用煤岩学评述捣固焦炉成焦过程和焦炭质量

用煤岩学评述捣固焦炉成焦过程和焦炭质量(2010-12-2319:52:03)转载▼标签：煤岩学捣固焦炉成焦过程焦炭质量文化分类：炼焦方面用煤岩学评述捣固焦炉成焦过程和焦炭质量周师庸（辽宁科技大学，鞍山114044)在煤化工中，煤焦领域为了便于应用，将炼焦煤中与炼焦有关的十分复杂的有机成分，按其性质简化后分为活性成分和惰性成分，活性成分包括镜质组和壳质组。由于后者在炼焦煤中的含量极少，且随着变质程度的提高，其性质越来越接近与其共生的镜质组，故活性成分是以镜质组为主的，它是决定炼焦煤性质最重要的因素。任何炼焦中的有机惰性成分在炼焦过程中性质和动态均是相同的、惰性的。丝质组和半镜质组即属于惰性成分，这种观点与传统的炼焦配煤技术相比较，更符合实际情况。1煤岩学在煤焦领域的应用1.1按煤的成因因素作为煤质指标（1）煤岩显微组分组成。它可标志成煤第一阶段地球生物化学作用的作用程度。（2）镜质组反射率及其分布。标志成煤第二阶段地球物理化学作用阶段的作用程度。（3）荧光强度或粘结性。标志成煤第三成因因素（这是我们提出来的术语）。研究认为，较合适指标应为荧光强度，但目前因某些原因尚无条件普及。与第三成因因素有关的指标还有若干个，其中最常用的是现行的粘结性指标，但各粘结性指标并不单独与第三成因因素有关，也与其他诸多因素有关，采用此指标比不采用效果好。（4）MBI或MCI。这是与煤中灰成分组成有关所提出的指标，它与各类焦炭显微组织在高炉中碳溶反应时催化作用的趋向有关。以上四个指标在炼焦制度固定的条件下，可决定炼焦所得焦炭质量的优劣。1.2不同变质程度镜质组反射率分布的规律镜质组反射率分布随变质程度提高，反射率分布曲线向右移动，分布的幅度逐渐变宽，曲线的顶尖高逐步降低，见图1。图1不同变质程度炼焦煤中镜质组反射率分布A－老万长焰煤(max=0.63);B－双鸭气煤（max=0.75)；C－鹤岗1/3焦煤（max＝0.83)；D－范各庄肥煤(max=0.94)；E－介休焦煤(max=1.25)；F－潞安瘦煤(max=1.73)。1.3镜质组与惰性成分的差别以下是镜质组随着反射率提高，分子化学结构各部分的变化规律和其与惰性成分的差别。以镜质组为主的活性成分随变质程度提高的变化规律：（1）苯核中缩合的苯环增多；（2）侧链变短、变少；（3）官能团减少以至消失；（4）桥键和交链键均逐渐减少。以丝质组为主的惰性成分在变质程度提高过程中的变化极小。（1）分子结构中的苯核大；（2）苯核周围一般只有氢键；（3）结构单元之间联系的桥键和交链键均少。2捣固炼焦的优点和制约条件2.1捣固炼焦的优点（1）配煤中可多配用储量较丰富的低变质程度炼焦煤资源；（2）可配用非炼焦煤，补充了现行常规配煤规律，扩大了炼焦煤资源；（3）提高装炉煤的堆密度；（4）降低装炉煤水分含量。2.2制约条件（1）炭化室高宽比一般不超过9:1，否则影响焦炉大型化；（2）炼焦煤资源不可只限于强粘结性的中变质程度煤；（3）提高配煤中低变质程度镜质组含量，即成焦后在焦炭显微组织组成中增加反应性较高的各向同性和各向异性程度低的成分（如细粒镶嵌）；（4）提高配煤中低变质程度镜质组含量，即提高配煤中挥发分含量；（5）使装炉煤的软化温度和分解温度降低；（6）使炼焦过程中瞬间固化时的收缩度增加。就现行常规顶装炼焦炉而言，以上变化均不利于提高焦炭质量。3提高低变质程度煤用量的效果提高配煤中低变质程度镜质组含量，即成焦后在焦炭显微组织组成中增加反应性较高的各向同性和各向异性程度低的成分（如细粒镶嵌）。提高配煤中低变质程度镜质组含量，即提高配煤中挥发分含量，使装炉煤的软化温度和分解温度降低，增加了炼焦过程中瞬间固化时的收缩度。就现行常规的顶装炼焦炉而言，以上变化均不利于提高焦炭质量。4捣固焦炉的优势采用捣固焦炉能使上述缺点转化成优点。4.1减少粘结成分的吸附量捣固后的装炉煤堆密度可由740～760kg/m3提高到1120～1140kg/m3；显著地降低了装炉煤料内部的空隙度，使煤粒表面接触紧密，接触面积增大，煤粒间的单位接触面在成焦过程中减少粘结成分的吸附量。4.2增加煤粒表面粘结成分使煤料分解泄出煤气时增加阻力，延长其在煤粒空间的停留时间，增加煤气中有关成分的合成机会，形成较大分子的液相成分，从而增加了煤粒表面间具有粘结性质的成分。因此，相同煤粒接触面在减少吸附粘结成分量的同时，又增加了粘结成分，从而可增加容纳惰性成分的量。实际上，就是使原来粘结性不强的低变质程度镜质组通过捣固操作增加粘结成分。