于墻面，故氣煤焦炭多呈細(xì)條狀。對(duì)于肥煤等強(qiáng)粘結(jié)性煤，由于塑性溫度間隔寬，半焦層厚且強(qiáng)度高，本層層內(nèi)拉應(yīng)力的破壞作用居次要地位，此時(shí)，相鄰層之間因溫度梯度差存在，產(chǎn)生的收縮導(dǎo)致層間發(fā)生開裂。這種焦餅中以平行于炭化室墻面的橫裂紋居多。但是相比之下，強(qiáng)粘結(jié)煤的焦炭塊度要大于氣煤焦塊度。,3、炭化室內(nèi)層

7、溫度變化與焦炭的質(zhì)量關(guān)系,圖2-4 不同煤的半焦收縮曲線 1-第一收縮峰；2-第二收縮峰,3、炭化室內(nèi)層溫度變化與焦炭的質(zhì)量關(guān)系,從炭化室墻面到炭化室中心面處，溫度梯度逐漸減小，因而靠墻面處的焦炭粒度相對(duì)小于中心處的焦炭粒度，這樣就產(chǎn)生了相同的煤料在相同的煉焦條件下結(jié)焦，其焦炭質(zhì)量由于上述原因，不同的塊度具有不同的質(zhì)量。,3、炭化室內(nèi)層溫度變化與焦炭的質(zhì)量關(guān)系,二、煉焦過程中化學(xué)產(chǎn)品的生成,煤炭高溫干餾得到的煉焦化學(xué)產(chǎn)品的組成與煤的性質(zhì)和煉焦條件有關(guān)，煤熱解生成的一次化學(xué)品還要受到焦?fàn)t內(nèi)煉焦條件的影響，有關(guān)內(nèi)容祥見本篇第五章內(nèi)容。,第二節(jié) 配合煤質(zhì)量與備煤煉焦工藝條件,由于煤在焦?fàn)t炭化室內(nèi)結(jié)焦

8、過程和煤成焦規(guī)律的要求，使得工業(yè)煉焦必須采用多種煤配合煉焦。常規(guī)煉焦方法是將多種煉焦煤按適宜的比例配合，然后再裝爐煉焦，故又稱為配煤煉焦。 一、配煤的意義與配煤質(zhì)量要求 二、備煤煉焦工藝條件,1、煉焦配煤的意義,配煤的意義在于使各種煤之間性質(zhì)上取長(zhǎng)補(bǔ)短，符合焦?fàn)t的生產(chǎn)要求，生產(chǎn)出滿足質(zhì)量要求的優(yōu)質(zhì)焦炭，并副產(chǎn)煉焦化學(xué)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的合理利用。 冶金焦的質(zhì)量要求是：灰分低、硫分少、強(qiáng)度高、各向異性程度大，為滿足上述要求，在常規(guī)煉焦方法條件下,用單種煤煉焦很難實(shí)現(xiàn)。而且由于煤種的相對(duì)儲(chǔ)量、分布和開采能力的制約，不可能進(jìn)行大規(guī)模的單種煤煉焦生產(chǎn)，特別是優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源有限，工業(yè)上必須采用配煤煉焦，

9、以確保焦炭質(zhì)量和合理利用煤炭資源。 在我國(guó)，煉焦廠除了以生產(chǎn)焦炭為主要目的以外，大多數(shù)煉焦廠同時(shí)還是城市煤氣的氣源廠，對(duì)于此類煉焦廠，應(yīng)盡可能多配用高揮發(fā)氣煤，這樣既可增加了煤氣產(chǎn)量，又充分利用了占我國(guó)煉焦煤種比例最大的氣煤資源。,2、配煤的一般原則,為了生產(chǎn)質(zhì)量合格的焦炭，首先要是要確保配煤的質(zhì)量，并綜合考慮煉焦工業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，煉焦配煤應(yīng)遵循如下一般原則。 1）配煤質(zhì)量應(yīng)與煤料的預(yù)處理工藝及煉焦條件相適 應(yīng)，使焦炭的質(zhì)量達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)，滿足用戶的質(zhì) 量要求，同時(shí)控制配煤的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。 2）符合本區(qū)域內(nèi)煤炭資源的組成，有利于擴(kuò)大煉焦煤 源，同時(shí)縮短平均運(yùn)距。 3）在保證焦炭質(zhì)量的前提下

