炼焦用煤.docx
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炼焦用煤
炼焦用煤
一．煤资源现状：
1、地域分布不均匀
根据国际能源组织最新统计，全世界的煤炭资源约为20万亿吨，其中俄罗斯及独联体国家、中国、美国、澳大利亚、加拿大、德国、南非、英国、波兰、印度等前10位产煤国的资源量约占全世界的95％以上，但是经过地质勘探工作得出计算出的世界煤资源量只有4.3万亿吨，精确度较高的确认储量位1.2万多亿吨。
2、各种煤的分布也不均匀
世界煤炭资源中，褐煤占1/3以上。
在硬煤（烟煤和无烟煤）资源中，炼焦煤还不到资源量的1/10。
在总量约1.14万亿吨的炼焦煤资源中，肥煤、焦煤和瘦煤约占1/2，其经济可采储量约3500亿吨一4000亿吨，其中低灰、低硫的优质炼焦煤资源大约仅有600亿吨。
世界炼焦煤资源中，约有1/2分布在亚洲地区，1/4分布在北美洲地区。
其余1/4则分散在世界其他地区。
中国炼焦煤资源量约占世界炼焦煤总资源量的13％，可采储量约占16.5％。
中国山西省炼焦煤资源最多，2002年底的可开采储量达333亿吨，占全国炼焦煤储量649亿多吨的51.3％。
其他各省可采储量均不到60亿吨。
炼焦煤储量占全国第二、三、四、五、六位的分别是安徽省54.32亿吨、贵州省39.14亿吨、山东省29.15亿吨、河北省27.61亿吨和黑龙江省25.68亿吨。
炼焦煤储量超过20亿吨的还有河南省和内蒙古自治区。
二、煤的分类
根据成煤植物不同，煤可分为两类：
由高等植物生成的煤称为腐植煤，由低等植物生成的煤称为腐泥煤。
腐植煤占绝大多数，根据变质程度的深浅，腐植煤可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤，炼焦工业主要用烟煤，烟煤根据变质程度的不同又可分为：
长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤等。
气煤、肥煤、焦煤、瘦煤具有粘结性，在隔绝空气干馏时能炼成焦炭，称为炼焦煤，是现代焦化工业的主要原料。
长焰煤、贫煤、褐煤、无烟煤等没有粘结性，称为不粘结煤。
但如采用炼焦新工艺或掺加粘结剂，也可炼成不同种类的焦炭。
我国高炉冶炼所用的焦炭主要是用烟煤炼制的。
各种烟煤的性质差别很大。
我国现行的烟煤分类方案采用了两个参数来确定，一个是煤化程度的参数，以煤中可燃物为基准的挥发分，叫做可燃基挥发分（Vdaf），另一个是烟煤粘结性的参数（粘结指数G、胶质层的最大厚度Y）。
用这两个指标，把烟煤划分为12个大类24个小类。
12个大类为长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤。
三、单种煤的结焦特性
用于炼焦配煤的，主要是气煤、肥煤、焦煤1/3焦煤和瘦煤几大类类。
不同牌号的煤，在单独炼焦时所得焦炭的性质是各不相同的。
现将可以用来配煤炼焦的各单种煤的结焦特性概述如下：
1、长焰煤
长焰煤是变质程度最低的烟煤，其挥发分高达37%以上，从无粘结性到弱粘结性均有。
其中煤化程度较高的长焰煤加热时能产生数量极微的胶质体，也能生成细小的长条形焦炭，但焦炭的强度很差，粉焦率高。
2、不粘煤
不粘煤是一种低变质到中等变质程度的煤。
加热时不产生胶质体，煤的水分大，一般不作炼焦煤使用。
3、弱粘煤
弱粘煤是一种粘结性较弱的低变质到中等变质程度的煤。
加热时产生的胶质体较少，炼焦时有的能生成强度很差的小块焦，有的只有少部分能结成碎屑焦，弱粘煤具有低灰低硫的特点。
4、1/2中粘煤
1/2中粘煤属于中等粘结性的中高挥发分煤。
其中有一部分煤在单独炼焦时能生成一定强度的焦炭，另一部分粘结性较弱的煤在单独炼焦时，生成焦炭强度差，粉焦率主，在配煤焦时可适量配入使用。
5、气煤
气煤是一种变质程度较低的炼焦煤，其挥发分在28%—37%，Y在9—25MM和挥发分大于37%，Y在5—25MM两个区域，因而其性质差别较大，加热时能产生较多的煤气和焦油。
胶质体的热稳定性低于肥煤。
单独炼焦时，焦炭的抗碎和耐磨强度较其他炼焦煤差，由于挥发分高，因此在结焦过程中收缩大，焦炭裂纹多，焦块细而长，易碎。