这就是为什么捣固操作能在配煤中增加弱粘结性、低变质程度煤的配入量和允许在配煤中扩大惰性煤应用的主要原因之一。4.3扩大炼焦用煤范围由于液相粘结成分的增多，容纳惰性成分的能力随之增强，甚至可以容纳无烟煤，使之参与成焦，扩大了炼焦用煤范围。4.4煤中惰性成分的两面性煤中惰性成分如果其颗粒表面不显露在煤粒表面，在成焦中则不需要吸附液相成分作为粘结剂。因为在成煤过程中，其表面与周围活性成分已形成牢固的界面。如果煤中惰性成分颗粒较大，则会在成焦过程中瞬间固化时，与周围活性成分因收缩应力差别大而以其为中心形成新的裂隙而影响焦炭质量。任何煤中的惰性成分或外加的碳质惰性成分，只要粒度细到一定程度，又有足够量的液相成分包容其颗粒表面，均会导致气孔壁增厚，有利于焦炭各项质量指标的改善。4.5捣固焦炭平均气孔小、分布均匀镜质组的各段反射率分布与成焦后显微组织组成有相应关系，捣固操作不会改变显微组织的组成，但气孔率、气孔分布、气孔壁平均厚度以及裂纹率不同于顶装焦炉炼制的焦炭。捣固焦炉在配煤中增加配入低变质程度、弱粘结性煤而不降低焦炭质量，甚至有时还有所提高。这主要是由于捣固焦炉生产焦炭的平均气孔较小，且分布较均匀，气孔壁厚度略有增加，这些均有利于提高宏观焦炭的质量指标。4.6捣固焦炭裂纹多、块度均匀捣固焦炉装炉的煤饼由于堆密度较高，煤粒间空隙小而少，炼焦过程中煤料分解的煤气从煤料内部外析时的阻力比顶装焦炉大。因此，装炉煤料内部的压力较大，使焦饼产生裂纹的阻力也大，裂纹量也相对较多，但块度均匀。以上所述的“高与低；大与小；多与少”均是指在相同配煤方案的前提下，与常规顶装焦炉焦炭的比较。5捣固焦炉建立前需做的工作5.1落实合适的炼焦煤资源捣固焦炉虽然有许多优点，但不一定适合所有企业。因此，在建捣固焦炉前必须落实煤源，必须考虑煤源条件是否适合使用捣固焦炉。5.2进行必要的试验捣固焦炉的造价和日常的总体操作费用均高于顶装焦炉。目前，顶装焦炉大型化的水平和进一步大型化的趋向，以及积累的生产经验是捣固焦炉所不及的，故必须在落实长远煤源的基础上，在建炉前进行必要的试验。6捣固焦炉的推焦电流稳定推焦电流在安全范围内是捣固焦炉生产极需重视的问题，这涉及安全生产和焦炉的炉龄，也是建炉前试验的一个主要内容。尽管影响推焦电流的因素有若干个，但最首要的是合适的配煤方案，不使推焦电流超出安全范围。在煤源供应相对比较稳定的条件下，企业应根据各自的具体情况做出推焦电流在安全范围内的预测焦炭质量方程和适合本企业应用的镜质组典型反射率分布曲线，以及惰性成分含量的合适范围，以此作为准则调节配煤方案。镜质组反射率分布曲线和惰性成分含量的合适范围，因各企业具体条件不同而定，不宜互相抄袭。图2为某焦化厂常规生产配煤镜质组的分布曲线，稳定这一曲线基本上可使焦炉推焦电流稳定在安全范围内。图2配煤镜质组反射率分布与焦炭显微组织的关系7膨胀压力捣固焦炉比顶装焦炉有诸多优点，但对装炉煤是有不可违背要求的，这就是装炉煤的膨胀压力不可超过其极限值，否则会使推焦电流超过安全范围。各国规定的极限膨胀压力不同，中国规定为14～20kPa。焦炉炉体设计时有一项重要技术参数是焦炉的极限负荷，它标志抵抗由于炭化室在炼焦过程中产生的膨胀压力和推焦过程中对炉墙产生的压力的极限负荷。膨胀压力是煤在炼焦过程中形成的胶质体在炭化室中心面上汇合时产生膨胀压力的最大值。一般在结焦时间的3/4时出现，这与镜质组综合显示的变质程度和惰性成分含量直接有关。中变质程度镜质组的膨胀压力高，低变质程度镜质组的膨胀压力低或无膨胀压力，故需将两者适当配合使其适中，这是捣固焦炉配煤试验的主要目的之一。由于我国低变质程度炼焦煤的储量丰富，故从政策导向上也提倡多用低变质程度炼焦煤。20世纪60年代后，对膨胀压力逐渐不重视，甚至放弃。随着当今捣固焦炉的陆续兴建，对膨胀压力务必重新引起重视，特别是对炼焦煤资源归属条件有特点的企业。膨胀压力也与炭化室高度和宽度以及焦饼重量和收缩量有一定关系，可进一步加速加固煤粒间界面的结合，有利于焦炭质量。8结语（1）新建捣固焦炉前，需要用煤岩学观点对捣固焦炉和顶装焦炉所用的煤种、配煤技术、焦炭质量及推焦电流的差别等有明确认识。（2）新建捣固焦炉前，必须准确掌握可能利用的煤源实况，进行有针对性的实验，以确保焦炉应有的炉龄和良好的焦炭质量。（3）建炉设计前，企业和科研单位应将有关试验结果提供给设计单位，这样才能在保证焦炉有效使用期的前提下，安全地生产高质量、低成本的焦炭。本文来自:中国煤炭论坛()详细文章参考：=69010&goto=lastpost