煤的黏結(jié)和成焦機理

室式結(jié)焦過程

第一節(jié)煤的黏結(jié)和成焦機理

具有黏結(jié)性的煤，在高溫熱解時，從粉煤分解開始，經(jīng)過膠質(zhì)狀態(tài)到生成半焦的過程稱為煤的黏結(jié)過程。煤的黏結(jié)性取決于膠質(zhì)體的生成和膠質(zhì)體的性質(zhì)(?)從粉煤開始分解到最后形成焦塊的整個過程稱為結(jié)焦過程。煤的結(jié)焦過程大體可分為黏結(jié)過程和半焦收縮兩個階段。2024/3/51室式結(jié)焦過程

一、膠質(zhì)體的生成及性質(zhì)

1．膠質(zhì)體液相的來源

(1)煤分子結(jié)構(gòu)單元之間各種橋鍵的斷裂形成自由基碎片，其中分子量不太大的、含氫較多的生成液態(tài)產(chǎn)物。(2)脂肪化合物的分解，其中分子量較大的那部分形成液態(tài)產(chǎn)物。(3)基本結(jié)構(gòu)單元周圍的脂肪族側(cè)鏈和各官能團脫落，其中小部分可形成液體。(4)殘留煤（未分解的煤）在膠質(zhì)體液相中部分溶解。2024/3/52室式結(jié)焦過程

2．膠質(zhì)體的性質(zhì)溫度間隔、透氣性、流動性、膨脹性概念及對粘結(jié)性的影響。2024/3/53室式結(jié)焦過程

二、煤的黏結(jié)過程要形成黏結(jié)好的半焦，必須具備以下條件：（1）有足夠數(shù)量的液相，能使分解的煤粒表面潤濕并充滿顆粒間的空隙；（2）膠質(zhì)體的溫度間隔足夠大；（3）膠質(zhì)體的流動性好；（4）膠質(zhì)體有一定的黏度，能產(chǎn)生一定的膨脹壓力，將軟化的煤粒壓緊；（5）液相分解縮聚所形成的固相產(chǎn)物和未分解為液相的固體顆粒，本身應具有足夠的強度；（6）黏結(jié)性不同的煤粒在空間要均勻分布。

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三、煤的成焦機理形成半焦后，溫度繼續(xù)升高，半焦進一步分解：1、析出分子量最小的氣態(tài)產(chǎn)物而不生成焦油。2、產(chǎn)生許多游離基，游離基發(fā)生縮聚反應，隨著溫度的升高，縮聚反應不斷加強，使芳香碳網(wǎng)不斷增大，碳網(wǎng)間的排列也越來越規(guī)則化。當溫度達到1000℃時，形成具有一定機械強度和一定塊度的銀灰色并具有金屬光澤的焦炭。2024/3/55室式結(jié)焦過程半焦外型的變化產(chǎn)生裂紋？半焦熱縮聚必然引起體積收縮，而焦塊的剛性阻止其收縮，半焦內(nèi)便產(chǎn)生了內(nèi)應力。隨著溫度的升高，其內(nèi)應力不斷增加，當內(nèi)應力大于半焦本身的強度時，使半焦破裂形成裂紋。2024/3/56室式結(jié)焦過程

第三節(jié)炭化室內(nèi)的結(jié)焦過程

炭化室內(nèi)煤料結(jié)焦過程的基本特點有:單向供熱、成層結(jié)焦結(jié)焦過程中傳熱性能隨爐料的狀態(tài)和溫度而變化。煤料水分愈多，結(jié)焦時間愈長，煉焦耗熱量愈大。因為：水的汽化潛熱大而煤的導溫系數(shù)小；水汽匯集膨脹壓力，最大膨脹壓力，影響膨脹壓力的因素？煤種、加熱速度、堆比重、添加瘦化劑或高揮發(fā)性氣煤

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三、工藝條件對結(jié)焦過程的影響

1、加熱速度提高加熱速度使煤料的膠質(zhì)體溫度范圍加寬，流動性增加，從而改善煤料的黏結(jié)性，使焦塊致密。？利用快速加熱，可以提高弱黏結(jié)性的氣煤、弱黏煤甚至長焰煤的黏結(jié)性，這就擴大了煉焦煤源。但快速加熱對半焦收縮是不利的，收縮應力大，產(chǎn)生的裂紋多。故合理的加熱速度應是黏結(jié)階段快，收縮階段慢。2024/3/58室式結(jié)焦過程現(xiàn)代焦爐炭化室內(nèi)的結(jié)焦過程無法調(diào)節(jié)各階段的加熱，且實際上濕煤、干煤、膠質(zhì)體由于導熱性能差，加熱速度慢，半焦和焦炭反而加熱快，這是現(xiàn)代炭化室的根本缺點。2024/3/59室式結(jié)焦過程

2．煤料細度

煤料粉碎度和焦炭強度呈如下關系：同一種煤的粉碎度增加，焦炭強度增加，當煤粉碎度達到某極限值后，繼續(xù)增加時焦炭強度反而降低。不同的煤種，和其焦炭強度的極大值對應的粉碎度取決于煤的黏結(jié)性，黏結(jié)性愈好的煤，與其焦炭強度極大值對應的煤粉碎度愈高。

但對配合煤而言一般情況為增加弱黏結(jié)煤的用量，則應對強黏結(jié)煤粗粉碎以保持其黏結(jié)性，弱黏結(jié)煤細粉碎以利于分散。2024/3/510室式結(jié)焦過程

3、堆密度

增加裝爐煤的堆密度，使煤粒間隙減小，膨脹壓力增大，填充間隙所需的液態(tài)物質(zhì)減少，在膠質(zhì)體數(shù)量和性質(zhì)一定時，可以改善煤的黏結(jié)性。但堆密度的增大，收縮應力的增加，使焦炭的裂紋增加。因此，只有當黏結(jié)性差的氣煤配用量較大時，采用增加堆密度的方法來提高焦炭的強度。2024/3/511室式結(jié)焦過程4．填加物

煤料黏結(jié)性不好時，可以加入瀝青等黏結(jié)劑，增加結(jié)焦過程中的液相以改善黏結(jié)性。但這種黏結(jié)劑應要求在煤料膠質(zhì)體階段有較好的熱穩(wěn)定性，故最好采用高沸點瀝青。當煤料收縮性很大時，可在不使煤黏結(jié)性降低很多的情況下，加入經(jīng)細粉碎的無煙煤粉、焦粉等瘦化劑以減少收縮內(nèi)應力，從而提高焦炭塊度。2024/3/512室式結(jié)焦過程四、煤料硫分、灰分與焦炭硫分、灰分的關系

1．硫的動態(tài)與焦炭硫分煤中的硫約有60%～70%轉(zhuǎn)入焦炭中。

2．焦炭灰分煤中灰分全部轉(zhuǎn)入焦炭，2024/3/513室式結(jié)焦過程

一、影響化學產(chǎn)品的因素

1．原料煤的影響

（1）煤化程度

第四節(jié)

煉焦過程的化學產(chǎn)品

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對加熱產(chǎn)物及產(chǎn)率的影響表現(xiàn)為：煤化程度低的煤（如褐煤）熱解時，煤氣、焦油和熱解水產(chǎn)率高，但由于沒有黏結(jié)性（或很?。?，不能結(jié)成塊狀焦炭；中等變質(zhì)程度的煙煤，熱解時煤氣、焦油產(chǎn)率高而熱解水少，黏結(jié)性強，能形成強度高的焦炭；煤化程度高的煤（貧煤以上），煤氣量少，基本沒有焦油，由于沒有黏結(jié)性，故生成大量焦粉。2024/3/515室式結(jié)焦過程

（2）巖相組成的影響不同煤巖成分其熱解產(chǎn)物及產(chǎn)率不同:煤氣產(chǎn)率:穩(wěn)定組為最高，絲質(zhì)組最低，鏡質(zhì)組居中；焦油產(chǎn)率:穩(wěn)定組為最高，絲質(zhì)組最低，鏡質(zhì)組焦油產(chǎn)率居中；焦炭產(chǎn)量:絲質(zhì)組最高，鏡質(zhì)組居中，穩(wěn)定組最低。2024/3/516室式結(jié)焦過程

2．外界條件的影響

（1）熱解最終溫度的影響隨著熱解最終溫度的升高，焦油和焦炭的產(chǎn)率下降，煤氣產(chǎn)率增加，但煤氣中氫含量增加，而烴類減少；焦油中的瀝青和芳烴增加，酚類和脂肪烴含量降低。焦爐的生產(chǎn)實踐表明，700～800℃之間最適宜生產(chǎn)貴重的芳烴、苯、甲苯和二甲苯，此時產(chǎn)率最高。2024/3/517室式結(jié)焦過程

（2）爐頂空間溫度和容積的影響

從化學產(chǎn)品的產(chǎn)率和質(zhì)量來說，爐頂空間溫度以750℃左右為宜，但生產(chǎn)上為使焦餅中心溫度達到950～1050℃，爐頂空間溫度總是大于750℃，只能力求降低，不能完全滿足。爐頂空間溫度超過900℃，焦油中含游離碳、萘、蒽、瀝青增加，密度增大，含酚減少。在平煤操作良好，荒煤氣導出順利的條件下，爐頂空間容積應盡可能小，以減少荒煤氣在此停留時間，使二次熱解適當。2024/3/518室式結(jié)焦過程（3）升溫速度的影響

隨著加熱速度的增加，氣體開始析出的溫度和氣體析出最大速