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炼焦配煤

1 配煤的必要

配煤作为炼焦煤准备的工序之一。炼焦或碳化前煤料的一个重要准备过程。即为了生产符合质量要求的焦炭,把不同煤牌号的炼焦用煤按适当的比例配合起来。炼焦用煤品种较多,应用配煤技术,不仅能保证焦炭质量,还能合理地利用煤炭资源,节约优质炼焦煤,扩大炼焦煤资源。配煤技术涉及煤的多项工艺性质、结焦特性和灰分、硫分、挥发分的配合性质和煤的成焦机理等。长期以来,配煤试验一直是选定配煤方案、验证焦炭质量的不可缺少的配煤技术程序早期炼焦只用单种煤,随着焦化行业的发展,炼焦煤储量的明显不足,高炉用焦要求的提高,单种煤已不可能用来炼焦,走配煤之路已势在必行。如济源金马焦化配煤比:35%ZJM,35%JM,15%FM,15%SM,可练出供济钢用的一级冶金焦,同时加入了肥煤,增加了化产回收,成本在1000元/t,而只用主焦煤炼焦成本在1200元/t,同时降低了化产回收,配煤效益可见一斑。

2 配煤的选择及方法

2.1 各单种煤的结焦性

(1)褐煤

褐煤的变质程度高于泥煤而低于分类方案中的其它所有煤种。在分类方案中,它的可燃基挥发分大于40%,煤中含有多量水分,加热时它不能产生胶质体,因此没有粘结性,在现代炼焦炉中不结焦,我们不将它划分在炼焦煤范围内。在某些炼焦煤非常缺乏的国家,他们是通过复杂的工艺,利用褐煤制造型块炼成型焦,这已不属配煤炼焦的范畴,故不多述。

(2)长焰煤

长焰煤的变质程度比褐煤高,在分类中其可燃基挥发分大于37%,胶质层厚度小于5毫米,这种煤粘结性极弱,在现代炼焦炉中不能单独结成焦炭。在某些长焰煤多的地区,可以少量配用,但配入量稍多时,常会使焦炭强度和耐磨变坏,尤其是配煤中肥煤不够多时更为明显。所以长焰煤也不列入炼焦煤范围内。

(3) 气煤

气煤的变质程度较长焰煤高。在分类图中气煤是一大类,它包括可燃基挥发分在30%~37%、胶质层厚度大于9~25毫米以及可燃基挥发分大于

37%、胶质层厚度大于5~25毫米两区域。前者属肥气煤,有一定的结焦性,其中二号肥气煤在现代焦炉中能单独炼焦,但质量较差,只能供中、小高炉使用。后者属气煤,它们的性质差别较大,3号具有中等粘结性,有些甚至可以

单独炼成中等强度的焦炭;2号则粘结性较差,在配煤中如果多用,必须有一定数量的焦煤和肥煤,否则不能炼成具有一定强度和耐磨的冶金焦炭;1号则粘结性极弱,单独炼焦的焦炭非常疏松,甚至不能成块,性质近似长焰煤,一般是不做为炼焦用煤的。气煤由于挥发分高,因此在结焦过程中收缩大、焦炭裂纹多,但是正由于这个特点,在配煤中常常用它减缓炼焦过程中的膨胀压力和增大焦饼的收缩,同时气煤挥发分高,还可以增加化学产品的回收率,有利于综合利用,这都是配用气煤的原因。

(4)肥煤

肥煤的变质程度较气煤高,挥发分范围较广,胶质层厚度大于25毫米。受热时产生大量的胶质体,其流动性大,热稳定性较气煤胶质体好,所成的焦炭特点是熔融良好,横裂纹多,焦炭气孔率高,焦根部(靠焦饼中心)有蜂窝焦。因为它具有很强的粘结能力,所以肥煤是配煤中的重要成分,并可以多配弱粘结性煤而炼成机械强度较好的冶金焦炭。但挥发分高的肥煤,结焦性较差,炼焦配煤中使用此种煤时,配合煤中气煤用量就要减少。

(5)焦煤

焦煤具有中等挥发分与中等胶质层厚度。大多数焦煤单独炼焦时形成热稳定性很好的胶质体,能得到块大、裂纹少、耐磨好的焦炭。过去在工业不发达时,常用它单独炼焦。但是在现代炼焦炉中采用它单独炼焦有如下困难:

(1)收缩度小,膨胀压力大,因此可能发生推焦困难现象,引起焦炉的损坏。(2)这种煤就其储量来说是不多的,故在配煤中亦不宜多用,更不宜用它单独炼焦。在配煤中它可以起到提高焦炭机械强度的作用。

(6)瘦煤

瘦煤的变质程度较高,挥发分低,在加热时产生的胶质体量少。不同瘦煤单独炼焦时,焦炭的强度和耐磨可以有很大的差别。大多数瘦煤焦炭块度大,裂纹少,熔融性较差,有颗粒物存在,焦炭不大耐磨。这种煤加入到配煤中可以提高焦炭的块度。有些粘结性好的瘦煤具有很大的膨胀压力。

(7)贫煤

贫煤的变质程度比瘦煤深,可燃基挥发分为10~20% ,在加热时不产生或只产生极微量的胶质体,因此它不能结成焦炭,但可以少量配入作为瘦化剂,配入贫煤时最好经过精细的粉碎。这类煤也不划入炼焦用煤范围。

(8) 无烟煤

无烟煤是变质程度最深的煤,它所含的挥发分最低,加热时不产生胶质体,加

热至高温也不结成焦炭,有时在瘦煤缺乏的地区,当配煤中煤料较肥时,可以加入少量的无烟煤,但无烟煤须经过细粉碎。无烟块煤也可以用来炼铁,它适合于小型高炉使用,但在使用无烟煤炼铁时,必须注意到无烟煤一定是块状,并在高温下不爆裂成粉状,如遇有热稳定性不好的块煤,可以采用预热处理的办法,然后使用。

2.2 配煤理论

(1)胶质层重叠原理要求配合煤中各单种煤的胶质体的软化区间和温度间隔能较好地搭接,这样可使配合煤在炼焦过程中,能在较大的温度范围内处于塑性状态,从而改善粘结过程,并保证焦炭的结构均匀性。不同牌号的炼焦煤塑性温度区间见下表,各煤种的塑性温度区间不同,其中肥煤的开始软化温度最早,塑性温度区间最宽,瘦煤固化温度最晚,塑性温度区间最窄。气煤,1/3焦煤,肥煤,焦煤,瘦煤适当配合可扩大配合煤的塑性温度范围。这种以多种煤户型搭配,胶质层彼此重叠的配煤原理,曾长期住到我国的配煤技

炼焦配煤

(2)互换性配煤原理炭质量取决于炼焦煤中的活性组分、惰性组分含量及炼焦操作条件。单种煤的变质程度决定其活性组分的质量,镜质组平均组最大反射率是反映单种煤的变质程度的最佳指标。目前应用煤岩学指导配煤,很多焦化厂都有自己的配煤方案,但一般都是镜质组平均随机反射率、反射率直方图及镜惰比三个参数作为煤岩学配煤参数。根据互换性配煤原理,当配煤有较强粘结性时,加入一定量焦粉或无烟煤有利于焦炭质量提高,回配3%~5%的焦粉代替瘦煤炼焦,技术上是可行的,但在同样煤质情况下不添加粘结剂,要保证焦炭质量,焦粉的细度至关重要。

(3)共炭化原理中加入非煤粘结剂进行炭化,称为共炭化。共炭化研究为采用低变质程度弱粘结煤炼焦时选用合适的粘结剂提供了理论依据,也为加入有机渣油﹑塑料类﹑橡胶类﹑沥青等与煤共炭化提供了可能性,并且

为解决当前世界的环境污染问题做出了很大的贡献。国外Collin在400℃下将废塑料与煤焦油沥青共热解,收集热解油和气体产物,反应所得的残余物与弱粘结煤共焦化能提高其结焦性;乌克兰的研究工作则是利用配煤同塑脂废料共焦化,由于芳香结构的有机物对配煤的结焦性具有良好的影响,所得焦炭强度得以提高,并获得贵重的化学产品。国内中国科学院山西煤炭化学研究所李保庆等利用10g固定床反应器研究废塑料与煤共焦化特性。试验结果表明,当废塑料添加量不超过5%时,煤气产率增加,焦油收率提高,焦油中脂肪烃和甲基化芳香化合物明显增加,而半焦性质基本不受影响。研究认为,废塑料与煤共焦化技术可行。该所曾对几种沥青与重庆焦化渣用Corbett法进行了组成分析,研究表明,减压渣油和丙烷脱沥青饱和烃含量较高,沥青质很少,作为改质剂性能较差。热裂化渣油和乙烯焦油含有相当高的芳烃与沥青,QI少,因此作为改质剂性能较好。煤焦油沥青具有较高的芳香性能,因此溶剂性能较好,但QI含量高,对焦油过程中间相发展不利。

