煉焦煤基礎(chǔ)知識(shí)

1、煤焦基礎(chǔ)知識(shí)授課人：李 婷前 言新疆的煤炭資源新疆煤炭預(yù)測(cè)儲(chǔ)量：2.19萬億噸，其中吐哈煤田7000億噸，準(zhǔn)東煤田7300億噸，伊犁煤田6260億噸，庫(kù)拜煤田1370億噸內(nèi)蒙古煤炭預(yù)測(cè)儲(chǔ)量：7016億噸山西省煤炭預(yù)測(cè)儲(chǔ)量：3000億噸準(zhǔn)東盆地探明煤炭?jī)?chǔ)量2136億噸。 伊犁河谷探明煤炭?jī)?chǔ)量為292億噸 庫(kù)拜地區(qū)探明儲(chǔ)量超過億噸， 吐哈地區(qū)探明煤炭?jī)?chǔ)量388.44億噸， 1.1煤的種類和特征 1.2 腐殖煤的主要特征1.3.1 煤炭成因類型 1.3.2 成煤的環(huán)境和條件 1.3.3 成煤作用過程 1.3.4 泥炭化作用 1.3.5 煤化作用二、煤的分類 我國(guó)的煤分類與其它國(guó)家一樣，也是以煉焦用煤

2、為主的分類方法，分為十大類。其中“焦、肥、氣、瘦”為煉焦用煤。無煙煤類 別分 類 指 標(biāo)Vdaf/%Hdaf/%無煙煤一號(hào)0 3.50 2.0無煙煤二號(hào)3.5 6.52.0 3.0無煙煤三號(hào)6.5 103.0中國(guó)煤炭分類簡(jiǎn)表當(dāng)G85時(shí)，用Vdaf和 G來劃分；當(dāng)G85時(shí)，用Vdaf或y值、或b值來劃分；當(dāng) Vdaf 28.0時(shí)，b暫定為150；當(dāng) Vdaf 28.0時(shí)， b暫定為220；當(dāng)b值與y值相矛盾時(shí)，以y值為準(zhǔn)。中國(guó)煤分類圖三、各類煤的主要特征和用途1.褐煤 褐煤與煙煤的本質(zhì)區(qū)別是褐煤含有原生腐植酸（含芳香結(jié)構(gòu)和羧基的大分子物質(zhì)），而煙煤不含或只含有少量的再生腐植酸。褐煤是煤化程度最低

3、的煤。其特點(diǎn)是水分高（Mad=8-18%）、比重小、揮發(fā)分高（Vdaf=40-60%）、不粘結(jié)、化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差、發(fā)熱量低，元素組分中碳含量低（C77%），氧含量高（O=15-30%），含有不同數(shù)量的腐殖酸。多被用作燃料、氣化或低溫干餾的原料。2.長(zhǎng)焰煤 它的揮發(fā)分含量很高（ Vdaf37% ），沒有或只有很小的粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度不超過5mm,易燃燒，燃燒時(shí)有很長(zhǎng)的火焰，故得名長(zhǎng)焰煤?？勺鳛闅饣偷蜏馗绅s的原料，也可作民用和動(dòng)力燃料。3.不粘煤 不粘煤煤是一種比較特殊的煤種，因?yàn)樗膿]發(fā)分（Vdaf值20-37%）與肥煤（Vdaf 10-37%） 、氣煤（Vdaf 28-37%）相當(dāng)，

4、但幾乎無粘性（粘結(jié)指數(shù)G5），C、H、N含量低，而O含量高，認(rèn)為是在成煤初期受到了相當(dāng)程度的氧化。不粘煤主要用作制造煤氣和民用或動(dòng)力燃料。4.弱粘煤 弱粘煤是界于煉焦煤和非煉焦煤之間的煤種，在煉焦配煤時(shí)如有足夠的強(qiáng)粘煤，就可摻入30-40%左右的弱粘煤，以降低硫分灰，提高化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率，降低裝爐煤成本。這種煤主要用作氣化原料和動(dòng)力燃料。5. 1/2中粘煤 它具有中等粘結(jié)性和中高揮發(fā)分。可以作為配煤煉焦的原料，也可以作為氣化用煤和動(dòng)力燃料。6.氣煤 揮發(fā)分Vdaf30%，膠質(zhì)層最大厚度Y 5-25mm，煉焦時(shí)能產(chǎn)生大量煤氣和較多的焦油。能單獨(dú)結(jié)焦，但結(jié)焦過程中收縮大，煉出的焦炭細(xì)長(zhǎng)易碎，且縱裂紋多

5、，抗碎和耐磨性較差。在煉焦時(shí)多配入這種煤，可以降低焦?fàn)t的膨脹壓力，增大焦餅的收縮，增加化工產(chǎn)品產(chǎn)率。采用搗固裝煤，多用氣煤也能煉出高強(qiáng)度的冶金焦。氣煤除主要供煉焦外，一些高灰高硫或粘結(jié)性較差的氣煤，也可用來作動(dòng)力煤、氣化煤。7.氣肥煤 它的揮發(fā)分和粘結(jié)性都很高，結(jié)焦性介于氣煤和肥煤之間，單獨(dú)煉焦時(shí)能產(chǎn)生大量的氣體和液體化學(xué)物質(zhì)。最適合高溫干餾制造煤氣，更是配煤煉焦的好原料。8.肥煤 揮發(fā)分Vdaf20-40%，典型肥煤揮發(fā)分多為28-35%，膠質(zhì)層最大厚度Y 25mm，具有很好的粘結(jié)性，加熱時(shí)能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，結(jié)焦性最強(qiáng)。用這種煤來煉焦，可以煉出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但這種焦炭橫裂紋多

6、，氣孔率較高，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小塊，因此肥煤很少單獨(dú)煉焦，多與粘結(jié)性較弱的瘦煤、弱粘煤配合煉焦。肥煤主要用于煉焦，除洗選后硫分很難降低的作為動(dòng)力煤外，很少用于其它方面。9. 1/3焦煤 它是介于焦煤、肥煤和氣煤之間的過渡煤，具有很強(qiáng)的粘結(jié)性和中高等揮發(fā)分，單獨(dú)用來煉焦時(shí)，可以形成熔融性良好、強(qiáng)度較大的焦炭。因此，它是良好的配煤煉焦的基礎(chǔ)煤。10.焦煤 一般揮發(fā)分Vdaf18-30%，膠質(zhì)層最大厚度Y 12-25mm，加熱時(shí)可形成穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體，單獨(dú)用來煉焦，能形成結(jié)構(gòu)致密、塊度大、強(qiáng)度高、耐磨性好、裂紋少、不易破碎的焦炭。但因其膨脹壓力大，易造成推焦困難，損壞爐體，而更重要的是這

7、種煤儲(chǔ)量少，故只宜在配煤中適當(dāng)配入一部分使用。11.瘦煤 具有較低揮發(fā)分和中等粘結(jié)性，揮發(fā)分Vdaf10-20% 。單獨(dú)煉焦時(shí)，能形成塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度較好，但熔融性較差，有時(shí)在焦塊中有顆粒物存在，因此耐磨性較差。用它加入配煤煉焦，可以增加焦炭的塊度和強(qiáng)度。12.貧瘦煤 揮發(fā)分低，粘結(jié)性較弱，結(jié)焦性較差。單獨(dú)煉焦時(shí)，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化劑的作用。故可作煉焦配煤使用，同時(shí)，也是民用和動(dòng)力的好燃料。13.貧煤 具有一定的揮發(fā)分，加熱時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體，沒有粘結(jié)性或只有微弱的粘結(jié)性，燃燒火焰短，煉焦時(shí)不結(jié)焦。主要用于動(dòng)力和民用燃料。在缺乏瘦料的地區(qū)，也可充當(dāng)配煤煉焦的瘦化劑。14.無煙煤

8、 它是煤化程度最高的煤。揮發(fā)分低、比重大、反應(yīng)性弱、硬度高、燃燒時(shí)煙少火苗短、火力強(qiáng)。通常作民用和動(dòng)力燃料。質(zhì)量好的無煙煤可作氣化原料、高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石的燃料，以及制造電石、電極和炭素材料等。 四、配煤的意義 五、配煤的一般原則六、配合煤的質(zhì)量指標(biāo)及工業(yè)分析（一）水分（二）灰分（三）硫分（四）揮發(fā)分（五）配合煤的黏結(jié)性指標(biāo)（六）煤料細(xì)度化學(xué)指標(biāo)物理指標(biāo)工藝指標(biāo)（1）水分：10%左右（2）灰分：越小越好（3）揮發(fā)分：20% 28%，根據(jù)工藝條件及需求控制（4）硫分：越低越好（1）細(xì)度：90 %93%（2）粒度組成；主要控制粒度分布（1）G值：原則上要求G75（2）y值：一般要求y 15（3）

9、配煤準(zhǔn)確性：要求大于95% （一）水分煤中水份游離水Mt化合水以物理狀態(tài)附著在煤顆粒表面的水分。很容易在常溫下的干燥空氣中蒸發(fā)，蒸發(fā)到煤顆粒表面的水蒸氣壓與空氣的濕度平衡時(shí)就不再蒸發(fā)了也叫結(jié)晶水，是以化合的方式同煤中礦物質(zhì)結(jié)合的水。如硫酸鈣（NaSO4.2H2O）和高齡土（AL2O3.2SiO2.2H2O) 中的結(jié)晶水結(jié)晶水通常要在200以上才能分解析出外在水以物理狀態(tài)吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)管中的水分。需在105110的溫度下經(jīng)過12小時(shí)可蒸發(fā)掉搗固煉焦的煤料水分是煤粒之間的黏結(jié)劑，配合煤水分是否穩(wěn)定，主要取決于單種煤的水分。水分過小，會(huì)惡化焦?fàn)t裝煤操作環(huán)境，煤餅不易搗固結(jié)實(shí)，裝爐時(shí)易造成塌煤；

10、水分過大，會(huì)使煤餅強(qiáng)度明顯降低，對(duì)搗固、炭化均不會(huì)。通常水分每增加1%，結(jié)焦時(shí)間約延長(zhǎng)10-15分鐘。另外，裝爐煤水分對(duì)堆密度也有影響。但水分增高，水分汽化熱大，煤料導(dǎo)熱性差，會(huì)使結(jié)焦時(shí)間延長(zhǎng)，煉焦耗熱量增高。所以，裝爐煤水分不宜過高，水分過高不僅影響焦炭產(chǎn)量，也影響煉焦速度，同時(shí)影響焦?fàn)t壽命。所以，要求使配煤的水分穩(wěn)定，以利于焦?fàn)t加熱制度的穩(wěn)定。操作時(shí)，來煤水分過大時(shí)，應(yīng)盡量避免直接進(jìn)配煤罐，應(yīng)在煤場(chǎng)堆放一定時(shí)期，以降低其水分，來穩(wěn)定裝爐水分。一般情況下，配合煤水分穩(wěn)定在10%左右較為合適。 （二）灰分內(nèi)在礦物質(zhì)外在礦物質(zhì)原生礦物質(zhì)次生礦物質(zhì)是成煤植物本身所含的礦物質(zhì)，其含量一般不超過12%

11、；是成煤過程中泥炭沼澤液中的礦物質(zhì)與成煤植物遺體混在一起成煤而留在煤中的。次生礦物質(zhì)的含量一般也不高，但變化較大內(nèi)在礦物質(zhì)所形成的灰分叫內(nèi)在灰分，內(nèi)在灰分只能用化學(xué)的方法才能將其從煤中分離出去是在采煤和運(yùn)輸過程中混入的頂、底板和夾石層的矸石。外在礦物質(zhì)形成的灰分叫外在灰分，外在灰分可用洗選的方法將其從煤中分離出去煤中礦物質(zhì)成焦過程中，煤料中的灰分幾乎全部轉(zhuǎn)入焦炭中， 因此要嚴(yán)格控制配煤灰分。一般配煤的成焦率為70%80%（冶金焦），氣煤焦的成焦率為63%，焦炭的灰分即為配煤灰分的1.31.4倍?；曳指邉t黏結(jié)性降低?；曳值念w粒較大，硬度比煤大，它與焦炭物質(zhì)之間有明顯的分界面，當(dāng)半焦收縮時(shí)，灰分顆

12、粒成為裂紋中心，灰分顆粒越大則裂紋越寬、越深、越長(zhǎng)，所以配合煤的灰分高，則焦炭強(qiáng)度降低。中國(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，配合煤灰分應(yīng)不大于12%75%=9%，若焦炭灰分小于13%，按成焦率78%計(jì)算，配合煤灰分應(yīng)不大于13%78%=10.14%。降低配合煤的灰分有利于降低焦炭的灰分，但是降低灰分會(huì)使洗精煤產(chǎn)率降低，提高洗煤成本。從中國(guó)的煤炭資源來看，多數(shù)的焦煤和肥煤含灰分高，屬于難洗煤，而高發(fā)分弱黏結(jié)性氣煤則儲(chǔ)量較多，且低灰、易洗，所以將灰分較高的焦煤、肥煤和灰分較低的氣煤相配合。（三）硫分硫在煤中是一種有害物質(zhì)，在配煤煉焦中，可通過控制配煤比以調(diào)節(jié)配合煤的硫分含量

13、。而且在確定配比時(shí)，必須同時(shí)兼顧對(duì)焦炭灰分、硫分、強(qiáng)度的要求。降低配合煤硫分的根本途徑是降低洗精煤的硫分或配用低硫洗精煤。（四）揮發(fā)分煤的揮發(fā)分，即煤在一定溫度下隔絕空氣加熱，逸出物質(zhì)（氣體或液體）中減掉水分后的含量。剩下的殘?jiān)凶鼋乖?。因?yàn)閾]發(fā)分不是煤中固有的，而是在特定溫度下熱解的產(chǎn)物，所以確切的說應(yīng)稱為揮發(fā)分產(chǎn)率。 揮發(fā)分是煤分類的重要指標(biāo)。煤的揮發(fā)分反映了煤的變質(zhì)程度，揮發(fā)分由大到小，煤的變質(zhì)程度由小到大。如泥炭的揮發(fā)分高達(dá)70%，褐煤一般為4060%，煙煤一般為1050%，高變質(zhì)的無煙煤則小于10%。世界各國(guó)和我國(guó)都以煤的揮發(fā)分作為煤分類的最重要的指標(biāo)。配煤的揮發(fā)分的高低，決定煤氣和

14、化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率，同時(shí)對(duì)焦炭強(qiáng)度也有影響。在常規(guī)煉焦時(shí)，配合煤料適宜的Vdaf=26%28%，此時(shí)焦炭的氣孔率和比表面積最小，焦炭的強(qiáng)度最好。若揮發(fā)分過高，焦炭的平均粒度小，抗碎強(qiáng)度低，而且焦炭的氣孔率高，對(duì)焦炭質(zhì)量不利。若揮發(fā)分過低，煤料的黏結(jié)性變差，熔融性變差，耐磨強(qiáng)度降低，可能導(dǎo)致推焦困難。煤的揮發(fā)分不僅是煉焦、氣化要考慮的一個(gè)指標(biāo)，也是動(dòng)力用煤的一個(gè)重要指標(biāo)，是動(dòng)力煤按發(fā)熱量計(jì)價(jià)的一個(gè)輔助指標(biāo)。 元素分析 配合煤的煤化度指標(biāo)（五）配合煤的黏結(jié)性指標(biāo) （六）煤料的細(xì)度煤料必須粉碎才能均勻混合。煤料細(xì)度是指粉碎后配合煤中的小于3mm的煤料量占全部煤料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。頂裝煤料的細(xì)度一般在80%左右

15、，相鄰班組細(xì)度波動(dòng)不應(yīng)大于1%，搗固煉焦細(xì)度一般90%93%。細(xì)度對(duì)生產(chǎn)的影響細(xì)度過低，配合煤混合不均勻，焦炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)不均一，強(qiáng)度降低。細(xì)度過高，不僅粉碎機(jī)動(dòng)力消耗大，設(shè)備生產(chǎn)能力降低，而且裝爐煤的堆密度下降，更主要的是過高，反而使焦炭質(zhì)量受到影響。因?yàn)榧?xì)度過高，煤料的表面積增大，生成膠質(zhì)體時(shí)，由于固體顆粒對(duì)液相量的吸附作用增強(qiáng)，使膠質(zhì)體的黏度增大而流動(dòng)性變差，因?yàn)榧?xì)度過高不利于黏結(jié)，裝煤時(shí)易產(chǎn)生噴煤冒煙，過細(xì)的煤粉易被荒煤氣帶出，容易造成上升管和集氣管堵塞，并使焦油渣增加，影響回收操作。所以應(yīng)盡量減少粒度小于0.5mm的細(xì)粉含量。在具體的配煤操作中，從焦炭質(zhì)量出發(fā)，不同的煤種應(yīng)有不同的要求。

16、煤料粉碎的過細(xì)，將使煤料的粘結(jié)性變差。焦煤、肥煤易粉碎，煤料過細(xì)使比表面積增加，膠質(zhì)體被過度吸附而減薄，因而不利于粘結(jié)。比如，對(duì)于弱黏結(jié)煤，細(xì)度過低所造成的損害是主要的，應(yīng)細(xì)粉碎；而對(duì)強(qiáng)黏結(jié)煤，細(xì)度過高所造成的不利是主要的，應(yīng)粗粉碎。肥煤、焦煤較脆易碎，而氣煤硬度較大，難碎。所以肥煤、焦煤適宜粗粉碎，氣煤應(yīng)細(xì)粉碎。一般小于3mm的煤應(yīng)控制在90%93%，其中粒度小于0.5mm的細(xì)粉應(yīng)在40 %50%之間。細(xì)度較低，需消耗較高的搗固功才能使煤餅達(dá)到一定的穩(wěn)定性；若細(xì)度過高，會(huì)使堆密度和抗壓強(qiáng)度均降低，但抗剪強(qiáng)度提高。由于煤餅的穩(wěn)定性主要取決于抗剪強(qiáng)度，所以搗固煤料應(yīng)有較高的細(xì)度。如果煤料細(xì)度低，

17、則因存在有較大顆粒的弱粘煤和灰分而使焦炭均勻性變壞，并且裂紋增多。如果煤料粉碎粒度不均勻，則在運(yùn)輸和堆積過程中容易產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，顆粒大和比重大的煤堆積在一起，而大顆粒的煤往往是硬度較大的煤，因而這種偏析現(xiàn)象將使不同的煤分開，使煤料均勻性變壞，降低焦炭質(zhì)量。五、衡量配煤質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)衡量配煤質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn)： 在相同的煤源條件、相同的煉焦工藝條件下，通過優(yōu)化配煤，使焦炭質(zhì)量盡可能地提高。主要從三方面考慮：（1）配煤工藝必須先進(jìn)。（2）配煤方案必須科學(xué)經(jīng)濟(jì)。（3）配煤必須準(zhǔn)確。六、備煤（一）來煤的接受、貯存（二）提高配煤精確率的措施 1、來煤的接受 2、倒運(yùn) 卸至煤場(chǎng)的煤料為了堆放和取用作業(yè)，煤場(chǎng)有時(shí)會(huì)

18、對(duì)某種煤料進(jìn)行倒運(yùn)操作。倒運(yùn)機(jī)械分堆取料機(jī)類及汽車倒運(yùn)等二種。 3、貯煤各種來煤允許貯存時(shí)間提高配煤精確率的措施 （1）生產(chǎn)過程中必須將除鐵器等相關(guān)設(shè)備去除煤料中的各種雜物，確保配煤生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定。 （2）減少煤料在煤罐中沉積的可能性；同時(shí)，合理計(jì)劃配煤生產(chǎn)時(shí)間，協(xié)調(diào)設(shè)備檢修時(shí)間，杜絕各類事故。 （3）定期標(biāo)定核子秤，保證其計(jì)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性； （4）利用“跑盤”統(tǒng)一標(biāo)定1次圓盤設(shè)備的下料能力，在確保滿足生產(chǎn)要求的同時(shí)，各圓盤之間的生產(chǎn)能力應(yīng)具有較好的一致性。七、煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)煤的熱解概念煤在隔絕空氣的條件下進(jìn)行加熱，發(fā)生一系列的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，生成氣體(煤氣)、液體(焦油)、固

19、體(半焦或焦炭)的過程，稱為煤的熱解(pyrolysis)、干餾或炭化(carbonization)。熱解分類 按熱解終溫 低溫干餾(500-600)以液體產(chǎn)物為目標(biāo) 中溫干餾(700-800)制取燃料煤氣 高溫干餾(950-1050)煉焦粘結(jié)性煙煤的熱解過程粘結(jié)性煙煤的熱解過程（1）第一階段階段（室溫350-400）從室溫到活潑熱分解溫度（Td，除無煙煤外一般為350400)稱為干燥脫氣階段。褐煤在200以上發(fā)生脫羧基反應(yīng)，約300開始熱解反應(yīng)。煙煤和無煙煤的原始分子結(jié)構(gòu)僅發(fā)生有限的熱作用（主要是縮合作用）。120前主要脫水，約200完成脫氣(CH4、C02和N2)。粘結(jié)性煙煤的熱解過程（2

20、）第二階段（Td550 ）這一階段的特征是活潑分解，以解聚和分解反應(yīng)為主。生成和排出大量揮發(fā)物（煤氣和焦油），約450排出的焦油量最大，在450550氣體析出量最多。煙煤約350開始軟化，隨后是熔融、黏結(jié)，到550時(shí)結(jié)成半焦。煙煤（尤其是中等變質(zhì)程度煙煤）在這一階段經(jīng)歷了軟化、熔融、流動(dòng)和膨脹直到再固化，出現(xiàn)一系列特殊現(xiàn)象，并形成氣、液、固三相共存的膠質(zhì)體。液相中有液晶（中間相）存在。膠質(zhì)體的數(shù)量和質(zhì)量決定了煤的黏結(jié)性和結(jié)焦性。粘結(jié)性煙煤的熱解過程（3）第三階段(5501000)。又稱二次脫氣階段。在這一階段，半焦變成焦炭，以縮聚反應(yīng)為主。析出的焦油量極少，揮發(fā)分主要是煤氣。煤氣成分主要是H2

21、，少量CH4和C的氧化物。從半焦到焦炭，一方面析出大量煤氣，另一方面焦炭本身的密度增加，體積收縮，導(dǎo)致生成許多裂紋，形成碎塊。焦炭的塊度和強(qiáng)度與收縮情況有直接關(guān)系。煤的熱解和熱加工一般包括以上三個(gè)階段。如果最終溫度提高到1500以上則為石墨化階段，用于生產(chǎn)石墨炭素制品。煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性概念煤的粘結(jié)性是煤在加熱（隔絕空氣）過程中顯示出的一種性質(zhì)。所謂粘結(jié)性是指煤在加熱過程中自身粘結(jié)或粘結(jié)其他外加惰性物的能力。不同種類的煤其粘結(jié)性亦不同。有些煤種（低、高變質(zhì)程度的煤）沒有粘結(jié)性，加熱時(shí)不能粘結(jié)成塊；有些煤種（中變質(zhì)程度的煙煤）具有粘結(jié)性，加熱時(shí)能粘結(jié)成塊。具有不同粘結(jié)性的煤其粘結(jié)能力是不一樣的。例如，粘結(jié)性很強(qiáng)的肥煤不僅自身能粘結(jié)成塊，而且還能粘結(jié)其他外加惰性物質(zhì)