10、，盡量多配用高揮發(fā)分 煤，以利于增產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品和煤氣。 4）煤源的數(shù)量可靠、質(zhì)量穩(wěn)定。,3、煉焦配煤的質(zhì)量要求,配煤的質(zhì)量要求主要包括配煤的灰分、硫分、煤化程度和粘結(jié)性指標(biāo)等，其中煤化程度和粘結(jié)性指標(biāo)被稱為煉焦的配煤參數(shù)，配煤質(zhì)量要求是由焦炭質(zhì)量的要求和煉焦條件所共同確定的。,（1） 配合煤的灰分和硫分,成焦過程中，煤料中的礦物質(zhì)以灰分形式全部轉(zhuǎn)入焦炭，而煤料中的硫分部分殘留在焦炭中，另一部分轉(zhuǎn)化為氣態(tài)硫化物進(jìn)入煤氣，極少量進(jìn)入液體產(chǎn)物。煤中的灰分與焦炭中的灰分關(guān)系如下： a煤 = k a焦 (2-1) 式中a煤、a焦 分別為煤中和焦炭中的灰分(干基)，； k 成焦率，； 煤中的硫分與焦炭中的硫

11、分關(guān)系見公式（1-3）。利用式(2-1)和式(1-3)，可以根據(jù)焦炭灰分、硫分的要求，計(jì)算出配合煤的灰分和硫分。例如我國(guó)規(guī)定，一級(jí)冶金焦的灰分不大于12，按成焦率75計(jì)算，配合煤料的灰分應(yīng)不大于9（干基）。 配合煤料的灰分和硫分可按煤種配合比例加權(quán)平均進(jìn)行計(jì)算。,（2）配合煤的煤化度指標(biāo),煤化度指標(biāo)是用來控制焦炭強(qiáng)度和塊度的重要配煤參數(shù)。表征煤化度的指標(biāo)可用揮發(fā)分vdaf和鏡質(zhì)組分平均最大反射率 。揮發(fā)分指標(biāo)的測(cè)定方法簡(jiǎn)便，應(yīng)用普遍，而鏡質(zhì)組分的平均最大反射率則能更準(zhǔn)確地反映煤的性質(zhì)，在一定范圍的煤化度區(qū)域內(nèi)兩者之間具有較好的相關(guān)性，據(jù)我國(guó)鞍山熱能所對(duì)中國(guó)148種煤作的回歸分析，得如下回歸方程

12、： _ rmax=2.35 0.41vdaf (相關(guān)系數(shù) = - 0.947) (2-2),配合煤的揮發(fā)分指標(biāo)可以直接測(cè)定，也可以按加和性來進(jìn)行計(jì)算，但二者之間有一定的差異。配合煤的平均最大反射率同樣可以直接測(cè)定或按加和性進(jìn)行計(jì)算。需要指出的是，配合后煤料的煤化度指標(biāo)的數(shù)值所反映的煤的性質(zhì)與煤化度指標(biāo)數(shù)值相同的單種煤的性質(zhì)是不一樣的。例如將氣煤與瘦煤適當(dāng)配合后，其煤化度指標(biāo)可能與焦煤或肥煤的煤化度指標(biāo)相同，但是配合煤料的性質(zhì)與后者的性質(zhì)是不同的，這可以從反射率分布曲線上明顯地看出。正因?yàn)檫@種原因，煉焦廠在運(yùn)輸和儲(chǔ)存洗精煤時(shí)，應(yīng)防止不同煤種混雜，造成揮發(fā)分煤化度指標(biāo)失靈。,（2）配合煤的煤化度指

13、標(biāo),對(duì)于常規(guī)配煤煉焦，合適的煤化度指標(biāo)要求是： rmax=1.21.3，相當(dāng)于vdaf =2628，煤化度過低，焦炭的平均粒度小，抗碎強(qiáng)度低，而且焦炭的氣孔率高，各向異性程度低，焦炭質(zhì)量不好。煤化度過高時(shí)，雖然焦炭的各向異性程度可以提高，但是，由于煤料的粘結(jié)性變差，成焦過程中熔融不好，焦炭的耐磨強(qiáng)度降低，另外還可能導(dǎo)致焦?fàn)t推焦困難。 針對(duì)我國(guó)煉焦煤資源的特點(diǎn)，同時(shí)為了盡量提高化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率，我國(guó)煤科院北京煤化所提出煤化度的合適范圍為 vdaf=2832。,（2）配合煤的煤化度指標(biāo),（3） 配合煤的粘結(jié)性指標(biāo),煤具有粘結(jié)性是煤結(jié)焦的前提條件，煤粘結(jié)性評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，有粘結(jié)指數(shù)g、最大膠質(zhì)層厚度y、最