2.3 配合煤质量指标

(1)水分M t

配合煤水分应力求稳定,以利于焦炉加热制度稳定,因此来没煤应避免直接进配煤槽,应在煤场堆放一定时间,也可通过干燥方法。捣固焦则需考虑煤饼的坚固性,以利于装炉时不塌煤,一般捣固用煤控制在11%~13%。

(2)细度

细度应在90±2%,尽量减少<0.5mm的细煤粉的含量,以减少装炉时的烟尘逸散。

(3)灰分Ad

焦炭灰分对高炉炼钢影响很大,焦炭灰分增加1%,焦比提高2%,生铁产量降低2.2%~3.0%,由于炼焦时,煤的灰分全部转入焦炭,配合煤灰分控制可根据焦炭灰分要求推算。

(4)硫分S

硫在煤中以黄铁矿、硫酸盐及硫的有机化合物三种形态存在。有机硫与煤中的有机物成化合状态存在,因此用洗选的办法不能把它除去。如果原煤中主要含有机硫,则洗选后精煤的含硫量往往会高于原煤的含硫量,在煤中黄铁矿的存在如果不是细分散的,用一般的洗煤法可以部分除去,降低配合煤硫分的根本途径是降低洗精煤硫分,或配入低硫洗精煤。硫对焦炭质量影响极大,每增加0.1%,高炉焦比增加1.2%~2.0%。配煤中硫分应根据焦炭要求而制定,一般应

在0.85以下。

(5)煤化度

目前常用的煤化度指标有可燃基挥发分也称无湿无灰基挥发分和镜质组平均

最大反射率。前者测定方法简单,后者可较确切地反映煤的煤化度本质,二者在很大煤化度区域内有很好的线性关系。它是影响焦炭气孔率,比表面积,光学显微结构,强度和块度的主要因素。有生产数据表明,配合煤宜控制在的Vdaf=26%~28%或Rmax=1.2%~1.3% 。

(6)粘结性

它是影响焦炭强度的重要因素,据塑性煤的成焦机理,各单种煤的塑性温度区间是彼此衔接和依次重叠的,在此基础上,粘结性指标大致范围为:最大流动度MF70(或100)~103ddpm,奥雅膨胀度b t>50%,胶质层最大厚度y=17~22mm,粘结指数G=58~72,不能用单种煤来加和计算。

(7)膨胀压力

单种煤的膨胀压力有多种因素决定,配合煤中单种煤之间又互相作用,不能加和计算,与粘结指标之间不存在规律性关系,添加惰性物质时膨胀压力有所下降或基本不变,添加粘结剂或强粘结剂时膨胀压力不能预计,只能用实验测定。

2.4 配合煤的选择

制定配煤方案的主要依据大致可归纳为三方面:

(1)各种可能利用的煤种的贮量、开采进度和扩建规划以及运输条件、运输距离等,

由此评定各种煤近期和远期供应的可能性;

(2)各有关单位商定,并经领导部门批准的对焦炭质量的要求和对化学产品产量的

要求,以及焦化厂备煤车间条件、焦炉炉体状况等;

(3)各煤种的牌号、粘结性、结焦性、灰分、硫分和可选性等,由此评定各种煤对炼焦

的适用程度,进而考虑它的配用量。

制定配煤方案就是以上述(1)(2)两方面的资料和所要求的指标为前提,方面所收集的煤种数据,进行试验并作出合理的选择。

2.5 配煤的原则

配煤工作者应当从实际出发,从我国各地区资源特点和当前条件出发,大兴调查研究,摸清煤源和煤质,通过小型试验、半工业试验,必要时进行大炉

试验,多作方案对比,以确定合理配煤方案。所定方案必须满足以下各项要求:(1)焦炭质量应达到规定的指标,满足使用部门的要求;

(2)最大限度地符合区域配煤的原则,根据本区域煤炭资源的近期平衡和考虑远景规划,充分利用本区域的粘结煤和弱粘结煤;

