第二章室式煉焦過程與配煤工藝

1、第二章 室式煉焦過程與配煤工藝第一節(jié) 煤在焦?fàn)t炭化室內(nèi)的結(jié)焦過程一、炭化室內(nèi)爐料的動(dòng)態(tài)變化焦?fàn)t的炭化室是一個(gè)帶錐度的窄長(zhǎng)空間，煤料受兩側(cè)爐墻傳遞的熱量加熱，下面我們分析煉焦過程及其特點(diǎn)，并由此分析炭化室內(nèi)各部位焦炭質(zhì)量與特征。1 、成層結(jié)焦與溫度變化在煤化學(xué)中我們知道，粘結(jié)性煤加熱過程中，經(jīng)歷了干燥、熱分解、形成塑性體、轉(zhuǎn)化為半焦和焦炭的過程。過程所需要的熱量， 由兩側(cè)爐墻提供。繪出圖 （表明兩側(cè)加熱）， 因煤和塑性層 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因

2、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，這就是常指的“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。如圖 2-2 所示， 由于各層爐料距爐墻的距離不同，傳熱條件也就各不相同，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2min 以下，這種溫度變化的差別必然導(dǎo)致焦炭質(zhì)量的差異。常規(guī)煉焦采用濕煤裝爐，結(jié)焦過程中濕煤層被夾在兩個(gè)塑性層之間，這樣

3、濕煤層內(nèi)的水汽不易透過塑性層向兩層外流出，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。2、炭化室內(nèi)膨脹壓力焦?fàn)t炭化室內(nèi)產(chǎn)生膨脹壓力的原因是成層結(jié)焦的結(jié)果，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 （見圖 2-3 ） ， 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)

4、的半焦層和焦炭層將壓力施加于炭化室的爐墻，這種壓力稱之為膨脹壓力。膨脹壓力的大小在結(jié)焦過程中隨時(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。對(duì)于常規(guī)煉焦的焦?fàn)t來講，受炭化室爐墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的制約，應(yīng)控制膨脹壓力的大小，這必須通過：選擇煤料進(jìn)行控制，這是煉焦備煤（配煤）的一項(xiàng)重要任務(wù)。由于煉焦?fàn)t相鄰兩個(gè) 炭化室總是處于不同的結(jié)焦階段，所以相鄰兩個(gè)炭化室爐料施加于爐墻的壓力的差值是爐墻所受的側(cè)向負(fù)荷。煉焦生產(chǎn)中，在制定推焦串序時(shí)，對(duì)膨脹壓力要進(jìn)行合理的考慮。3、炭化

5、室內(nèi)層溫度變化與焦炭的質(zhì)量關(guān)系炭化室內(nèi)位置與質(zhì)量的關(guān)系有關(guān)焦炭性質(zhì)指標(biāo)的變化參見圖2-4 ?？拷炕覊γ娴慕固?，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。但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。炭化室內(nèi)，接近爐墻的煤層在形成塑性層之后，面向爐墻的焦面扭曲“鼓泡”，外形如同菜花，稱為“焦花 ”。而在炭化室中心處，由于膨脹壓力最終將

6、兩側(cè)的焦餅推向兩側(cè)，從而沿炭化室中心面形成焦餅中心裂縫，在炭化室推焦前打開爐門時(shí)，可以清楚地看到焦餅中心裂縫。煤的性質(zhì)與焦炭質(zhì)量焦炭的塊度取決于焦炭的裂紋性質(zhì)，而焦炭中產(chǎn)生裂紋主要受半焦收縮特別是半焦收縮階段內(nèi)第一次收縮峰區(qū)間內(nèi)半焦的收縮系數(shù)的影響。如圖 2-5 所示， 揮發(fā)分高的煤料收縮系數(shù)大，此外從煤化學(xué)知它的塑性溫度間隔窄，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)半焦產(chǎn)生收縮差時(shí)，本層內(nèi)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)

7、，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。二、煉焦過程中化學(xué)產(chǎn)品的生成煤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)容詳見第五章內(nèi)容。第二節(jié) 配合煤質(zhì)量與備煤煉焦工藝條件工業(yè)煉焦生產(chǎn)一般不采用單種煤煉焦，而通常采用多種煤配合后煉焦。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1 、煉焦配煤的意義配煤的 目的或意義： 生產(chǎn)出滿足質(zhì)量要求的優(yōu)質(zhì)焦炭， 實(shí)現(xiàn)煤炭

8、資源的合理利用 增加煉焦化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)量。必要性： 配煤煉焦高爐焦或鑄造焦的質(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，用單種煤煉焦很難滿足上述要求 煤炭資源也無法滿足單種煤煉焦的需求（優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源有限儲(chǔ)量、分布和開采能力的制約）， 工業(yè)上必須采用配煤煉焦，以確保焦炭質(zhì)量和合理利用煤炭資源。 在我國煉焦煤資源中，氣煤比例最大，因此在煉焦配煤中應(yīng)盡可能多配用高揮發(fā)氣煤，這樣既可增加了煤氣產(chǎn)量和化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)量，又充分利用了占我國煉焦煤種比例最大的氣煤資源。2、配煤的一般原則配煤方案？它是焦化廠規(guī)劃的重要組成部分，是焦化廠設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，焦化生產(chǎn)的重要控制

9、參數(shù)。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)。2 ）符合本區(qū)域內(nèi)煤炭資源條件，有利于擴(kuò)大煉焦煤源。3 ）有利于增加化學(xué)產(chǎn)品（多配氣煤）；防止側(cè)膨脹壓力超限（爐墻損壞或推焦困難）。4 ）縮短煤源平均運(yùn)距，便于調(diào)配車皮（煤車對(duì)流），在特殊情況下有調(diào)節(jié)余地。5）來煤數(shù)量可靠、質(zhì)量穩(wěn)定。6） 在上述前提下，盡量降低生產(chǎn)成本，以期提高經(jīng)濟(jì)效益。3、煉焦配煤的質(zhì)量要求配合煤質(zhì)量指標(biāo)大體上可以分為兩類，即化學(xué)性質(zhì)，如灰分、硫分、礦物質(zhì)組成；工藝性質(zhì)，如煤化度、粘結(jié)性、細(xì)度、膨脹壓力等。配煤質(zhì)量要求是由焦炭質(zhì)量的要求和煉焦條件共同確定的。(

10、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， 而煤料中的硫分一部分殘留在焦炭中，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)S 煤=K S 焦/S(2-2)式甲A煤、A焦一一分別為煤中和焦炭中的灰分 (干基)，%；K 一-成焦率，; 一般取 75%/S -煤料硫分轉(zhuǎn)入焦炭中的百分?jǐn)?shù)，%。一般/ S=6070%,其值大小受煤源和煉焦溫度的影響， 在確定的生產(chǎn)條件下，可取其統(tǒng)計(jì)值代入公式。利用式(2-1)和式(2-2),可以根據(jù)焦炭灰分、硫分的要求， 計(jì)算由配合煤的灰分和硫分。例如：一級(jí)冶金焦

11、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)。一級(jí)冶金焦的硫分不大 于0.60%,若按/ S=70%計(jì)算，配合煤料的硫分應(yīng)該控制在 0.7 %以下。配合煤料的灰分和硫分可以直接測(cè)定，也可以按煤種配合比例加權(quán)平均進(jìn)行計(jì)算。(2)煤化度煤化度指標(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Rmaxo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)我國鞍山熱能所對(duì)中 國148種煤作的回歸分析，得如下回歸方程：Rmax=

12、 2.35 0.41V daf (相關(guān)系數(shù)=-0.947) (2-3)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（熱解過程中各種煤的熱解 產(chǎn)物之間存在相互作用）。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（由于不涉及熱解過程，兩種結(jié)果 差異性不大）。（需要解釋說明）需要指由的是，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。例如將氣煤與瘦煤按適當(dāng)比例配合后，其煤 化度指標(biāo)數(shù)值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 上明顯地看由。正因

13、為這種原因，焦化廠在運(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。對(duì)于常規(guī)配煤煉焦，合適的煤化度指標(biāo)要求是： Rmax=1.2 %1.3 %,相當(dāng)于 Vdaf =26%28%,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。（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，評(píng)價(jià)煤粘結(jié)性指標(biāo)較 多，有粘結(jié)指數(shù) G最大膠質(zhì)層厚度 Y、最大流動(dòng)度 MF以及總 膨脹度bt,這些指標(biāo)

14、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：Y= 1722mm 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：G= 58 72。當(dāng)以最大流動(dòng)度 MF為粘結(jié)性指標(biāo)時(shí)，其合適范圍為701000ddpm;以總膨脹度 bt為指標(biāo)時(shí),bt > 50%（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，膨脹壓力的大小目前沒有可靠的理論計(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

15、焦化廠，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)。對(duì)配合煤膨脹壓力的要求是：焦?fàn)t炭化室爐墻兩側(cè)的膨脹壓力差值必須小于爐墻的最大承受負(fù)荷。煉焦生產(chǎn)中，煤料的膨脹壓力呈現(xiàn)以下規(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)，適時(shí)調(diào)整配煤方案與配煤比例。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 、堆密度提高裝爐煤的堆密度，

16、有利于提高焦炭的質(zhì)量（尤其對(duì)弱粘結(jié)煤） ， 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、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（如圖 2 6） 、 細(xì)度 （與圖2 6 相反， 即開口向下，存在最佳細(xì)度）以及加煤方法的影響。2、煤料細(xì)度煉焦配煤的細(xì)度是指煤料粉碎后小于3mm勺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，一般大于95。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，更重要的是細(xì)度過高時(shí)，裝爐

17、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，不但細(xì)度影響焦炭質(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)工藝中提生了選擇性粉碎的工藝以解決這一矛盾。關(guān)于細(xì)度對(duì)焦炭質(zhì)量的影響，攀枝花鋼鐵有限公司煤化工廠 在200kg焦?fàn)t上進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果見表2-1 o可以看由，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，細(xì)度增加 M40增加（大于40毫米的量增加），M0下 降（小于1

18、0mm勺量下降），CRI降低（反應(yīng)性降低），CSR曾力口（反應(yīng)后強(qiáng)度增加）表2-1 不同細(xì)度煤所得焦炭質(zhì)量對(duì)比細(xì)度轉(zhuǎn)豉強(qiáng)度，%反應(yīng)性能，%M40M。CRICSR91.460.713.351.334.084.458.214.450.334.374.353.718.054.027.43、水分在煉焦生產(chǎn)中，控制好煤料的水分很重要。國內(nèi)大多數(shù)焦化廠的裝爐煤水分一般控制在10%-11%先說穩(wěn)定水分，可以穩(wěn)定加熱制度。為什么在10%-11%g?水分小時(shí)，堆密度增加（圖 2-6）、結(jié)焦時(shí)間縮短、煉焦的 耗熱量減少、剩余氨水量減少（通常水分每增加1%結(jié)焦時(shí)間大約延長(zhǎng)20分鐘，煉焦耗熱量和剩余氨水量也隨水分含量

19、增加 而上升。）和減少墻砌體影響（由于新裝爐內(nèi)的煤料與墻面直接接觸，煤料中水分的蒸發(fā)使得墻面溫度急劇下降，對(duì)焦?fàn)t爐墻砌體影響很大。） 。但水分過小時(shí)在裝爐時(shí)冒煙冒火嚴(yán)重，必須采用專門的裝爐工藝，進(jìn)行消煙除塵。4、煉焦速度現(xiàn)代焦?fàn)t的炭化室的寬度有多種規(guī)格，可以想象寬炭化室內(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。例如焦?fàn)t炭化室的平均寬度為 550 mm、 500 mm、 450mm、 407mm， 對(duì)應(yīng)的結(jié)焦時(shí)間分別為23.5h、20 h、17h、15h,則煉焦速度分別為：23.4 mm/h 25mm

20、/h、26.5mm/h 和 27.1mm/h。實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)煉焦速度幾乎無法改變。盡管寬的炭化室煉焦速度慢，但人們更多的考慮生產(chǎn)能力，因此去選擇大型焦?fàn)t。（通過煤源來適應(yīng)它）5、煉焦溫度與燜爐時(shí)間燜爐是指煤料到達(dá)煉焦溫度后，延長(zhǎng)焦炭在炭化室內(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 ，圖 2-7） 。第三節(jié) 配煤原理與焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)配煤原理是將焦炭質(zhì)量（一般是小焦?fàn)t試驗(yàn)結(jié)果）與煤的性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的

21、理論。成功的配煤理論可以正確指導(dǎo)配煤工作，且預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量，從而確定經(jīng)濟(jì)合理的配煤比（對(duì)焦化廠來說非常重要）。從配煤參數(shù)上來看，主要有傳統(tǒng)的單純依靠煤化學(xué)參數(shù)配煤（以Vdaf與y、G MF的組合）和近代發(fā)展起來的煤巖學(xué)參數(shù)配煤。由于煤巖參數(shù)能更準(zhǔn)確地反應(yīng)煉焦煤的性質(zhì)，從而生產(chǎn)生更優(yōu)質(zhì)的焦炭，煤巖配煤技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)配 煤。由于煤的非均相性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，要提由一個(gè)普遍適應(yīng) 的配煤理論和方法比較困難，目前已知的各種配煤理論或方法 都是在一定的區(qū)域內(nèi)或煤源條件下得到采用。所以不具有一般 意義，每個(gè)地區(qū)、廠才有自己的習(xí)慣和方法，書上介紹的都是 特例。利用煤和配合煤的各種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的性質(zhì)指標(biāo)預(yù)

22、測(cè)焦炭質(zhì) 量，可以用次數(shù)較少的配煤試驗(yàn)，確定經(jīng)濟(jì)和合理的配煤比。 隨著煤質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)的自動(dòng)化，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使焦炭 質(zhì)量預(yù)測(cè)技術(shù)直接用于配煤作業(yè)的日常管理，因此焦炭質(zhì)量預(yù) 測(cè)技術(shù)得到世界各國普遍重視。焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè)從廣義上講，包括焦炭的灰分、硫分等化學(xué) 性質(zhì)指標(biāo)，冷態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)以及熱態(tài)性質(zhì)指標(biāo)。一、焦炭灰分、硫分預(yù)測(cè)如前所述，焦炭的灰分、硫分與配合煤的灰分、硫分有直接 的關(guān)系，在生產(chǎn)狀況穩(wěn)定的條件下， 兩者存在較好的線性關(guān)系 因此，不同的企業(yè)依據(jù)煉焦生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，建立了焦炭灰分、硫分預(yù)測(cè)模型。并以此控制配合煤的灰分、硫分，以及調(diào)整單 種煤使用的比例和為選擇煤源提供參考。預(yù)測(cè)模型中考慮焦炭 的

23、成焦率k、配合煤干基揮發(fā)分、焦炭的干基揮發(fā)分等。崇川單位萩分步模量建分的模型山嗚媼化*M H惴木r 1g - /腐)/ m 一為*L 0L 5)上淘寶銅*需=a + A A媒/(1CK) - V* ) +r * 與S* V * Sj|/( 100 - %.) %典內(nèi)視包樹% e0, 2LL才離工一1鄧，住1皿*.爆±0.20JS* =1>.W +>,87365 tO.W2乂 H H 鼐、0.魂4 +0,759。旗苣Sft -O.2D+O.63Sn二、焦炭冷強(qiáng)度的預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)方法基本可以分為三類：第一類以煤的工藝指標(biāo)為參數(shù)，如Vdaf與C.I.、MF、G、Y的組合；第二類是以煤

24、巖指標(biāo)為參數(shù)；第三類在考慮配合煤指標(biāo)的同時(shí)，也考慮煉焦煤準(zhǔn)備和煉 焦工藝條件。以下?lián)裼写硇缘挠枰越榻B。1.揮發(fā)分一一粘結(jié)性參數(shù)預(yù)測(cè)法都是以Vdaf與C.I.、MF、G、Y的組合作為配煤參數(shù)，并 以此為參數(shù)通過試驗(yàn)建立它們與焦炭強(qiáng)度的關(guān)系。Vdaf C.I.法(Caking Index),是以1g空氣干燥粉煤樣與 9g 無水焦粉混合后，在950±20C下炭化7min后，以炭化產(chǎn)物中 大于297以m的篩上物占原料(10g)的百分率。(2)Vdaf - MF法(基氏最大流動(dòng)度)(3)Vdaf G 法北京煤化研究所在進(jìn)行中國煙煤分類方案研究的基礎(chǔ)上，提由用教結(jié)指數(shù)G作為粘結(jié)性指標(biāo)，并得由了

25、 Vdaf- G配煤圖， 圖中標(biāo)由了最佳配煤區(qū)的 Vdaf: 28%32%, G: 5872。以 Vdaf G預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度(M40和M10)的等強(qiáng)度曲線。上一1s%M篁鞍鋼通過對(duì)多年生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析得由了用物和G值預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度的回歸方程：M40 126.174 2.104Vdaf 0.144G M10 12.794 0.452Vdaf 0.0243G(r 0.925)(r 0.886)包頭鋼鐵公司根據(jù)1997年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也建立了同樣的焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè)模型.并在95 %的信度下顯著相關(guān)：MU。98.197 0.654Vdaf 0.0418GM10 5.324 0.10Vdaf 0.00146G在

26、預(yù)測(cè)配合煤的焦炭強(qiáng)度時(shí)，配合煤的揮發(fā)分可以近似用單 種煤的揮發(fā)分以加和性確定。但配合煤的實(shí)測(cè) G值和由單種煤G值按加和性計(jì)算所得的配合煤G值有一定偏差，鞍鋼的試驗(yàn)表明，煤的粘結(jié)性差別不太大時(shí)，G值有加和性，粘結(jié)性差別較大時(shí)，如肥煤和貧、瘦煤之間，G值的加和性存在偏差。韶鋼根據(jù)歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提由校正粘結(jié)指數(shù)：C茯=23.4 +0.7457G 加和并提由預(yù)測(cè)公式：=78.40 - 0.0866F萩 + 0.0629c鞋 ±0. 827Mm=10. 17 4 0. 0562-0. O476C校 ±6392、阿莫索夫和夏皮洛法（煤巖配煤）按煤巖學(xué)觀點(diǎn)，煤是非均一的物質(zhì)，可劃分為工藝

27、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。H.H.阿莫索夫等在1957年提由了煤巖配煤方法，用以指 導(dǎo)配煤，預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量。美國鋼鐵公司的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。夏皮洛在阿莫索夫方法基礎(chǔ)上提由了CBI SI預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度的方法。他也把煤的顯微組分分為兩大類，即活性組分和惰 性組分?；钚越M分=鏡質(zhì)組+穩(wěn)定組+1/3半鏡質(zhì)組惰性組

28、分=絲質(zhì)組+2/3半鏡質(zhì)組+礦物組首先對(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，并作由反射率的分布圖。 把活性組分（主要是鏡質(zhì) 組）按0.1 %為間隔，把Rmax = 0.3 %2.1 %的煤分成18個(gè)組型， 在結(jié)焦過程中每一組型的活性組分均有其最佳的惰性組分配比 （圖2-8）。配合煤中實(shí)際的惰性組分含量與按活性組分及圖2-8 所示最佳比得到的最佳惰性組分含量之比是標(biāo)志配合煤中實(shí)際惰性組分含量是否合適的一個(gè)指標(biāo)，稱組成平衡指數(shù)(Component Balance Index-CBI) ,按下式計(jì)算：100xiCBIiX3X4X21.b3b4b21% (X3指反射率為式中：Xi

29、-煤中各相應(yīng)t的活性組分含量,0.3 %的活性組分含量等)；bi反射率i的活性組分與惰性組分 最佳比(由圖28查取)。當(dāng)CBI=1時(shí)，配合煤中惰性組分含量最合適，CBI>1則惰性組分含量太高，CBI V 1惰性組分含量太低。焦炭的強(qiáng)度是由配煤中各活性組分的含量及各活性組分在 不同惰性物含量下的焦炭強(qiáng)度表示(可用人為規(guī)范的試驗(yàn)測(cè)由，如圖2-9),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。(ai xi) si (2-4)Xi式中x i- 活性組分V的含量，%;a i- 對(duì)應(yīng)V組分含一定惰性成分時(shí)焦炭的強(qiáng)度指數(shù)(圖2-9中的(SI) i值);SI- 配煤的焦炭強(qiáng)度指數(shù)。這樣根據(jù)配煤的強(qiáng)

30、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 2-10和圖2-11給由了一組 日本學(xué)者試驗(yàn)得到的焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)圖，將圖中各焦炭強(qiáng)度相同 的點(diǎn)連成一條曲線即得到等強(qiáng)度曲線。 圖中T25是焦炭的穩(wěn)定性 指標(biāo)(一種強(qiáng)度指標(biāo))。在煉焦生產(chǎn)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)算由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。日本新日鐵小島鴻次郎和日本鋼管宮津隆利用CBI-SI 預(yù)測(cè)法，

31、對(duì)日本使用的煉焦煤作了試驗(yàn)，他們將不同鏡質(zhì)組型的ai和 bi 制成表的關(guān)系。并據(jù)試驗(yàn)作出了預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度的曲線，這種方法可以小量煤樣獲得準(zhǔn)確度較高的預(yù)測(cè)值，強(qiáng)度預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確度很高。CBI SI 預(yù)測(cè)法是比較科學(xué)且可靠的方法，但要獲得合乎使用煤種的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并制得相應(yīng)的曲線，工作量大，且比較繁瑣。另外由于焦炭質(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。三、焦炭熱態(tài)性質(zhì)預(yù)測(cè)隨著高爐大型化和噴吹技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高爐焦炭

32、的要求不僅僅限于灰分、硫分和冷態(tài)強(qiáng)度的要求，更重要的要求有良好的熱態(tài)性質(zhì)。焦炭的熱態(tài)性質(zhì)通常采用焦炭的反應(yīng)性指數(shù)(CRI)和反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)來表示。焦炭熱性質(zhì)同冷態(tài)性質(zhì)一樣，受到煤料和生產(chǎn)條件的影響，由于他還受到熱力和化學(xué)反應(yīng)的作用，所以比冷態(tài)指標(biāo)的預(yù)測(cè)更加復(fù)雜。影響焦炭熱性質(zhì)的因素一般考慮：煤化度指標(biāo)、粘結(jié)性指標(biāo)、惰性物含量和灰分中礦物質(zhì)組成等。因而，多數(shù)預(yù)測(cè)焦炭熱性質(zhì)模型也就考慮這些參數(shù)。有關(guān)內(nèi)容請(qǐng)參考相關(guān)文獻(xiàn)。四、過程模擬預(yù)測(cè)法隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和煤炭?jī)r(jià)格的放開，焦化企業(yè)煉焦用煤品種不斷增加，且煤種變化快，煤質(zhì)波動(dòng)大。因此，最優(yōu)化配煤與焦炭質(zhì)量過程模擬技術(shù)得到發(fā)展，一方面焦炭的灰

33、分、硫分、抗碎強(qiáng)度 M。和耐磨強(qiáng)度 M。以及焦炭的熱性質(zhì)等指標(biāo)與配合煤或者單種煤質(zhì)量指標(biāo)存在函數(shù)關(guān)系，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，建立焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè)模型；另一方面，在一定的精度范圍內(nèi)，利用預(yù)測(cè)模型的反模型求解單種煤配合比例以及可能引起的焦炭質(zhì)量波動(dòng)范圍，并保證配煤成本最低。建立數(shù)學(xué)模型，目標(biāo)函數(shù)：成本最低，弱粘煤用量最大，優(yōu)質(zhì)粘結(jié)煤用量最小，用線性規(guī)劃求解。第四節(jié) 煉焦配煤工藝備煤 （煤的準(zhǔn)備部分）， 指入爐前的預(yù)處理，主要包括來煤接受、貯存、倒運(yùn)、配合、混勻、粉碎等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在北方寒冷地區(qū)的焦化廠，還應(yīng)設(shè)有解凍和凍塊破碎等工序。由于焦化廠的晝夜用煤量很大（ 60 萬噸廠， 25

34、00 噸 /d ） ， 涉及的煤種多，煤場(chǎng)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、煤的接受和貯存焦化廠無論生產(chǎn)規(guī)模大小，都必須設(shè)置貯煤場(chǎng)或貯煤塔。作用貯存一定的煤量，以保證焦?fàn)t的連續(xù)生產(chǎn)，不致因來煤短 期中斷導(dǎo)致焦?fàn)t被迫停產(chǎn)保溫；為了穩(wěn)定裝爐煤的質(zhì)量（礦井或礦層不同；同一洗煤廠因不同時(shí)期入洗原煤的礦井或礦層不同，等等原因使來煤質(zhì)量有很大波動(dòng)，因此來煤應(yīng)通過儲(chǔ)煤場(chǎng)進(jìn)行混勻作業(yè)）； 煤料在堆放過程中由于瀝水作用，可穩(wěn)定裝爐煤的水分。1 、來煤接受焦化廠在接受來煤時(shí)，應(yīng)注意以下幾條原則。 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

35、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)作特殊處理。 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（少量）。 各種煤的卸煤場(chǎng)地必須清潔，更換場(chǎng)地時(shí)應(yīng)徹底清掃。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。2、倒運(yùn)卸至煤場(chǎng)的煤料為了堆放、混勻和取用作業(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。由

36、于抓斗類起重機(jī)和堆取類起重機(jī)相比，在同樣條件下，生產(chǎn)能力小，且難以自動(dòng)化，現(xiàn)代大型焦化廠大多采用堆取類起重機(jī)。堆取類起重機(jī)有很多類型，其中應(yīng)用最廣的是直線軌道式斗輪堆取料機(jī)。3、貯煤為了管理好貯煤場(chǎng)，確保配煤的準(zhǔn)確性和焦炭的質(zhì)量。貯煤場(chǎng)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。貯煤場(chǎng)的長(zhǎng)度應(yīng)能提供各種煤分別堆、取、貯的可能條件。 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。一般抓斗類起重機(jī)做倒運(yùn)設(shè)備時(shí)常采用“平鋪

37、直取”的作業(yè)方法，對(duì)于堆取料機(jī)可以采取“行走定點(diǎn)堆料”和“水平回轉(zhuǎn)取料”的作業(yè)方法以使煤料均勻。 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2-5 。對(duì)煤場(chǎng)的管理還應(yīng)重視環(huán)境保護(hù)，應(yīng)采取可行的措施防止煤塵飛揚(yáng)。煤場(chǎng)污水由于水質(zhì)混濁不應(yīng)直接排放，應(yīng)設(shè)置處理設(shè)施，使排放水中固體懸浮物含量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。4、解凍我國北方的很多焦化廠，由于

38、冬天氣候嚴(yán)寒，煤料在運(yùn)輸過程中容易凍結(jié)。煤料在車廂內(nèi)凍結(jié)給卸車工序造成很大的困難， 影響運(yùn)輸和生產(chǎn)。為此， 很多焦化廠都建有配套的解凍庫，將凍車解凍后再卸車。目前已建立的解凍庫大致分為煤氣紅外線式解凍庫、熱風(fēng)式解凍庫和蒸汽暖管式解凍庫三種。其中紅外線解凍庫具有傳熱快，熱效率高等優(yōu)點(diǎn)。二、煤的配合和粉碎流程 焦化廠備煤的粉碎加工環(huán)節(jié)分為先配合后粉碎和先粉碎后配合兩種方式，配合和粉碎工藝有多種流程和設(shè)備，兩者組合形成各種具體流程。1 、先配后粉流程將煉焦煤料的單種煤，先按配煤比例的要求配合，然后再進(jìn)行粉碎， 該工藝的流程如框圖2-13 所示。 該工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備少、 操作方便，粉碎過程兼作混勻操

39、作，但其配煤準(zhǔn)確性差、不能按煤質(zhì)特征調(diào)節(jié)不同煤的細(xì)度要求。該工藝僅適應(yīng)于煤料粘結(jié)性好，煤質(zhì)較均勻的情況，當(dāng)煤料差異大，煤質(zhì)不均勻時(shí)不宜采用。2、分組粉碎（先粉后配）流程該工藝是將單種煤先粉碎，然后按比例配合均勻，其流程如圖 2-14 。這種流程可按單種煤的性質(zhì)和粉碎細(xì)度要求分別控制不同的粉碎程度，有助于提高焦炭質(zhì)量。為簡(jiǎn)化工藝，當(dāng)煉焦煤中只有12種煤的硬度或巖相組成相差較大時(shí)，可采用部分煤預(yù)粉碎，然后再按煤的配比與其它煤配合，再集中粉碎。這樣可使分組粉碎的流程簡(jiǎn)化，流程中同樣可以不設(shè)專門的混勻設(shè)備, 其流程如圖2-15所示。3、選擇粉碎流程按不該工藝是根據(jù)煉焦煤料中煤種和巖相組成硬度的差異， 同粉碎細(xì)度要求，將粉碎和篩分相結(jié)合，即消除大顆粒又防止 過細(xì)粉碎，達(dá)到煤料均勻。根據(jù)煤質(zhì)不同選擇粉碎有多種流程。對(duì)結(jié)焦性較好，而巖相組成不均一的煤料，可采用先篩分由細(xì)粒的單路循環(huán)粉碎流程，如圖2-16所示。該流程通過將混煤篩分， 將細(xì)顆粒煤料直接送入煤塔；而大顆粒則粉碎后與原料煤混合再篩分，并循環(huán)粉碎通過循環(huán)粉碎，可將煤的各種巖相組分粉碎至大致相同的粒度， 改善結(jié)焦過程。當(dāng)煤料中有結(jié)焦性差異較大的煤種時(shí)，可以采 用多路循環(huán)選擇粉碎流程。也就是將差異大的煤料分別單路循 環(huán)粉碎后，再將各單路由