14、大流動(dòng) mf以及總膨脹度bt，這些指標(biāo)都從不同的角度表征了煤在熱解過程中生成的塑性體的性質(zhì)。 我國(guó)過去一直采用最大膠質(zhì)層厚度y作為粘結(jié)性指標(biāo)，其合適的范圍是：y1722mm。1975年以后，煤化所提了粘結(jié)指數(shù)g指標(biāo)，推薦采用該指標(biāo)指導(dǎo)配煤，其合適范圍是：g5872 。配合煤料的y值或g值可直接測(cè)定，也可按加和性進(jìn)行計(jì)算。,各國(guó)常用的配煤參數(shù)及其適宜范圍見表2-1。 表2-1 常用配煤參數(shù)及其適用范圍,表,在實(shí)際應(yīng)用中，可以用配煤參數(shù)為坐標(biāo)，根據(jù)煤的煤化度指標(biāo)和粘結(jié)性指標(biāo)，將各種煉焦用煤描繪在圖上，如圖2-5所示。圖中由配煤參數(shù)適宜范圍所確定的區(qū)域稱為配煤目標(biāo)區(qū)，配煤就是將各種煤配合后使其配煤參

15、數(shù)落入配煤目標(biāo)區(qū)，同時(shí)還要滿足對(duì)灰分、硫分等指標(biāo)的要求，這樣可以生產(chǎn)出質(zhì)量合格的焦炭。但要指出的是，配煤圖中配煤目標(biāo)區(qū)的確定是經(jīng)驗(yàn)性的，對(duì)于不同的配合煤同樣是在目標(biāo)區(qū)內(nèi)，但焦炭的質(zhì)量卻可能有較大的差異，也就是說，如果想要確切地控制焦炭的質(zhì)量，用配煤圖還是不夠的。,（3） 配合煤的粘結(jié)性指標(biāo),圖 2-5 揮發(fā)分最大流動(dòng)度配煤圖,（3） 配合煤的粘結(jié)性指標(biāo),（4）配合煤的膨脹壓力,煤在炭化室內(nèi)膨脹壓力是由多種因素所決定，膨脹壓力的大小沒有可靠的理論計(jì)算的方法，配合煤料中煤組分之間存在相互作用，因此配合煤的膨脹壓力不具有加和性，只能用試驗(yàn)的方法加以測(cè)定?？梢圆捎迷囼?yàn)焦?fàn)t測(cè)定膨脹壓力大小。對(duì)于新建煉焦

16、廠，在進(jìn)行煉焦煤種的選擇時(shí)，可在實(shí)際生產(chǎn)焦?fàn)t上對(duì)配煤方案做單孔試驗(yàn)，以便得到更加可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 煉焦生產(chǎn)中，對(duì)于煤料的膨脹壓力有以下兩點(diǎn)規(guī)律：第一是在常規(guī)煉焦配煤范圍內(nèi)，煤料煤化度增加，則膨脹壓力增大；第二是對(duì)同一種煤料，增加堆密度，其膨脹壓力相應(yīng)增加。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)這兩條規(guī)律，掌握膨脹壓力變化的趨勢(shì)。,二、備煤煉焦工藝條件,備煤煉焦工藝條件是指煤料粉碎的細(xì)度、裝爐煤的水分和堆密度、煉焦速度、煉焦溫度和燜爐時(shí)間等，這些煉焦條件對(duì)焦炭的質(zhì)量有較大的影響。,1、煤料細(xì)度,煉焦配煤的細(xì)度是指煤料粉碎后小于3mm的煤料重量占總重量的百分比。常規(guī)煉焦條件下要求細(xì)度在80左右。搗固煉焦細(xì)度要求更高，

17、一般大于85。 細(xì)度不夠，配合煤混合不均勻，焦炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)不均一，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。細(xì)度過高，不僅粉碎設(shè)備動(dòng)力消耗增大，設(shè)備的處理能力降低，更重要是細(xì)度過高時(shí)，裝爐煤的堆密度下降，使焦炭質(zhì)量受影響。因此煉焦生產(chǎn)中對(duì)煤料細(xì)度必須加以控制。研究表明，細(xì)度不但影響焦炭質(zhì)量，既便是在同樣的細(xì)度條件下，調(diào)節(jié)煤料中不同組分的粒級(jí)組成，對(duì)焦炭質(zhì)量的改善同樣具有意義。一般要求煤中活性組分粗粉碎，非活性成分宜細(xì)粉碎。但是含活性組分多，粘結(jié)性好的煤容易粉碎，粘結(jié)性差的煤卻難粉碎，若煤料混合后集中粉碎則加劇了這一矛盾，為此在備煤生產(chǎn)工藝中提出了選擇性粉碎的工藝以解決這一矛盾。,2、裝爐煤堆密度和水分,提高裝爐煤的堆密度，

18、有利于提高焦炭的質(zhì)量，同時(shí)還可以提高焦?fàn)t的生產(chǎn)能力。采用煤搗固、煤干燥預(yù)熱、配型煤等煉焦方法，都在不同程度上實(shí)現(xiàn)了提高堆密度，增加焦炭強(qiáng)度的目的。 在常規(guī)煉焦條件下，裝爐煤的堆密度主要受煤料水分、細(xì)度以及加煤方法的影響，從圖2-6中可以看出，增加堆密度的有效途徑是減少煤料的水分，但是若采用一般的裝爐方法，在加煤時(shí)冒煙冒火嚴(yán)重，必須采用專門的裝爐工藝。,圖2-6 煤料堆密度與粒度組成、水分的關(guān)系,2、裝爐煤堆密度和水分,3、煉焦速度,不同寬度炭化室的焦?fàn)t，因其燃燒室的加熱條件以及傳熱條件大致相同，寬炭化室內(nèi)煤料的總體升溫速度必然低于窄炭化室內(nèi)的煤料升溫速度，這種差別可用炭化室內(nèi)平均寬度與其對(duì)應(yīng)的

19、結(jié)焦時(shí)間的比值來進(jìn)行衡量，該比值稱為煉焦速度。例如國(guó)內(nèi)目前焦?fàn)t炭化室的平均寬度為450mm、407mm、350mm，對(duì)應(yīng)的結(jié)焦時(shí)間分別為17h、15h、12h，則煉焦速度分別為：26.5mm/h、27.1mm/h和29.2mm/h。 煉焦速度對(duì)焦炭質(zhì)量的影響，實(shí)際上是炭化室內(nèi)中心面處與靠近爐墻處升溫速度的不同而造成的，焦?fàn)t炭化室寬度一旦確定，生產(chǎn)中只能用選擇煤種的方法來適應(yīng)焦?fàn)t的煉焦速度，實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)煉焦速度幾乎無法改變。因此在建設(shè)煉焦廠時(shí)，確定焦?fàn)t炭化室的寬度是非常重要的，國(guó)內(nèi)新建的大、中型焦?fàn)t，其寬度大多采用450mm。,4、煉焦溫度與燜爐時(shí)間,焦?fàn)t生產(chǎn)中燜爐是指煤料到達(dá)煉焦溫度后，延長(zhǎng)焦

20、炭在炭化室內(nèi)的停留時(shí)間，使焦炭繼續(xù)受高溫作用。提高煉焦最終溫度或延長(zhǎng)燜爐時(shí)間，可以提高煤的干餾程度，使焦炭的結(jié)構(gòu)更加致密，碳結(jié)構(gòu)中氫含量減少、石墨化程度增加、各向異性程度加大，焦炭的耐磨強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度均得到相應(yīng)提高，但抗碎強(qiáng)度稍有下降(參見表2-2)。,表2-2 焦炭質(zhì)量與焦餅中心溫度的關(guān)系（鞍鋼）,從表2-2中還可以看出，通過提高焦餅中心溫度，使80110mm大塊粒級(jí)減少，而2580粒級(jí)增加，對(duì)于冶金焦而言，這種變化是有利的。,第三節(jié) 配煤原理與焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè),配煤原理是對(duì)焦炭質(zhì)量與煤的性質(zhì)相關(guān)聯(lián)并加以解釋的理論。成功的配煤理論可以正確指導(dǎo)配煤工作，并且還可以建立預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量的方法。 一、

21、煤巖配煤的基本原理 二、焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法,1、煤巖實(shí)體的分類,按煤巖學(xué)觀點(diǎn)，煤是非均一的物質(zhì)，可劃分為工藝性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)不同的各種實(shí)體。按各種實(shí)體的熱解性質(zhì)的不同，可劃分成活性物和惰性物兩大類。在結(jié)焦過程中，活性物形成焦炭?jī)?nèi)部的粘結(jié)物，如同混凝土中的水泥；惰性物形成焦炭?jī)?nèi)部的骨架材料，猶如混凝土中的沙石。煤巖實(shí)體的分類方法見表2-3。,表2-3 煤巖實(shí)體的分類,表2-3中煤型代號(hào)由類別英文名的字首與表示反射率大小的 數(shù)字組合而成，例如v3表示油浸反射率為0.30o.39的鏡煤組。,2、煤巖配煤的基本原理,煤巖配煤的基本原理是建立在以下對(duì)煤及其成焦過程的認(rèn)識(shí)之上的。 煤是不均一的物質(zhì)

22、，每種煤都是天然的煤巖配煤，但絕大多數(shù)煤都不合乎單獨(dú)煉焦的要求，為便于應(yīng)用，將煤的有機(jī)物質(zhì)按其在加熱過程中能熔融并產(chǎn)生活性鍵的成分視作有粘結(jié)性的活性成分；加熱不能熔融的，不產(chǎn)生活性鍵的視為沒有粘結(jié)性的惰性成分。這種劃分完全是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果進(jìn)行劃分的。主要產(chǎn)煤國(guó)家的煤巖工作者，都對(duì)本國(guó)的煤進(jìn)行了這種試驗(yàn)，而且主要結(jié)論幾乎一致，即在煉焦煤階段里，鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組是活性成分，絲質(zhì)組是惰性成分，半鏡質(zhì)組介于二者之間。,各種煤的活性成分的性質(zhì)是不均一的，可用反射率的分布圖解來表示?；钚猿煞值馁|(zhì)量差異很大，不但不同變質(zhì)程度煤差別大，即使是同種煤，所含活性成分的質(zhì)量隨反射率不同也有差別。 惰性成分也是配煤

23、中不可缺少的成分，缺少或過剩均對(duì)配煤煉焦不利，導(dǎo)致焦炭質(zhì)量下降。要得到所要求焦炭質(zhì)量的配煤方案，實(shí)際上是不同活性成分與適量惰性成分的組合。決定煤性質(zhì)的重要指標(biāo)是反射率和惰性成分含量這兩個(gè)指標(biāo)。,2、煤巖配煤的基本原理,成焦過程中，煤粒間并不是互熔而成均一的焦炭，而是通過煤粒間的界面反應(yīng)，鍵合而連結(jié)起來，也有物理結(jié)合的過程。煉焦煤隔絕空氣炭化所得的焦炭，制成光片后在顯微鏡下觀察，無論其表面是否經(jīng)過處理，都可以觀察到顆粒的界線。這說明炭化過程中的塑性區(qū)間，煤粒間并沒有互相熔融成均勻物質(zhì)，而是煤的顆粒內(nèi)外同時(shí)平行地發(fā)生裂解和縮聚反應(yīng)，煤顆粒產(chǎn)生的分解產(chǎn)物沿著煤粒的接觸表面相互擴(kuò)散，進(jìn)一步縮聚而成焦塊

24、。因此，散裝煤的粘結(jié)，只是顆粒間接觸表面的結(jié)合。,2、煤巖配煤的基本原理,二、焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法,.h.阿莫索夫等在1957年提出了煤巖配煤方法，用以指導(dǎo)配煤，預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量。美國(guó)人夏皮洛等又在此基礎(chǔ)上作了改進(jìn)。60年代中期，日本的木村英雄等人在該基礎(chǔ)上進(jìn)一步加以發(fā)展，并于1974年在新日鐵公司應(yīng)用。 此方法是按煤巖實(shí)體進(jìn)行分類，首先對(duì)參加配煤的每種煤都進(jìn)行反射率測(cè)定，以此標(biāo)志煤的變質(zhì)程度，并作出反射率的分布圖。,由煤巖配煤的原理可知，不同組型的活性成分其粘結(jié)性能不相同，在結(jié)焦過程中，每個(gè)鏡煤組型與惰性物相結(jié)合時(shí)，都存在一個(gè)活性物含量與惰性物含量的最佳比r佳i ，在該條件下得到的焦炭強(qiáng)度為最優(yōu)，

25、但對(duì)于不同的鏡煤組型，在最佳惰性物配比下焦炭的最優(yōu)強(qiáng)度是不相同的。通過試驗(yàn)可測(cè)出各種可熔融鏡煤組型的最佳惰性物與活性物的比例，如圖2-7。 圖2-7 各種可熔融鏡質(zhì)組的最優(yōu)比,二、焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法,焦炭的強(qiáng)度是由配煤中各活性組分的含量及其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度所決定的，活性組分在不同惰性物含量下的焦炭強(qiáng)度可用人為規(guī)范的試驗(yàn)測(cè)出，這樣可以用下式計(jì)算配煤混合料的焦炭強(qiáng)度指數(shù)si。 式中 xi- 活性組分vi的含量，； ai- 對(duì)應(yīng)vi組分含一定惰性成分時(shí)焦炭的強(qiáng)度指數(shù) （圖2-8中的（si）i值）； si- 配煤的焦炭強(qiáng)度指數(shù)。,(2-3),二、焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法,二、焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法,圖2-8 各種鏡煤

26、組型在不同惰性物含量時(shí)的強(qiáng)度指數(shù),為了反映惰性物對(duì)焦炭強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，引進(jìn)組分平衡指數(shù)cbi，用來評(píng)價(jià)配合煤料中惰性物實(shí)際含量與最佳含量的關(guān)系。 式中 g實(shí)惰- 煤料中惰性物的實(shí)際含量（實(shí)測(cè)），； 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組分的活性物與惰性物的最佳比值。,（2-4）,二、焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法,這樣根據(jù)配煤的強(qiáng)度指數(shù)si和組分平衡指數(shù)cbi，利用已通過試驗(yàn)得到的工業(yè)煉焦?fàn)t中焦炭強(qiáng)度與si和cbi的關(guān)系曲線，即可預(yù)測(cè)配煤的焦炭強(qiáng)度。圖2-9給出了日本學(xué)者宮津隆等試驗(yàn)得到的si-cbi-關(guān)系圖。 圖2-9 焦炭的強(qiáng)度與煤料cbi及si的關(guān)系圖例,二、焦

27、炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法,在工業(yè)煉焦?fàn)t中，對(duì)于一個(gè)新的配煤方案，未知焦炭強(qiáng)度，可以先測(cè)定其顯微組分含量，查圖計(jì)算出cbi和si數(shù)值，再由cbi和si數(shù)值從焦炭強(qiáng)度的預(yù)測(cè)圖中，查得對(duì)應(yīng)煉焦條件下所得焦炭強(qiáng)度的預(yù)測(cè)值，這就是利用煤巖配煤原理進(jìn)行焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)的方法。 由于焦炭質(zhì)量不僅取決于煤料的性質(zhì)，而且與備煤煉焦條件密切相關(guān)，所以當(dāng)備煤煉焦條件不同時(shí)，焦炭的實(shí)際強(qiáng)度也不相同，采用煤巖配煤方法預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量時(shí)，不同的煤焦廠應(yīng)針對(duì)不同的煉焦條件進(jìn)行試驗(yàn)，繪制對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)圖，不能任意套用其它條件下得到的預(yù)測(cè)圖。,二、焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法,第四節(jié) 煉焦配煤工藝,煉焦廠配煤過程又稱之為備煤，備煤工序主要包括來煤接受、貯存

28、、倒運(yùn)、配合混勻、粉碎等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在煉焦廠屬于煤的準(zhǔn)備部分。由于煉焦廠的晝夜用煤量很大，涉及的煤種多，設(shè)施占地面積大，要求的機(jī)械化和自動(dòng)化作業(yè)程度高，而且備煤對(duì)焦炭的質(zhì)量影響大。 一、煤的接受和貯存 二、煤的配合、粉碎和輸送,1、來煤接受,焦化廠在接受來煤時(shí)，應(yīng)注意如下幾條原則。 來煤按使用煤種分別接受，并卸往指定的堆放位置。防止不同煤種在接受和卸煤過程中互混。每批來煤必須按規(guī)程取樣分析，對(duì)質(zhì)量不合要求的來煤應(yīng)作待殊處理。 生產(chǎn)上，為改善和穩(wěn)定原料煤的質(zhì)量，來煤盡可能送往貯煤場(chǎng)，也可以直接進(jìn)配煤槽。貯煤場(chǎng)設(shè)計(jì)容量通常按來煤的70計(jì)算，直接進(jìn)槽量為30。 各種煤的卸煤場(chǎng)地必須清潔，更換場(chǎng)地時(shí)應(yīng)徹

29、底清掃,焦化廠常用的卸煤設(shè)備有兩大類，一類是適合于鐵路運(yùn)輸?shù)男盾嚈C(jī)，另一類是適合于水運(yùn)的卸船機(jī)。卸車機(jī)常用的有翻車機(jī)、螺旋卸車機(jī)、鏈斗卸車機(jī)和抓斗類起重機(jī)。卸船機(jī)一般采用帶大抓斗的起重機(jī)，卸煤能力一般比較大。 翻車機(jī)具有效率高、生產(chǎn)能力大、運(yùn)行可靠、操作人員少和勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，適用于大型焦化廠采用，但對(duì)車幫撞擊力較大，容易損壞車皮。螺旋卸車機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，重量輕，檢修容易，對(duì)車皮的適應(yīng)性強(qiáng)，基本無損壞，是中小型焦化廠的主要卸煤設(shè)備。但是地下工程量較大，勞動(dòng)條件較差，配備人員也較多。鏈斗卸車機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造檢修容易，土建工程量小，廣泛用于中、小型焦化廠。,2、倒運(yùn),卸至煤場(chǎng)的煤料為了堆放、混勻和

30、取用作業(yè)，煤場(chǎng)對(duì)煤料進(jìn)行倒運(yùn)操作。倒運(yùn)機(jī)械分抓斗類和堆取類二種?，F(xiàn)代大型焦化廠主要采用堆取類機(jī)械，采用各種類型的大型堆料機(jī)、斗輪取料機(jī)和聯(lián)合堆取料機(jī)。,3、貯煤,為了管理好貯煤廠，確保配煤的準(zhǔn)確性和焦炭的質(zhì)量。貯煤廠和貯煤應(yīng)遵循以下要求： 煤場(chǎng)的容量足夠大，一般大中焦化廠應(yīng)提供1015天的貯煤量，小型焦化廠則天數(shù)更多些。貯煤場(chǎng)的長(zhǎng)度應(yīng)能提供各種煤分別堆、取、貯的必要條件。 煤場(chǎng)地坪應(yīng)適當(dāng)處理，防止煤、土混雜。煤場(chǎng)應(yīng)有良好的排水條件 要確保不同煤種單獨(dú)存放。而對(duì)于同一種煤料，為了消除和減少不同礦井或礦層來煤所造成的煤質(zhì)差別，在貯煤場(chǎng)存放過程中應(yīng)盡量混勻，常采用“平鋪直取”的作業(yè)方法。 貯煤場(chǎng)的煤堆應(yīng)保持一定的高度，煤堆過低，占地面積大，增加倒運(yùn)距離，下雨時(shí)煤的水分增大。煤堆高度與使用的煤場(chǎng)機(jī)械有關(guān)，一般為915m。 煤的存放時(shí)間不宜過長(zhǎng)。為了防止煤的氧化變質(zhì)，對(duì)各種煤應(yīng)規(guī)定允許的堆放時(shí)間，并按計(jì)劃取用。煤質(zhì)惡化對(duì)煉焦不利，變質(zhì)煤不能煉焦。根據(jù)鞍鋼和武鋼的生產(chǎn)實(shí)踐，各種煤允許的貯存時(shí)間見表2-4。,表2-4 煉焦用煤允許的貯存時(shí)間,對(duì)煤場(chǎng)的管理還應(yīng)重視環(huán)境保護(hù)，應(yīng)采取