焦炭多呈细长条状，易碎，并有较多的纵裂纹。
在配煤炼焦时多配入气煤，能增加煤气和化学产品的产率。
在炼焦过程中可以减小膨胀压力和增加焦饼收缩。
6、气肥煤
气肥煤是一种挥发分和胶质厚度都很高的强粘结性煤，其挥发分一般都大于37％，Y值大于25mm，结焦性介于肥煤和气煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液态化学产品，焦炭的强度高于气煤而又低于肥煤；在配煤炼焦中配入可增加化学产品的产率。
7、1/3焦煤
1/3焦煤介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，其挥发分一般大于28％，Y值在16－25mm之间，单独炼焦时能生成熔融性能良好，强度高的焦炭。
焦炭的抗碎强度接近于肥煤，耐磨性稍低于肥煤，但明显高于气肥煤和气煤，是良好的配煤炼焦的基础煤之一。
部分1/3焦煤的结焦性很好，可适当多配入使用。
8、肥煤
肥煤可燃基挥发分26～37%，胶质层大于25毫米；在加热时能产生大量的胶质体，其流动性大，热稳定性较气煤胶质体好，单独炼焦时，炼出的焦炭熔融性好。
但横裂纹较多，易碎，单独炼焦时易发生焦饼推焦困难。
并有较多的蜂焦。
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。
对于挥发分高的肥煤，一般结焦性差，炼焦配煤中使用此种煤时，应适当减少气煤的配入量。
9、焦煤
焦煤可燃基挥发分18～26%，胶质层厚度15～25毫米，大多数焦煤单独炼焦时能得到块大、裂纹少、耐磨性好的焦炭。
但在结焦过程中产生膨胀压力较大，焦饼收缩度小，容易产生推焦困难，又因焦煤贮量不多，应节约使用，在配煤中应尽量减少焦煤配用量。
它在配煤中可以起到提高焦炭机械强度的作用。
10、瘦煤
瘦煤的变质程度较高，可燃基挥发分低，只有14～20%，Y值大于5mm，加热时产生的胶质体量少，厚度小于12毫米，熔融性和粘结性较差，收缩小。
在配煤中配入瘦煤可以提高焦炭的块度，因熔融性较差，焦炭中有颗粒物存在，使耐磨性变差。
11、贫瘦煤
贫瘦煤是粘结性较弱的高变质挥发分烟煤，结焦性比典型瘦煤差，单独炼焦时，生成的粉焦多，在配煤中配入一定比例，可起到瘦化剂的作用。
12、贫煤
贫煤是变质程度最高的一种烟煤，贫煤在加热时不产生胶质体，没有粘结性，不能单独炼焦，通常不用于炼焦配煤中。
但可以少量配入作为瘦化剂。
配入贫煤时最好将其单独粉碎。
13．无烟煤
无烟煤是变质程度最深的煤，所含的挥发分最低，加热时不产生胶质体，加热至高温也不会结成焦炭，因此未将其划入炼焦用煤的范围内。
有时在瘦煤缺乏的地区，当配煤中煤料较肥时，可少量配入无烟煤作瘦化剂用，但无烟煤须经过细粉碎。
煤种
牌号
挥发分Vdaf,%
粘结指数G
胶质层Y,mm
灰分%
全硫%
气煤
QM
＞28
≥55
≤9.0
≤1.9
气肥煤
QFM
≥37
≥85
＞25
≤9.0
≤1.9
1/3焦煤
1/3JM
≥25
≥78
16－25
≤10.5
≤0.5
肥煤
FM
2537
≥85
≥25
≤10.0
≤1.0
焦煤
JM
2028
≥75
15－25
≤10.5
≤0.8
瘦煤
SM
≥13
≥42
≥5
≤10.0
≤0.5
四、煤的成焦机理
炼焦生产的产品是焦炭和化学产品，炼焦原料主要是烟煤。
炼焦生产是将煤料装入炭化室中进行加热干馏，经过一定的时间，炼成焦炭，然后将焦炭从炉内推出，进行熄焦和筛焦，同时将从炭化室内产生的挥发物输送到化产车间去分离提制成各种化学产品。
烟煤隔绝空气加热到950~1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制得焦炭，这一过程叫高温炼焦（或叫高温干馏）。
从煤料炼成焦炭的整个过程叫做结焦过程。
在结焦过程中煤料有几个变化阶段：
干燥和预热，开始分解生成胶质体，固化粘结形成半焦，进一步分解收缩形成焦炭。
煤的热解过程大体可分为以下几个阶段，见下表：
成焦过程图示表
温度区间℃
0－125
125－300
300－430
430－650
650－850
850－1050
主要阶段
干燥脱
外来水
脱吸附气体
含氧直链系
侧链热解
软化、熔融、热解
固化成半焦
半焦收缩
成焦炭
热解生
成主要
产物
H2O
CO2
CO2
CO
CH4
H2O
（内在水）
CO2（化合水）
COCO2
CH4CnHm
n<4
烷烃、不饱和烃CH4，H2S，HCN，NH3，H2，C5H6，CS2苯系、萘系，酚系，蒽系等焦油产品
高分子直链系及芳环系侧链进一步分解成CH4，H2，低分子CnHm和游离碳
主要分解产物H2
（1）干燥和预热
湿煤装入后，水分开始蒸发，未蒸发完以前，煤的温度低于100℃，这个阶段需要大量的热和很长的时间。
在100～200℃煤受到干燥，并放出吸附于煤表面和气孔中的二氧化碳和甲烷等气体，煤质不变。
（2）开始分解
200～350℃煤开始分解．不同变质程度的煤开始热分解的温度是不同的，例如，气煤在210℃左右，肥煤约260℃左右，焦煤约300℃，瘦煤约390℃开始分解。
煤在转变成胶质体状态前就开始分解。
350℃前主要分解出化合水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体和少量焦油蒸汽和液体。
（3）生成胶质体
当温度升高350～450℃时由于侧链的断裂生成大量液体、高沸点焦油蒸汽和固体微粒一个多分散相的胶体系统，即胶质体。
凡是能生成胶质体的煤都有粘结性。
由于胶质体很粘，不透气，因此产生膨胀，对炉墙有一定的膨胀压力，并将固体小粒粘结在一起。
（4）胶质体固化
450～550℃时胶质体热解更加激烈，并伴随有缩聚和合成等反应出大量挥发物。
随着气体析出，固态物质形成，即开始产生半焦。
（5）半焦收缩
550650℃时，由于进一步加热的结果，在半焦内热解出大量的挥发物（主要是氢气和甲烷），这样，半焦收缩使焦质变紧，并产生裂纹。
（6）半焦转变为焦炭
650~950℃时，半焦继续析出气体，主要是氢气。
半焦进一步收缩，使焦质变紧变硬，裂纹增大，最终转变为焦炭。
在此阶段中析出的焦油蒸汽与赤热焦炭相遇，部分进一步热分解，析出游离炭沉积在焦炭上，逸出的蒸汽成分与低温状态下的不同，这个再分解过程叫做二次热分解。
五、煤的工业分析
煤的工业分析也叫煤的实用分析，包括水分、灰份、挥发份和固定碳含量测量四项。
通过煤的工业分析可以大致了解煤中有机质和无机质的含量。
煤=有机组分+无机组分
=挥发分+固定碳+灰分+水分
（1）水分水含量以M表示。
煤中水分过高，炼焦时延长结焦时间，粉碎时增加动力消耗，装煤时堵塞斗嘴。
水分通常用水分占煤的百分数表示，按水分在煤中存在的形态不同，可分为外在水分和内在水分。
外在水分是指煤在开采、运输、贮存、洗选时润湿在煤表面以及大毛细管（直径大于10-5厘米）中的水分；内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部的毛细管（直径小于10-5厘米）中的水分。
含有外在水分的煤称为应用煤，失去外在水分的煤称为风干煤或分析煤样，失去内在水分的煤称为绝对干燥煤或干煤。
在煤的工业分析中所测定的水分，分为原煤样的全水分和分析煤样水分。
煤中水分多采用间接的测定方法，即将已知重量的煤样放在一定温度的烘箱内进行干燥。
在干燥过程中，煤所减轻的重量示。
就是煤的水分含量。
（2）灰分含量用符号A表
煤的灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。
煤的灰分全部来自煤中的矿物质，但它的组成和重量与煤中矿物质不完全相同，因而确切地说，煤的灰分应称为灰分产率。
煤的灰分一般以干煤（失去内在水分的煤）为基准，称为干基。
煤中灰分近似地表示煤中矿物质的含量。
炼焦时，煤的灰分全部转入焦炭。
焦炭中的灰分，在炼铁过程中是一种有害物质。
当焦炭中灰分增高时，固定炭含量就相应减少，炼铁时就要消耗更多焦炭；同时，为了在高炉中除去灰分就要相应增加石灰石用量。
这些都会使高炉产量下降。
一般认为，焦炭灰分增减1%，焦比相应增减2%，高炉产量相应增减3%。
为了降低煤中的灰分，炼焦用煤都是用原煤经过洗选加工出来的精煤，经过洗选可除去一部分灰和硫。
（3）挥发分和固定碳
将煤放在与空气隔绝的容器中，在一定高温条件下加热一定时间后，从煤中分解出来的气体和蒸汽状态产物的百分率，减去煤中所含水分，就是煤的挥发分，以符号V表示。
因为煤的挥发分不是煤中固有物质，而是在特定条件下煤受热分解的产物，因而确切的说，应该称为挥发分产率。
煤的挥发分是煤的有机质受热分解而产生的，其产率和煤的变质程度有很大关系，各种不同煤的挥发分产率见下表。
泥炭
褐煤
烟煤
无烟煤
挥发分产率%
>70
>40
10～55
<10
根据挥发分可以初步确定煤的种类和化学工艺性质，而且挥发分的测定方法简单、快速、易于标准化，所以世界各国几乎都把挥发分产率作为煤炭工业分类的第一类指标。
在测定挥发分产率时，残留下来的固体称焦渣。
焦渣占煤样重量百分率减去灰分称固定碳。
固定碳是残留在焦渣中的可燃成分。
固定碳=100-（水分+灰分+挥发分）%
六、备煤工艺
1、备煤工艺流程图
2、配煤的意义和原则
配煤炼焦是指将多种不同牌号的煤按比例配合在一起做为炼焦的原料。
采用配煤炼焦的意义很大，它已被我国焦化厂普遍采用。
根据我国煤炭资源的具体情况，采用配煤炼焦既可以合理利用我国各地区炼焦煤的资源，又是扩大炼焦用煤的基本措施之一。
不同牌号的煤，各有其特点，它们在配煤中所起的作用也不同，如果配煤方案合理，就能充分发挥各种煤的特点，提高焦炭质量。
根据我国煤炭资源的具体情况，采用配合煤炼焦既可以合理利用各地区炼焦煤的资源，又是扩大炼焦用煤的基本措施之一。
为了保证焦炭质量，又利于生产操作，在确定配煤方案时，应考虑以下几项原则：
（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输距离．
配煤的意义有以下几点：
（1）节约优质炼焦煤，扩大炼焦煤源；
（2）充分利用各单种煤的结焦特性，改善焦炭质量；
（3）在保证焦炭质量的前提下，增加炼焦化学产品的产率和炼焦煤气的发生量；
（4）充分利用本地资源，因地制宜发展焦化工业。
七、配合煤的质量指标
配煤质量指标是指配煤的灰分、硫分、挥发分、胶质层厚度、水分等。
配合煤的质量取决于单种煤的质量及其配合比。
对于炼制冶金焦的配合煤，基本的质量指标如下：
（1）灰分
煤中灰分在炼焦后全部残留于焦炭中，灰分是焦炭中的有害杂质，焦炭的灰分愈高，炼铁时焦炭及石灰石消耗量就增多、高炉生产能力降低。
一般焦炭灰分每增加1%，高炉焦比将增加2～2.5%，石灰石耗量增加4%，生铁产量降低2～2.5%。
同时灰分中的大颗粒易在焦炭中形成裂纹中心，使焦炭的抗碎强度降低，也使焦炭的耐磨性变坏。
因此配合煤的灰分应控制在一定范围之内，一般在10～12%。
（2）硫分
硫分也是有害杂质，焦炭中的硫在熔炼时转入铁中，降低铁的质量。
煤中硫分约60～70%转入焦炭，所以焦炭中硫分约为配合煤的80～90%，一般要求配煤的硫分不应大于1%。
（3）挥发分
配合煤的挥发分高，则炼焦煤气和化学产品的产率也高，但由于大多数高挥发分煤的结焦性较差，因此在多配用高挥发分煤时，焦炭的强度会下降，平均块度变小。
一般大、中高炉用焦的配合煤的可燃基挥发分控制在28～32%之间。
（4）胶质层和收缩度
配合煤必须具有适当的胶质层厚度才能在焦炉中炼出机械强度高的冶金焦。
但胶质层过厚时，会产生很大的膨胀压力，同时收缩度较小对炉墙的保护是不利的。
因此，我国目前大、中型高炉用焦的配合煤胶质层厚度大致控制在14～20毫米范围内。
（5）水分
配合煤的水分多少和其稳定与否,对焦炭质量、产量以及焦炉寿命有很大影响，一般要求在10%左右，并应当稳定。
煤料堆密度与水分有较大关系，干煤堆密度最大，随着水分增加堆密度减小，当水分为7%～8%时堆密度最小，约为干煤堆密度的85%左右，水分继续增加，堆密度稍有增加。
配合煤水分每增加1%，要求立火道温度提高5～7℃，炼焦耗热量增加约30kJ/kg，结焦时间将延长10～15分钟，降低产量。
（6）细度
细度指粉碎后煤料中小于3毫米的煤粒占全部煤料的百分比。
提高细度能提高焦炭的强度。
但细度太高（超过90%）会使装煤操作困难，装入煤的堆密度降低，装煤量降低，焦炭质量下降。
因此细度一般控制在75～85%。
此外，在配煤操作中，应当按规定的配煤比，准确配煤，并且不得使用变质煤和过期煤炼焦，否则会影响焦炭质量，严重时，不结焦，造成推焦困难，甚至扒炉。
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