(3)不会产生对炉墙有危险的膨胀压力和引起推焦困难;

(4)在满足焦炭质量的前提下,有较高的化学产品产量和质量;

(5)合理调整炼焦用煤的运输流向和尽量防止对流,并尽可能缩短平均运距。

这些要求是互相联系的,要因时、因地、因条件而定,寻找切实可行的配煤炼焦方案。

3. 焦炭质量的预测

3.1 焦炭硫分,灰分预测

在生产状况稳定的条件下,焦炭的灰分、硫分与配合煤的灰分、硫分存在较好的线性关系。一般预测模型为:Y=aX+b 应用数理统计中最小二乘法确定方程中的回归系数a,b,并以此控制配合煤的灰分、硫分,以及调整单种煤使用的比例和为选择煤源提供参考。

煤的硫分、灰分等配煤指标怎样提前知道所出的焦炭指标

焦炭灰分=配煤灰分*1.35

焦炭硫分=配煤硫分*0.93

焦炭的灰分基本上是1.35-1.4左右,和配合煤的挥发分、焦炭挥发分有关,可以计算出来

硫分的转化率与煤种有关,最高时到0.95,二级焦合格,煤种变化较大只能到0.88的样子

建议做下配合煤中硫酸盐硫、硫化铁硫和有机硫的含量,能够找出一定的规律。

焦炭的灰分决定于配煤的灰分及挥发份,一般1.25-1.4倍之间

焦炭的硫分一般是配煤硫分的08-0.9倍,

3.2 焦炭冷态强度的预测

既焦炭的米库姆转鼓指标M40 ,M10,在一定条件下,焦炭强度取决于炼焦煤的工艺特性。

陈鹏等根据背景焦化厂原料煤性质,把性质相近的煤划分成若干组,并进行单种煤和配合煤炼焦实验。利用计算机筛选拟合得到同类型的焦炭质量预测

模型,以剩余标差最小为优,得到使用的预测方程:

M40 =44.37+24.24R+0.093G

M10 =24.48-9.97R-0.093G

该方法在给定的配煤范围内,应用单种煤的指标进行加权计算。往往煤种变化较大时,粘结指数没有一定加和性,使用应当注意。

4. 配煤的工艺

4.1工艺

根据情况的不同可采用多种方法,使入炉煤料达到或接近最佳粒度分布,由于煤的最佳粒度分布因煤种,岩相组成而异,可不同的煤采用不同的粉碎工艺。a.现配后粉工艺一般采用这种工艺,流程简单,布置紧凑,设备少,投资省,操作方便。仅适用于煤料粘结性好,煤质较均匀的情况。

b.先粉后配工艺

根据单种煤性质分别控制细度,有助于提高焦炭的质量和多配入弱粘结性煤。但需多台粉碎机,粉碎后还要混合,工艺复杂,投资大。

c.硬质煤预粉碎工艺

针对气煤和部分1/3焦煤较难破碎,对这些煤进行提前粉碎,减轻后续粉碎机的负荷。

4.2 基础工程

(1)煤场

煤场要根据供煤的需要配套建设,储量要供焦化厂一个月的用量,场地一定要平整,设有沉淀池,以利于煤料的沥水和雨季的排水。同时要做好煤场的管理,来煤做好化验,记录,堆放;天气干燥时要喷洒水,防止风吹造成的损失和粉尘污染,必要时要建立防风墙。

(2)煤槽

配煤槽个数一般比采用煤种多2~3个,主要考虑煤种更换,设备维护,配比大或煤质波动大的煤需要两个配煤槽同时配煤,以提高配煤准确度。

配煤一般在煤槽下进行,一定的储备对稳定生产十分必要。煤槽上部设有可逆皮带,皮带下有钢筋网格,防止大块煤进入堵塞出料口和。下部一般采用双曲线斗嘴,煤流下降情况得到改善。

