第03章炼焦用煤的预处理技术(1)上课讲义.ppt

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1、第03章炼焦用煤的预处理技术(1)炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 第一第一节节 炼炼焦配煤焦配煤 一、单种煤的结焦特性一、单种煤的结焦特性 单种煤的结焦特性是配合煤结焦的基础，了解并掌握单种煤的结焦特性，是指导配煤比变化的主要依据。（1）褐煤 褐煤是煤化程度最低的煤，变质程度只比泥炭高，在隔绝空气加热时不产生胶质体，也没有黏结性。在近代炼焦炉中，不能单独炼成焦炭，但在配煤中加入少量褐煤以增加配煤的挥发分，已取得一定的成果。如果采用特殊的工艺处理，褐煤也可以炼焦，在国外某些褐煤多而炼焦煤少的国家，有的就采用褐煤炼焦，但其工艺过程复杂。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （2）长焰

2、煤 长焰煤是烟煤中煤化程度最低的煤，变质程度比褐煤高。其含氧量高，高沸点的液态产物少，胶质层厚度小于5mm，因此结焦性能很差，在现代焦炉中不能炼出合格的焦炭。若采用压紧、薄装及快速加热等方法，可在土焦炉中炼制出细长条的焦炭。配煤中，加入少量长焰煤，可起瘦化作用。但长焰煤的配入量较高时，会使焦炭的耐磨强度降低，特别是配煤中肥煤不多，焦炭质量显著变坏，因此在配入长焰煤时要注意对焦炭质量的影响。长焰煤的脆性小，一般难以粉碎，若配入长焰煤时，最好将其单独粉碎，以免影响焦炭质量的均匀性。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （3）气煤 气煤的煤化程度比长焰煤高，煤的分子结构中侧链多且长，含氧量高。在

3、热解过程中，不仅侧链从缩合芳环上断裂，而且侧链本身又在氧键处断裂，所以生成了较多的胶质体，但黏度小，流动性大，其热稳定性差，容易分解。在生成半焦时，分解出大量的挥发性气体，能够固化的部分较少。当半焦转化成焦炭时，收缩性大，产生了很多裂纹，大部分为纵裂纹，所以焦炭细长易碎。在配煤中，气煤含量多，将使焦炭块度降低，但配以适当的气煤，可以增加焦炭的收缩性，便于推焦，又保护了炉体，同时可以得到较多的化学产品。由于我国气煤贮存量大，为了合理利用炼焦煤资源，在炼焦时应尽量多配气煤。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （4）肥煤 肥煤的煤化程度比气煤高，属于中等变质程度的煤。从分子结构看，肥煤所含的侧

4、链较多，但含氧量少，隔绝空气加热时能产生大量的分子量较大的液态产物，因此，肥煤产生的胶质体数量最多，其最大胶质体厚度可达25mm以上，并具有良好的流动性能，且热稳定性能也好。肥煤胶质体生成温度为320，固化温度为460，处于胶质体状态的温度间隔为140。如果升温速度为3/min，胶质体的存在时间可达50min，由此决定了肥煤黏结性最强，是我国炼焦煤的基础煤种之一。由于其挥发分高，半焦的热分解和热缩聚都比较剧烈，最终收缩量很大，所以生成焦炭的裂纹较多，又深又宽，且多以横裂纹出现，故易碎成小块。肥煤单独炼焦时，由于胶质体数量多，又有一定的黏性，膨胀性较大，导致推焦困难。在配煤中，加入肥煤后，可起到

5、提高黏结性的作用，所以肥煤是炼焦配煤中的重要组分，并为多配入黏结性差的煤创造了条件。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （5）焦煤 焦煤的变质程度比肥煤稍高，挥发分比肥煤低，分子结构中大分子侧链比肥煤少，含氧量较低。热分解时生成的液态产物比肥煤少，但热稳定性更高，胶质体数量多，黏性大，固化温度较高，半焦收缩量和收缩速度均较小，所以焦煤炼出的焦炭不仅耐磨强度高、焦块大、裂纹少，而且抗碎强度也好。就结焦性而言，焦煤是最好的能炼制出高质量焦炭的煤。配煤时，焦煤的配入量可在较宽范围内波动，且能获得强度较高的焦炭。所以配入焦煤的目的是增加焦炭的强度。由于我国焦煤贮量有限，在配煤时，应尽量减少焦煤的

6、用量，以节约焦煤。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （6）瘦煤 瘦煤的煤化程度较高，是低挥发分的中等变质程度的黏结性煤，加热时生成的胶质体少，黏度大。单独炼焦时，能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，但焦炭的熔融性很差，焦炭耐磨性能也差。在配煤时配入瘦煤可以提高焦炭的块度，作为炼焦配煤效果较好。（7）贫煤 贫煤是煤化程度最高的烟煤，属于高变质程度的煤。贫煤没有黏结性，在炼焦炉中不结焦，故不能单独炼焦。在配煤中加入少量贫煤可起瘦化剂的作用。因其硬度大，配入贫煤时最好将其单独粉碎以增加焦块的均匀性。（8）无烟煤 无烟煤是煤化程度最高的煤。挥发分低，固定碳含量高，密度大，燃烧时不冒烟，加热

7、时不产生胶质体，没有黏结性和结焦性。在没有瘦煤的地区可配入无烟煤。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 二、配煤的意义和原则二、配煤的意义和原则 早期炼焦只用单种煤，随着炼焦工业的发展，炼焦煤贮量明显不足。随着高炉的大型化，对冶金焦质量提出了更高的要求，单种煤炼焦的矛盾也日益突出，如膨胀压力大，焦饼收缩量小，容易损坏炉墙，并造成推焦困难等。针对此种现象，结合我国煤源丰富，煤种齐全，但炼焦煤贮量较少的现状，走配煤之路势在必行。所以单种煤炼焦已不可能，必须采用多种煤配合炼焦。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 配煤炼焦就是将两种或两种以上的单种煤，均匀地按适当的比例配合，使各种煤之间取长

8、补短，生产出优质焦炭，并能合理利用煤炭资源，增加炼焦化学产品。不同的煤种其黏结性不同，从结焦性来说主焦煤最好，但我国焦煤贮量少，不能满足焦化工业的需要，同时贮量丰富的其它煤种又不能得到充分利用。因此我国从50年代就开始了炼焦配煤的研究和生产实践，建立了以气、肥煤为基础煤种，适当的配入焦煤，使黏结成分、瘦化成分比例适当，并尽量多配高挥发分弱黏结煤的配煤原则。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 为了保证焦炭质量，又利于生产操作，配煤应遵循以下原则：（1）保证焦炭质量符合要求；（2）焦炉生产中，注意不要产生过大的膨胀压力，在结焦末期要有足够的收缩度，避免推焦困难和损坏炉体；（3）充分利用本地区

9、的煤炭资源，做到运输合理，尽量缩短煤源平均距离，降低生产成本；（4）在尽可能的情况下，适当多配一些高挥发分的煤，以增加化学产品的产率；（5）在保证焦炭质量的前提下，应多配气煤等弱黏结性煤，尽量少用优质焦煤，努力做到合理利用我国的煤炭资源。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 我国大多数地区煤炭有以下几个特点：（1）肥煤、肥气煤黏结性好，有一定的贮量，但灰分和硫分较高，大部分煤不易洗选；（2）焦煤黏结性好，在配煤中可以提高焦炭强度，但贮量不多，且大部分焦煤灰分高、难洗选；（3）弱黏结性煤贮量较多，灰分、硫分较低，且易洗选。因此在确定配煤比时，应以肥煤和肥气煤为主，适当配入焦煤，尽量多利用弱黏

10、结性煤。按此原则确定的配煤方案，结合我国煤炭资源的实际，打破了过去沿袭前苏联以焦、肥煤为主，少量配入气、瘦煤的配煤传统，为合理利用资源和不断扩大炼焦煤源开辟了新的途径。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 各焦化厂在确定配煤比时，应以配煤原则为依据，结合本地区的实际情况，尽量做到就近取煤，防止南煤北运及对流，避免重复运输，尽可能缩短运输距离，降低炼焦成本。此外应考虑焦炉炉体的具体情况，回收车间的生产能力，备煤车间的设备情况等，如炉体损坏严重时，配煤的膨胀压力应小些，回收车间生产能力大时，可多配入高挥发分的煤。总之，制定配煤比应遵循上述原则，因地制宜，根据单种煤的特性，通过配煤试验，拟定初步

11、配煤方案，然后进行试生产。若更换煤种，更改配煤比或遇炉体严重损坏时，都可通过配煤试验进行调整，以其试验结果指导生产，炼出符合质量要求的焦炭。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 三、配煤理论与焦炭质量预测三、配煤理论与焦炭质量预测 由于煤的多样性和结构的复杂性，要提出一个普遍适用的配煤理论和焦炭质量预测的方法比较困难。又由于各种配煤理论都有一定的局限性，都是在一定区域内或煤源条件下得到采用，所以确定的配煤方案，也需经过配煤试验来验证其合理性。目前常用的配煤理论及焦炭质量预测方法有以下几种：1 1黏结组分和纤维质组分的配煤概念黏结组分和纤维质组分的配煤概念 这一配煤概念的出发点是根据煤岩学理

12、论，将煤分为黏结组分（活性组分）和纤维质组分（惰性组分）两大类。评价炼焦配煤的指标，一是用黏结组分的数量表示黏结能力的大小；二是用纤维质组分的强度决定焦炭的强度。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 具体方法是：将煤用吡啶抽提，提出物为黏结组分，残留物为纤维质组分，将纤维质组分与一定量的沥青混合成型后干馏，用干馏后所得固块的最高耐压强度表示纤维质组分的强度。当配合煤达不到相应要求时，可添加黏结剂或瘦化剂进行调整。它们的关系由图3-1表示。图3-1 黏结组分与纤维质组分的配合关系示意图 强黏结煤；黏结组分多的弱黏结煤；弱黏结煤；非黏结煤；无烟煤炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （1）

13、强黏结性煤 由于该煤种黏结性组分适量，纤维质组分的强度高，所以可制得高强度的焦炭。（2）黏结组分多的高挥发分弱黏结煤 由于该煤种纤维组分强度低，所以需要配入瘦化组分或焦粉之类的补强剂。（3）一般的弱黏结煤 该种煤不仅黏结组分少，而且纤维质组分强度低，在配用时既要加入黏结剂（沥青）以增加黏结组分，还要加入补强材料（加入瘦化剂或焦粉）来提高纤维质组分强度，并加压成型，以改善纤维质组分的接触和黏结剂的填充，才能得到强度好的焦炭。（4）非黏结煤 由于黏结组分更少，纤维质组分强度也更低，需要与一般弱黏结煤相同的处理措施才能改善焦炭的强度。（5）无烟煤 只有强度较高的纤维质组分，需要添加黏结剂，才能得到足

14、够强度的焦炭。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 2 2挥发分、流动度配煤概念及焦炭质量的预测方法挥发分、流动度配煤概念及焦炭质量的预测方法 （1）基本概念 煤料的特性通常可用煤化度指标和黏结性指标来反映。挥发分、流动度配煤概念是以煤化度及黏结性作配煤依据的一种方案。除了灰分、硫分等化学组成以外，用煤化程度指标（挥发分）和黏结性指标（最大流动度）相结合可以反映煤的结焦性，而且这两个指标并非孤立，有着相互关系。因此不但应该分别考虑各自的适宜值，而且应该考虑两者共同构成的适宜范围。由此出发，在Vdaf-MF配煤图中将烟煤分成九类，并提出配合煤的适宜范围，如图3-2。炼焦用煤的预处理技术炼焦用

15、煤的预处理技术 一般，位于对角线两侧区域内的煤相互配合后，若两个指标落入适宜范围则可炼出合格的焦炭。图3-2 挥发分-最大流动度配煤图炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （2）预测焦炭质量的方法 根据上述基本概念，曾对多种煤样进行了试验，得出了焦炭强度DI 与煤样挥发分Vdaf和流动度（对数值）的关系图（如图3-3）。图3-3 焦炭强度与煤挥发分、流动度关系的一例炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 由图可见，当流动度的对数值GP4.0时，则主要取决于挥发分。但是，这一预测方法是在一定条件下的统计规律，使用时应注意其局限性。这是由于焦炭质量还与煤料水分、堆密度等配煤条件参数以及火道温

16、度、焖炉时间等炼焦条件参数有关，因此尚有多种关系应予以考虑。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 3 3煤岩配煤理论及焦炭质量预测方法煤岩配煤理论及焦炭质量预测方法 （1）煤岩配煤的基本理论 煤岩学理论及其在配煤方面应用技术的内容相当丰富，就其实质而言，煤岩配煤的基本原理归纳为如下几点：同一组型的煤性质相同，按煤岩学原理，各种煤之所以有种种不同，在于煤岩组成和煤化程度不同，因此同一组型的煤由于煤岩实体相同，反射率相同，其性质（包括应用性质）必然相同。这样在多种多样的煤中找到了“细胞”组型，若事先进行大量基础研究，测定各种组型的性质，那么通过测定所研究煤中的各组型含量，不仅可以预测单种煤的性

17、质，而且可预测配合煤的性质。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 惰性物质为配煤所不可缺少，煤岩学将惰性物质看作结焦中的“沙石”。因此除了矿物质应尽可能少外，对于惰性物质应比例适宜。据此煤岩配煤指出了“组分平衡指数”这一指标。结焦时各组分间发生界面作用，按煤岩理论，结焦过程中并非煤粒互熔成均一焦块，而是活性物质和惰性物质之间的界面作用和界面反应。因此焦炭强度既决定于活性物质的组型和各种组型的含量，又决定于惰性物的相对含量。煤岩配煤的另一指标强度指数，其意义即在于此。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （2）组分平均指数和强度指数 由于大多数煤中活性物主要是镜煤组分，再加上用反射率来区

18、分活性物和惰性物，因此常以镜煤组型为代表。由于不同的镜煤组型的黏结性不同，所以在结焦过程中每个镜煤组型与惰性物相结合时，都有一个活性物含量与惰性物含量的最佳比，此时得到的焦炭强度最优。从 V3V21的活性物含量与惰性物含量的最优比R佳（从V3到V21 为煤岩实体分类中煤型的代号，见表3-1），据夏皮洛等人的大量实验数据统计得到图3-4。图3-4 各种可熔融镜煤组型的最优比 炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 由图3-4可看出，当反射率为1.2%的可熔融镜煤组型V12，其R佳=4，即需要4份V12与一份惰性物相结合，也就是活性物V12含量为80%，而惰性物含量为20%。若已知煤料各活性镜煤

19、组型的含量，即可由图3-4查出各自的R佳值，而后按下式求出此煤的最佳惰性物含量。式中 该煤料的最佳惰性物含量，%；各活性镜煤组型的最优比；Vi该煤料中实测的各活性镜煤组型的含量（由图3-4查得），%。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 组分平衡指数（CBI）就是煤料中实际惰性物含量（）与该煤料中最佳惰性物含量的比值，即：组分平衡指数表示出了煤料按其各个镜煤组型为达到焦炭最高强度所需要的最佳惰性物含量，但没有表明焦炭强度值。由于各种镜煤组型与最佳惰性物含量结合所生成焦炭强度不同，同一镜煤组型与不同惰性物含量所生成的焦炭强度也不同，故焦炭强度指数（SI

20、）与镜煤组型及惰性物含量两个因素有关，如图3-5。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 图3-5 各镜煤组型在不同惰性物含量时的强度指数 某一煤料（包括配合煤）的强度指数可按下式计算：式中 Vi 该煤料中实测的各镜煤组型含量，%；ki 各镜煤组型的强度指数，即图3-5中的(SI)值。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 例3-1某煤料的实测含量 V0=11.4%，V4=45.4%，V11=17%，V12=0.7%，V13=0.5%，惰性物含量为25%，由图3-4查得 R佳 值分别为 2.3、2.8、3.2、4.0和5.0，求此煤料的最佳惰性物含量、组分平衡指数以及煤料的强度指数。解：该

21、煤料为制得最优强度的焦炭所需的最佳惰性物含量为：煤料的组分平衡指数为：CBI=0.93查图3-5得：V9V13的K9K13分别为3.6、3.7、4.2、4.7、5.1。则：=11.43.6+45.53.7+174.2+0.74.7+0.55.1=290.8 炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 =11.4+45.5+17+0.7+0.5=75故 （3）制作等强度曲线预测图及焦炭质量预测方法 上面叙述的组分平衡指数、强度指数与镜煤组型、惰性物的关系及有关计算公式，都是煤岩学所研究的共性。要根据炼焦煤的CBI值和SI值来预测焦炭强度，还要通过实验绘制出等强度曲线。其方法是用多种煤样分别炼焦，炼

22、焦前分别测定各煤样的镜煤组型的含量，并算出CBI和SI值，同时分别测定各种煤样的焦炭强度，用所得的大量数据，以SI为纵坐标，CBI为横坐标，绘出等强度曲线，如图3-6、3-7、3-8。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 由于焦炭质量不仅与煤料性质有关，而且还与备煤、炼焦条件等因素有关，因此焦炭强度不同，绘出的等强度曲线也不同。各厂在采用煤岩配煤预测焦炭质量时，必须经过试验绘制本厂的等强度曲线，或以某一等强度曲线为工具自制换算曲线，绝不能任意套用。图3-6 焦炭的稳定性指标T25与煤料CBI及SI的关系图例 图3-7 焦炭DI 与煤料CBI和SI关系图例图3-8 焦炭DI 与煤料CBI和S

23、I关系图例炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （4）自动快速煤岩分析用于配煤 利用组分平衡指数和强度指数的配煤概念可以实现自动化配煤操作，即实现快速科学配煤，预测焦炭质量，控制来煤质量。其优点是煤样少，操作快，准确度较高。煤岩分析的快速自动化装置是显微镜电子计算机，其流程如图3-9。图3-9 煤岩分析自动测定装置方框图炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 自动化快速煤岩分析测定可分为以下几个步骤:测定活性镜煤组型及惰性物含量 将所测的具有代表性的煤样碾细粉碎后制成光片，置于自动反射率测定装置的载物盘上，随着光片在显微镜下的匀速、等距离移动，连续记录下各活性组型出现的次数并分别累计，将

24、各组分的累计值与总测点数的比值，即为该组型的含量，100%减去各活性组型含量之和，即为惰性组分含量。将上述获得的数据（各组型含量和惰性组分含量）通过计算机处理。首先求出各活性组型的 ，然后为 ，再求出CBI值、ki值及SI值，最后求出焦炭强度值。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 该法是北京煤化研究所在进行中国烟煤分类方案的基础上提出的，用黏结指数G作为黏结性指标，得出了Vdaf-G配煤图（图3-10），图中标出了最佳配煤区的Vdaf=2832，G=5872。以Vdaf-G预测焦炭强度（M40和M10）的等强度曲线如图3-11，由图表明，当Vdaf30时，M40随G值增高而增大，当G40

25、mm的焦炭增加了10.8%。捣固炼焦也有一定的缺点，主要是捣固机比较庞大，操作复杂，投资高，由于煤饼尺寸小于炭化室，因此炭化室的有效率低。此外，由于煤饼与炭化室墙面间有空隙，影响传热，使结焦时间延长。捣固炼焦技术具有区域性，这种工艺主要适应在高挥发分煤和弱黏结煤贮量多的地区。总之，捣固炼焦是利用高挥发分弱黏结煤的有效措施之一。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 2 2捣固炼焦的要求及影响因素捣固炼焦的要求及影响因素 (1)水分控制 捣固炼焦的煤料水分控制在9%11%较为合理，水分少煤饼不易捣实，装炉时易造成损坏。但水分过高会使煤饼强度明显降低，对捣固、炭化均不利，而且会延长结焦时间。据资

26、料介绍有的地区在雨季，水分问题较突出，煤饼倒塌率达10%。(2)细度要求 细度小于3mm的煤应控制在90%左右，若细度低，需消耗较高的捣固功才能使煤饼达到一定的稳定性；若装炉煤细度过高，会使堆密度和抗压强度均降低，但会使抗剪强度提高。由于煤饼的稳定性主要取决于抗剪强度，所以捣固煤料应有较高的细度。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 (3)增加瘦化组分 配煤中，为提高捣固炼焦的M40，需加入一定数量和品种的瘦化组分，因瘦化组分可减少焦炭的裂纹形成。在相同条件下，往往用焦粉作瘦化剂优于瘦煤，但焦粉作瘦化剂时，须控制焦粉的配入比和粒度并混合均匀，否则容易导致焦炭热性能变坏，并产生裂纹。如表3-

27、6为瘦化组分对捣固焦质量的影响。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 3 3我国捣固炼焦技术的发展现状我国捣固炼焦技术的发展现状 近年来，随着优质炼焦煤的紧缺，我国的捣固炼焦技术发展很快。1997年投产的青岛煤气公司的捣固焦炉，炭化室为242孔，高3.8m，捣固机是由德国引进的20锤固定连续捣固机。2000年初投产的山西清徐东盛焦化有限公司的捣固焦炉，炭化室高仅3.2m，但在国内首次将炉孔数扩大为250孔，捣固机为国产的23锤弹性夹板锤捣鼓机，采用了先进的捣固机械，扩大了单座焦炉的炉孔数，提高了捣固机械的作业率，打破了我国捣固炼焦技术几十年停滞不前的局面。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处

28、理技术 二、配入添加物炼焦二、配入添加物炼焦 1 1添加改制黏结剂炼焦添加改制黏结剂炼焦 由于优质炼焦煤短缺，造成炼焦煤料中黏结组分的比例下降，惰性组分相应增加，必然导致焦炭质量下降。若添加适当的黏结剂或人造煤来补充低流动度配合煤的黏结性，就可以提高焦炭的质量。（1）黏结剂的种类 配入的黏结剂主要属于沥青类，按使用原料的不同可分为石油系、煤系、煤石油混合系。如日本等国家使用的黏结剂类型和性质如表3-7，3-8所示。以上各种改质黏结剂作为强黏结煤的代用品，在配煤炼焦时，都可得到一定的效果。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （2）黏结剂的要求 沥青类

29、黏结剂和煤共炭化研究结果表明：要想对煤有较好的改质性能，对改质黏结剂的性质须达到如下要求：黏结剂须有一定的黏结机能。沥青类黏结剂应有足够的芳香度、适宜的分子量才能产生大量的液相，才能具有良好的流动性能，也才能达到改善中间相的生成的目的。如图3-16所示，黏结剂的苯溶物（BS）的含量是衡量黏结剂性能的一个重要指标。BS含量增加，配合煤流动度增加，焦炭的 也逐渐提高，当BS含量达到某一数据，超过流动度支配范围时，由于轻质BS含量增加，黏结剂在炭化过程中的残留率（炭化率或残炭率）减少，使 逐渐降低。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 黏结剂须有溶剂效能，即黏结剂对煤应有溶剂化作用，这样可以促进

30、可溶物的生成，提高煤的流动度，从而有利于分子重排，使中间相得到改善。溶剂效能与黏结剂的分子结构有关，具有足够芳香度的黏结剂，可以提高溶剂效能。黏结剂须有适宜的供氢性能，因为具有一定的供氢能力的黏结剂可以去掉煤热解过程中的含氧官能团，使热解产生的游离基被氢饱和，防止炭网间发生交联，降低系统的流动性。如图3-17所示，C/H比要有一定的适度，C/H增加，罗加指数增加，但超过一定的C/H原子比，黏结性不再增加。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术图3-16 BS含量对黏结性的影响 图3-17 黏结剂的罗加指数与C/H原子比关系 炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （3）配入黏结剂的效果 改

31、善了焦炭质量，日本住友公司以挥发分29.1%、基氏流动度0.36、惰性组分含量60.7%及镜煤平均反射率0.79的劣质材料添加了KRP(石油系：用尤里卡-住金法将石油油渣分馏、蒸汽减压热裂解所得)、ASP（同KRP）、CT（煤系：用大阪煤气公司Cherry-T法将焦油沥青热处理所得）、PDA（用丙烷脱沥青法将石油油渣丙烷萃取所得）等黏结剂后，焦炭强度和反应性都得到了改善，如图3-18和图3-19所示。图3-18 几种黏结剂添加量与DI 的关系 图3-19 几种黏结剂添加量与反应性的关系炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 由图可看出，以KSP和ASP为最好。当ASP添加量为20%时，焦炭强

32、度DI 达到最高值，但超过20%，焦炭的强度开始降低。研究表明：这是由于流动度过大，挥发分过剩，超出了最佳的活性与非活性配比范围。另外，添加黏结剂对于流动性大的煤料，焦炭强度无明显改善，但反应性降低。可代替强黏结煤或增加非黏结煤的用量。日本钢管厂曾用反射率1.28、C/H为1.36的SRC代替生产中的强黏结煤，得到如图3-20的结果。由图看出，SRC优质剂可替代强黏结煤，且焦炭强度还有所改善。国内不少焦化厂曾进行配尤里卡沥青的炼焦试验，试验表明尤里卡沥青可替代强黏结剂。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 增加非黏结煤的用量，对焦炭的强度的影响，如图3-21所示。此图为日本住友公司用ASP

33、改善非黏结煤的配合煤炼焦所作图，它表明当煤ASP为2时，配合煤中煤+ASP的代替率可达1015%，仍能维持在基本配煤的焦炭强度值上。图3-20 SRC替代强黏结煤的效果 SRC；SRC+残渣；强黏结煤 图3-21 ASP对使用非黏结煤对配煤的影响炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 3 3添加瘦化剂炼焦添加瘦化剂炼焦 高挥发分、高流动度的煤料配入瘦化剂，如配入无烟煤粉、半焦粉或焦粉等含碳的惰性物质炼焦时，由于瘦化剂可以吸附一定数量的煤热解生成的液相物质，使流动度和膨胀度降低，气体产物易于析出，黏结度提高，气孔壁增厚。同时减慢了结焦过程的收缩速度，减少了焦炭的裂纹（故也称为抗裂剂），因可提高

34、焦炭的强度和块度。但胶质体的流动度和膨胀度只能降低到一定限度。否则使黏结性降低，焦炭的耐磨性降低。配瘦化剂改变焦炭质量的实例见表3-9。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 配入瘦化剂时，对瘦化剂的选用：(1)当配煤中挥发分和流动度均很高，加入瘦化剂以降低配煤的挥发分，减弱气体析出量，增大块度和抗碎强度，一般用焦粉比用瘦煤好。(2)当配煤中挥发分和流动度中等，并且希望耐磨性好，可选用无烟煤粉或挥发分约15%的半焦粉。(3)若要求降低焦炭气孔率，提高块度和抗碎强度，还希望降低焦炭的灰分、反应性，可选用延迟焦粉。选择瘦化剂还要根据资源、经济等条件综合考虑，瘦化剂也可混合使用，也可配适量的黏结剂

35、调整装炉煤的黏结性。注意瘦化剂均应单独细粉碎，以防混合过程形成焦炭的裂纹中心。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 三、干煤炼焦三、干煤炼焦 干煤炼焦是是将装炉煤预先干燥，使其水分降到6%以下，然后再装炉炼焦。1 1干煤炼焦的效果干煤炼焦的效果 干煤炼焦可以增加产量，改善焦炭质量和多配入高挥发分弱黏结煤，且具有稳定焦炉操作、提高焦炭强度、降低炼焦耗热量等功效。（1）改善焦炭质量或增加高挥发分弱黏结性煤的配用量 干燥后的煤流动性提高，使装炉煤的堆密度增大，有利于黏结。装炉煤水分与堆密度的关系见图3-12。由图可知，选择合适的水分，可增加入炉煤的堆密度。水分降低，还使炭化室内各部位的堆密度均匀

36、化，有利于提高焦炭的机械强度。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （2）提高炼焦炉的生产能力 入炉煤水分降低，堆密度提高，可以提高炼焦速度，缩短结焦时间，如图3-22。水分越低停留在低温区的时间越短，生产周期就越短，从而生产能力得到提高。图3-22 结焦时间与入炉煤水分的关系 1水分为1%；2水分为5%；3水分为12%炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （3）降低炼焦耗热量 一般情况下，装炉煤水分降低1%（绝对值），炼焦耗热量减少60100kJ/kg。此外，装炉煤干燥后，可稳定煤料水分，便于炉温管理，使焦炉各项操作指标稳定。同时减轻炉墙温度波动，有利于保护炉体，减少了回收时的冷凝水

37、量，故有利于污水处理。我国首钢曾进行干燥煤炼焦实践，当配合煤水分降至3%时，保持焦炭强度不变，可多配5%的大同弱黏煤；若多配了515%的弱黏煤，采用干燥煤炼焦，焦炭强度还有所提高。如表3-10所示。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 2 2工艺过程工艺过程 煤干燥工艺是炼焦煤准备工艺的一个组成部分，所用设备主要包括：煤干燥器、除尘装置和输送装置。此干燥工序一种是可设在炼焦配合煤粉碎之后，即对配合煤进行干燥处理；另一种是对单种煤进行干燥处理。由于对单种煤进行干燥后再配合、粉碎易有大量粉尘逸出，所以一般不采用单种煤进行干燥处理的工艺。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 常用的煤干燥器有

38、转筒干燥器、直立管气流式干燥器和流化床干燥器。转筒干燥器如图3-23所示。是一个倾斜安装的水平长圆筒，靠传动机构的齿轮啮合固定在筒上的齿圈低速旋转，整个圆筒箍有两个滚圈，并支承在辊托上转动。旋转筒内设置的扬料板把送入转筒内的物料不断扬起而散落，被并流或逆流的热废气加热并蒸出水分，干燥后的煤料从转筒的低端卸出。图3-23 转筒干燥器炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 直立管气流式干燥器如图3-24所示，此干燥器属于流态化设备。在直立管中，热气流速度大于煤颗粒的扬出速度，热气流夹带湿煤粒上升的同时将湿煤迅速干燥，干燥后煤粒随气流一起离开直立管，经旋风分离器分出。图3-24 直立管气流式干燥器

39、炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 流化床干燥器如图3-25。流化床内，热气流经分布板上升，湿煤粒在分布板上呈沸腾状态而被热气流不断蒸出水分，大部分干燥煤在沸腾层表面出口溢出，少部分细颗粒被热气流带出流化床经旋风分离器分出。直立管气流式干燥器和流化床干燥器相比较而言，直立管式气流速度大，设备尺寸小，器壁磨损较严重；流化床干燥器设备尺寸大，结构复杂，操作时较容易，干燥的生产能力大，效率高。图3-25 流化床干燥器炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 四、预热煤炼焦四、预热煤炼焦 装炉煤在装炉前用气体载热体或固体载热体将煤预先加热到150250后，再装入炼焦炉中炼焦，称为预热煤炼焦。预热

40、煤炼焦，可以扩大炼焦煤源，增加气煤用量，改善焦炭质量，提高焦炉的生产能力，减轻环境污染。1 1预热煤炼焦的效果预热煤炼焦的效果 (1)增加气煤用量、改善焦炭质量 预热煤炼焦所得焦炭与同一煤料的湿煤炼焦相比，预热煤装炉后，炭化室内煤料的堆密度比装湿煤时的堆密度提高1013%，而且沿炭化室高度方向煤料的堆密度变化不大(预热煤为2%左右，而湿煤则达20%)，这就使沿焦饼高度方向的焦炭的物理机械性能如气孔率、强度、块度等得到了显著改善，如表3-11。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 另外，在200550左右的温度范围内，预热煤的加热速度比装湿煤时快，这样可显著改善黏结性，炼出高质量的焦炭。预热

41、时，煤中部分不稳定的有机硫发生分解，使焦炭含硫量降低。而且当装炉煤中结焦性较差的高挥发分煤的配比高时，改善的幅度更大，如表3-12。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 (2)增大焦炉的生产能力 由于预热煤炼焦的周期缩短，装入炭化室内的煤量增多，所以焦炉的生产能力显著提高，一般能提高2025%。如图3-26所示，在相同燃烧室温度下，湿煤炼焦的结焦时间为18.5h，预热到250的煤结焦时间可缩至12.5h，预热到200可缩至15h，即焦炉生产能力可提高2030%，如预热煤装炉使堆密度提高1012%，则焦炉生产能力一般可提高3040%。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 (3)不降低焦炭

42、质量的情况下，可多配用弱黏结性煤 表3-13为鞍钢在200kg焦炉上用预热煤炼焦（预热温度180）的试验结果。由表分析：方案4与方案1相比，气煤增加10%，G值降低了8%，但M10却改善了1.9%，DI增加了3.1%，M40则略有减少。进一步增加气煤用量至65%（方案5和6）湿煤炼焦的焦炭质量很差，但预热煤炼焦时M10和DI仍优于方案1。所以得出结论，预热煤炼焦所得焦炭的反应性变化不大，但反应后强度明显提高。配合煤质量愈差，预热煤炼焦对提高焦炭质量的效果愈明显。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （4）减少炼焦耗热量 由于干燥和预热设备大多数采用了效率较高的热交换设备，如沸腾炉等流态化设

43、备，使预热煤炼焦比传统的湿煤炼焦耗热量低约4%左右。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （5）其它 使用了密闭的装炉系统，取消了平煤操作，消除了平煤时带出的烟尘，减少了空气污染。另外，预热煤炼焦时炉墙温度变化大为减小，所以延长了硅砖炉墙的使用寿命。预热煤炼焦有如此多的优点，尤其是在炼焦煤日益短缺的情况下，更显得这些优点的突出。因此，此炼焦工艺越来越受到国内外的重视。但就目前的技术水平来看，在预热煤运输和装炉等方面存在一些问题。如：运输必须密封和充填惰性气体以防煤粒氧化以至引起爆炸；装炉时烟尘增大，夹带进入集气管的烟尘量增加，给集气管系统和煤气净化、冷凝系统的操作带来困难等。炼焦用煤的预处

44、理技术炼焦用煤的预处理技术 2 2工艺过程工艺过程 预热煤炼焦比较成功的工艺有三种。一种是德国的普列卡邦法，一种是英国西姆卡夫法，另一种是美国的考泰克法。（1）普列卡邦工艺 此种工艺流程如图3-27，湿煤由料斗下部的转盘给料器定量排出，然后由旋转布料器把湿煤送入干燥器下部，被来自预热器的约300热废气加热干燥后，水分降到2%，干燥后的煤从旋风分离器内排出，经星形给料器和下降管送到预热管下部。在此被从燃烧炉来的约600的热气体流化，加热到200后，输送到旋风分离器，在此将预热煤和热气流分离。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 分离后的预热煤由链板运输机运送到热煤仓。被分离的约300左右的载

45、热气体进入干燥管下部，用来干燥湿煤。从干燥管出来的废气中的煤尘，经分离器分离后，由埋刮板运输机送到热煤仓，与已预热的煤混合。而废气再经过湿式除尘器进一步除尘，然后往大气放散。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 装炉时，热煤仓中的煤需通过预热煤输送与装煤系统（由计量槽、埋刮板、输送机和分叉装煤小车等组成。）进入焦炉。具体来说，热煤仓下面是一个计量槽，计量槽的煤量和装煤炉所需煤量一样，然后通过50m的埋刮板运输机送往焦炉。炉顶上的埋刮板运输机和分叉小车进行无烟装煤。如果预热煤系统出了故障，湿煤可从湿煤仓经埋刮板运输机装入炭化室内炼焦。该法装炉的优点为：工艺简单，炉顶上可无人操作；重力装煤，堆

46、密度大，使焦炭质量得到改善；用二段式预热，热效率高；可装热煤，也可装湿煤，操作灵活；在已有的焦炉上增设煤预热装置较容易。其缺点为：要求设备严格密封，以免漏入空气，引起预热煤氧化或热煤粉爆炸。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （2）西姆卡工艺 煤的预热系统与普列卡邦工艺相同，如图3-28。西姆卡的装煤方式由装煤车来完成。装煤车包括密封连接、强制给料、抽尘系统、自动称量和取盖等装置。预热煤进入热煤仓后，经过计量槽，再经密封接口放到装煤车煤斗中，从煤斗挤出的气体，除尘后排放。装炉时，煤斗的放煤套管与装煤孔密封连接，并保证煤斗和装煤孔间的严密。装煤车是一次对位式的，有电磁起、闭炉盖装置，装煤时

47、，不会产生余煤，当装到预定的煤料量时，闸门自动关闭。装炉烟气靠抽尘洗涤系统抽出并点燃后排入大气。这种装煤车可装预热煤也可装湿煤。利用装煤车装煤的优点和普列卡工艺基本相同。缺点为：装煤车复杂，体积大，炉顶操作环境较差。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术图3-28 西姆卡预热煤炼焦工艺 1湿煤斗槽；2干燥管；3初次分离器；4二次分离器；5预热管；6旋分器；7喷洒室；8燃烧炉；9预热煤斗槽；10计量槽；11装煤车；12焦炉；13循环风机；14气体洗涤器炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 （3）考泰克工艺 如图3-29，煤的预热采用一段气流粉碎式预热器，它由自下而上的气流式干燥段、粉碎机和

48、流化床预热段三部分组成。图3-29 考泰克预热煤炼焦工艺1湿煤斗槽；2粉碎筛分装置；3气流干燥段；4流化床预热段；5燃烧炉；6循环风机；7初分旋分器；8二次旋分器；9分配槽；10计量槽；11焦炉；12煤尘回收装置；13气体洗涤塔炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 湿煤由斗槽经筛分筛出大于20mm的煤粒后，由变速螺旋输送机送入预热器的干燥段，此煤料与来自燃烧炉的热气体接触，热气流温度为800左右，气速为30m/s。煤粒经流化、干燥，被带到上部流化床预热段，在此段煤粒继续与400左右的热气体接触。小于3mm的煤粒，被热气体带出预热器，大于3mm的在此处悬浮，由于在此段下部装有一锤式粉碎机，可

49、把没有被气流带走的煤粒粉碎至小于3mm。预热煤从预热器顶部经一次和二次旋风分离器与气体分离后，由螺旋运输机送到分配槽，然后由气力输送预热煤到管道内。管道内由于有一系列喷吹超音速蒸汽的喷吹，使煤粒推进，直到将煤送入炭化室为止。这个装炉过程又称作“管道装炉”，如图3-30。炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 管道装炉的优点包括：取消了装煤孔，简化了炉顶结构，无烟装煤，消除了污染；炉内堆密度增加不大，可使用因堆密度增大而产生危险膨胀压力的煤；预热煤不与空气接触，输送安全以及该系统易实现自动化等。其缺点为：由于一段预热，放入空气中的废气温度高，故热损失大，此法仅适用于装热煤。图3-30 考泰克气

50、流管道装炉系统1、3螺旋输送机；2热煤分配剂；4计量槽；5电子称元件；6阀门；7螺旋给料器；8加速器；9输煤管道；10换向阀；11弯管段；12装炉集气管；13装炉煤尘回收装置；14蒸汽管道；15直管段炼焦用煤的预处理技术炼焦用煤的预处理技术 五、配型煤炼焦五、配型煤炼焦 以弱黏结煤或不黏结煤为原料加入一定量的有机黏结剂混捏，成型后制成型煤，按一定的比例和粉煤混装炼焦叫配型煤炼焦。此法1960年首先由日本研制成功，是提高焦炭质量，扩大弱黏结煤或不黏结煤用量的有效途径之一。(1)配型煤炼焦的效果 根据日本某厂以同样的煤料在配型煤的焦炉和无型煤的焦炉上所得到的焦炭质量表明(图3-31)，在配型煤为1