(3)栈桥

为了将煤料送上高处的焦炉和粉碎机房而设立。一般为钢构组成的皮带廊,中部设有张紧装置。在焦化厂中斜着向上的建筑就是。

4.3 配煤机械

(1) 皮带机

作为备煤的主要机械,皮带机在配煤上被广泛应用,在此不做赘述。一般用减速电机驱动,结构简单,便于维护,能耗较低,使用成本低。

煤料在入炉前应粉碎到一定细度,粉碎机的选择十分重要。主要有锤式粉

炼焦配煤

笼型粉碎机相比之下更适合煤料的粉碎,但生产能力低,电耗大,设备重,检修工作量大,只有在对较难粉碎的煤单独粉碎时选用。一般采用另外两种,反击式结构简单,重量轻,维修方便,电耗低,但锤头转速大,锤头磨损大,灰尘大,操作环境差。锤式生产能力大,效率高,细度容易调节,但<0.5mm

粒级太高。现在发展了一种反击锤式综合优点,粉碎后粒度均匀,<0.5mm粒级含量低,对煤种和细度要求的适应性强。

(2)堆取料机

在大型焦化厂都会配备的装卸煤机械,是一种在固定轨道行进的带皮带的机车,皮带一端连接汽车火车受煤坑,一端连接煤槽上部。可以做到来煤的堆料,供煤取煤。对焦化厂供煤效率有很大提高,同时对煤料进行了均匀的混合,使煤料质量更加稳定,稳定了焦炭的生产。

主要由滑动机车,大臂,斗轮,辅助皮带组成。通过大臂前端的斗轮转动切割煤堆的煤,有格式斗轮刚度较大,切削力大,可用于挖取冻煤;堆煤时,大皮带反转,大臂皮带反转,煤料由斗轮流出,在煤场堆成圆锥形。在煤场中有固定轨道供机车行进,在取煤和堆煤过程中可移动位置,十分方便。

一般堆取料机输送功率为800t/h,皮带上煤大多会漏,考虑到清扫的问题,功率一般在500t/h。

(3) 定量给料设备

主要有配煤盘和电磁振动给料机两种形式。常用的还是后者,大幅度的调节靠斗嘴下部溜槽与给料槽体间的闸板开度,小幅度调节靠改变线圈电流大小来调节振幅,其结构简单,维修方便,布置紧凑,投资少,耗电小,调节方便,但安装,调试要求严格,调整不好,运行会产生很大噪音,而且不能达到预期效果。

现在最流行的是PLC自动配煤系统,称量皮带运行时,煤料由煤槽落到皮带上,皮带由电机驱动,上有速度传感器,重量传感器,控制器接受速度信号和重量信号,计算煤料的瞬时流量和累积流量,并显示结果,同时与设定值比较,通过控制器调节,输出电流控制信号,经放大,控制电机的转速,使配煤量控制在设定值。各个配煤槽中的煤按一定比例混合。

(4) 电磁除铁器

在配煤前后,粉碎前都要设立除铁器,以防煤料中的废铁铁进入粉碎机对粉碎机造成破坏。

工作时,要及时清除废铁,防止铁丝,尖锐铁块划伤皮带。皮带启动前要检查其是否开启。

5 结论

配煤是一项经验性很强的技术,需要考虑的问题很多,不仅仅是煤的质量,还要考虑当前的配套设施,焦炉加热制度,煤炭价格,化产回收等等问题。只有统筹归划,认真计划,仔细论证,才能在以后的工作中积累有用经验,为企业创利润,节成本。

在国家十二五期间,作为煤化工的先驱——炼焦行业,跟应该努力创新,与时俱进,发展配煤技术,增强行业竞争力,在焦煤日益短缺的以后,多配其它煤种炼出合格焦炭,为国家可持续发展做出自己的贡献。

参考文献

(1)王晓琴,炼焦工艺[M],北京,化学工业出版社,2005

(2)高昆,张银恒,采用捣固炼焦技术制备冶金焦[J],山西焦煤科技,2006 (3)邵昌宝,发展捣固炼焦技术—炼焦工业的一个方向性问题[J],北京,煤化工工业出版社,1985年03期

(4)钟英飞,燃料与化工,2001 32(2) 116~137

致谢

在论文完成之际,我要特别感谢李老师和胡老师的热情关怀和悉心指导。

在我撰写论文的过程中,老师给予了很大帮助,无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面,还是在论文的研究方法以及成文定稿方面,我都得到了老师悉心细致的教诲和无私的帮助,特别是她广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益,在此示真诚地感谢和深深的谢意。

在论文的写作过程中,也得到了许多同学的宝贵建议,同时还到许多在工作过程中许多同学的支持和帮助,在此一并致以诚挚的谢意。

感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。

最后,向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢!