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1、煤焦基础知识授课人：李授课人：李 婷婷前 言新疆的煤炭资源v新疆煤炭预测储量：2.19万亿吨，其中吐哈煤田7000亿吨，准东煤田7300亿吨，伊犁煤田6260亿吨，库拜煤田库拜煤田1370亿吨内蒙古煤炭预测储量：7016亿吨山西省煤炭预测储量：3000亿吨v准东盆地探明煤炭储量2136亿吨。v伊犁伊犁河谷探明煤炭储量煤炭储量为292亿吨 v库拜地区探明储量库拜地区探明储量超过亿吨，v吐哈地区吐哈地区探明煤炭储煤炭储量388.44亿吨，1.1煤的种类和特征 1.2 腐殖煤的主要特征1.3.1 煤炭成因类型 1.3.2 成煤的环境和条件 1.3.3 成煤作用过程 1.3.4 泥炭化作用 1.3.5
2、 煤化作用二、煤的分类 我国的煤分类与其它国家一样，也是以炼焦用煤为主的分类方法，分为十大类。其中“焦、肥、气、瘦”为炼焦用煤。v无烟煤类 别分 类 指 标Vdaf/%Hdaf/%无烟煤一号0 3.50 2.0无烟煤二号3.5 6.52.0 3.0无烟煤三号6.5 103.0中中国国煤煤炭炭分分类类简简表表当G85时，用Vdaf和 G来划分；当G85时，用Vdaf或y值、或b值来划分；当 Vdaf 28.0时，b暂定为150；当 Vdaf 28.0时，b暂定为220；当b值与y值相矛盾时，以y值为准。中国煤分类图三、各类煤的主要特征和用途v1.褐煤 褐煤与烟煤的本质区别是褐煤含有原生腐植酸（含
3、芳香结构和羧基的大分子物质），而烟煤不含或只含有少量的再生腐植酸。褐煤是煤化程度最低的煤。其特点是水分高（Mad=8-18%）、比重小、挥发分高（Vdaf=40-60%）、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，元素组分中碳含量低（C77%），氧含量高（O=15-30%），含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏低温干馏的原料。v2.长焰煤长焰煤 它的挥发分含量很高（Vdaf37%），没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长长焰煤焰煤。可作为气化和低温干馏低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。v3.不粘煤 不粘煤煤是一种比较特殊的煤种，
4、因为它的挥发分（Vdaf值20-37%）与肥煤（Vdaf 10-37%）、气煤（Vdaf 28-37%）相当，但几乎无粘性（粘结指数G5），C、H、N含量低，而O含量高，认为是在成煤初期受到了相当程度的氧化。不粘煤主要用作制造煤气和民用或动力燃料。v4.弱粘煤 弱粘煤是界于炼焦煤和非炼焦煤之间的煤种，在炼焦配煤时如有足够的强粘煤，就可掺入30-40%左右的弱粘煤，以降低硫分灰，提高化学产品产率，降低装炉煤成本。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。v5.1/2中粘煤 它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料，也可以作为气化用煤和动力燃料。v6.气煤 挥发分Vdaf30%，胶质层最大厚度
5、Y 5-25mm，炼焦时能产生大量煤气和较多的焦油。能单独结焦，但结焦过程中收缩大，炼出的焦炭细长易碎，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。在炼焦时多配入这种煤，可以降低焦炉的膨胀压力，增大焦饼的收缩，增加化工产品产率。采用捣固装煤，多用气煤也能炼出高强度的冶金焦。气煤除主要供炼焦外，一些高灰高硫或粘结性较差的气煤，也可用来作动力煤、气化煤。7.气肥煤 它的挥发分和粘结性都很高，结焦性介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气，更是配煤炼焦的好原料。8.肥煤 挥发分Vdaf20-40%，典型肥煤挥发分多为28-35%，胶质层最大厚度Y 25mm，具有很好的粘
6、结性，加热时能产生大量的胶质体，结焦性最强。用这种煤来炼焦，可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，气孔率较高，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小块，因此肥煤很少单独炼焦，多与粘结性较弱的瘦煤、弱粘煤配合炼焦。肥煤主要用于炼焦，除洗选后硫分很难降低的作为动力煤外，很少用于其它方面。9.1/3焦煤 它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有很强的粘结性和中高等挥发分，单独用来炼焦时，可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此，它是良好的配煤炼焦的基础煤。v10.焦煤 一般挥发分Vdaf18-30%，胶质层最大厚度Y 12-25mm，加热时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成结构
7、致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，而更重要的是这种煤储量少，故只宜在配煤中适当配入一部分使用。v11.瘦煤 具有较低挥发分和中等粘结性，挥发分Vdaf10-20%。单独炼焦时，能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好，但熔融性较差，有时在焦块中有颗粒物存在，因此耐磨性较差。用它加入配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。v12.贫瘦煤 挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料。v13.贫煤 具有一定的挥发分，加热时不产生胶质体，没有粘结性或只有微
8、弱的粘结性，燃烧火焰短，炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区，也可充当配煤炼焦的瘦化剂。v14.无烟煤 它是煤化程度最高的煤。挥发分低、比重大、反应性弱、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料，以及制造电石、电极和炭素材料等。四、配煤的意义 五、配煤的一般原则六、配合煤的质量指标及工业分析v（一）水分v（二）灰分v（三）硫分v（四）挥发分v（五）配合煤的黏结性指标v（六）煤料细度化学指标化学指标物理指物理指标标工艺指工艺指标标（1）水分：10%左右（2）灰分：越小越好（3）挥发分：20%28%，根据工艺条
9、件及需求控制（4）硫分：越低越好（1）细度：90%93%（2）粒度组成；主要控制粒度分布（1）G值：原则上要求G75（2）y值：一般要求y 15（3）配煤准确性：要求大于95%（一）水分煤中水份游离水Mt化合水以物理状态附着在煤颗粒表面的水分。很容易在常温下的干燥空气中蒸发，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了也叫结晶水，是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙（NaSO4.2H2O）和高龄土（AL2O3.2SiO2.2H2O)中的结晶水结晶水通常要在200以上才能分解析出外在水以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中的水分。需在105110的温度下经过12小时可蒸发掉v捣固
10、炼焦的煤料水分是煤粒之间的黏结剂，配合煤水分是否稳定，主要取决于单种煤的水分。水分过小，会恶化焦炉装煤操作环境，煤饼不易捣固结实，装炉时易造成塌煤；水分过大，会使煤饼强度明显降低，对捣固、炭化均不会。通常水分每增加1%，结焦时间约延长10-15分钟。另外，装炉煤水分对堆密度也有影响。但水分增高，水分汽化热大，煤料导热性差，会使结焦时间延长，炼焦耗热量增高。所以，装炉煤水分不宜过高，水分过高不仅影响焦炭产量，也影响炼焦速度，同时影响焦炉寿命。所以，要求使配煤的水分稳定，以利于焦炉加热制度的稳定。操作时，来煤水分过大时，应尽量避免直接进配煤罐，应在煤场堆放一定时期，以降低其水分，来稳定装炉水分。一
11、般情况下，配合煤水分稳定在10%左右较为合适。（二）灰分内在矿物质外在矿物质原生矿物质次生矿物质是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过12%；是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分，内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去是在采煤和运输过程中混入的顶、底板和夹石层的矸石。外在矿物质形成的灰分叫外在灰分，外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去煤中矿物质v成焦过程中，煤料中的灰分几乎全部转入焦炭中，因此要严格控制配煤灰分。一般配煤的成焦率为70%80%（冶金焦），气煤焦的成焦率为6
12、3%，焦炭的灰分即为配煤灰分的1.31.4倍。v灰分高则黏结性降低。灰分的颗粒较大，硬度比煤大，它与焦炭物质之间有明显的分界面，当半焦收缩时，灰分颗粒成为裂纹中心，灰分颗粒越大则裂纹越宽、越深、越长，所以配合煤的灰分高，则焦炭强度降低。v中国规定：一级冶金焦的灰分不大于12%，按成焦率75%计算，配合煤灰分应不大于12%75%=9%，若焦炭灰分小于13%，按成焦率78%计算，配合煤灰分应不大于13%78%=10.14%。v降低配合煤的灰分有利于降低焦炭的灰分，但是降低灰分会使洗精煤产率降低，提高洗煤成本。从中国的煤炭资源来看，多数的焦煤和肥煤含灰分高，属于难洗煤，而高发分弱黏结性气煤则储量较多
13、，且低灰、易洗，所以将灰分较高的焦煤、肥煤和灰分较低的气煤相配合。（三）硫分v硫在煤中是一种有害物质，在配煤炼焦中，可通过控制配煤比以调节配合煤的硫分含量。而且在确定配比时，必须同时兼顾对焦炭灰分、硫分、强度的要求。降低配合煤硫分的根本途径是降低洗精煤的硫分或配用低硫洗精煤。（四）挥发分v煤的挥发分，即煤在一定温度下隔绝空气加热，逸出物质（气体或液体）中减掉水分后的含量。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。v挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达70%，
14、褐煤一般为4060%，烟煤一般为1050%，高变质的无烟煤则小于10%。v世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类的最重要的指标。配煤的挥发分的高低，决定煤气和化学产品的产率，同时对焦炭强度也有影响。v在常规炼焦时，配合煤料适宜的Vdaf=26%28%，此时焦炭的气孔率和比表面积最小，焦炭的强度最好。若挥发分过高，焦炭的平均粒度小，抗碎强度低，而且焦炭的气孔率高，对焦炭质量不利。若挥发分过低，煤料的黏结性变差，熔融性变差，耐磨强度降低，可能导致推焦困难。v煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。元素分析 配合煤的煤化度指标（五）
15、配合煤的黏结性指标 （六）煤料的细度v煤料必须粉碎才能均匀混合。煤料细度是指粉碎后配合煤中的小于3mm的煤料量占全部煤料的质量分数。v顶装煤料的细度一般在80%左右，相邻班组细度波动不应大于1%，捣固炼焦细度一般90%93%。细度对生产的影响v细度过低，配合煤混合不均匀，焦炭内部结构不均一，强度降低。细度过高，不仅粉碎机动力消耗大，设备生产能力降低，而且装炉煤的堆密度下降，更主要的是过高，反而使焦炭质量受到影响。因为细度过高，煤料的表面积增大，生成胶质体时，由于固体颗粒对液相量的吸附作用增强，使胶质体的黏度增大而流动性变差，因为细度过高不利于黏结，装煤时易产生喷煤冒烟，过细的煤粉易被荒煤气带出
16、，容易造成上升管和集气管堵塞，并使焦油渣增加，影响回收操作。所以应尽量减少粒度小于0.5mm的细粉含量。v在具体的配煤操作中，从焦炭质量出发，不同的煤种应有不同的要求。煤料粉碎的过细，将使煤料的粘结性变差。焦煤、肥煤易粉碎，煤料过细使比表面积增加，胶质体被过度吸附而减薄，因而不利于粘结。v比如，对于弱黏结煤，细度过低所造成的损害是主要的，应细粉碎；而对强黏结煤，细度过高所造成的不利是主要的，应粗粉碎。肥煤、焦煤较脆易碎，而气煤硬度较大，难碎。所以肥煤、焦煤适宜粗粉碎，气煤应细粉碎。v一般小于3mm的煤应控制在90%93%，其中粒度小于0.5mm的细粉应在40%50%之间。细度较低，需消耗较高的
17、捣固功才能使煤饼达到一定的稳定性；若细度过高，会使堆密度和抗压强度均降低，但抗剪强度提高。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。v如果煤料细度低，则因存在有较大颗粒的弱粘煤和灰分而使焦炭均匀性变坏，并且裂纹增多。如果煤料粉碎粒度不均匀，则在运输和堆积过程中容易产生偏析现象，颗粒大和比重大的煤堆积在一起，而大颗粒的煤往往是硬度较大的煤，因而这种偏析现象将使不同的煤分开，使煤料均匀性变坏，降低焦炭质量。五、衡量配煤质量的标准v衡量配煤质量好坏的标准衡量配煤质量好坏的标准：v 在相同的煤源条件、相同的炼焦工艺条件下，通过优化配煤，使焦炭质量尽可能地提高。v主要从三方面考虑主
18、要从三方面考虑：v（1）配煤工艺必须先进。v（2）配煤方案必须科学经济。v（3）配煤必须准确。六、备煤v（一）来煤的接受、贮存v（二）提高配煤精确率的措施 1、来煤的接受 2、倒运v 卸至煤场的煤料为了堆放和取用作业，煤场有时会对某种煤料进行倒运操作。倒运机械分堆取料机类及汽车倒运等二种。3、贮煤各种来煤允许贮存时间提高配煤精确率的措施v （1）生产过程中必须将除铁器等相关设备去除煤料中的各种杂物，确保配煤生产的连续稳定。（2）减少煤料在煤罐中沉积的可能性；同时，合理计划配煤生产时间，协调设备检修时间，杜绝各类事故。（3）定期标定核子秤，保证其计量的准确性和稳定性；v（4）利用“跑盘”统一标定
19、1次圆盘设备的下料能力，在确保满足生产要求的同时，各圆盘之间的生产能力应具有较好的一致性。七、煤的热解和粘结成焦性质v煤的热解v概念煤在隔绝空气的条件下进行加热，发生一系列的物理变化和化学反应，生成气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半焦或焦炭)的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干馏或炭化(carbonization)。v热解分类 按热解终温v 低温干馏(500-600)以液体产物为目标 中温干馏(700-800)制取燃料煤气 高温干馏(950-1050)炼焦粘结性烟煤的热解过程粘结性烟煤的热解过程v（1）第一阶段阶段（室温350-400）v从室温到活泼热分解温度（Td，除无烟煤外一般
20、为350400)称为干燥脱气阶段。褐煤在200以上发生脱羧基反应，约300开始热解反应。烟煤和无烟煤的原始分子结构仅发生有限的热作用（主要是缩合作用）。120前主要脱水，约200完成脱气(CH4、C02和N2)。粘结性烟煤的热解过程v（2）第二阶段（Td550 ）v这一阶段的特征是活泼分解，以解聚和分解反应为主。生成和排出大量挥发物（煤气和焦油），约450排出的焦油量最大，在450550气体析出量最多。烟煤约350开始软化，随后是熔融、黏结，到550时结成半焦。v烟煤（尤其是中等变质程度烟煤）在这一阶段经历了软化、熔融、流动和膨胀直到再固化，出现一系列特殊现象，并形成气、液、固三相共存的胶质体
21、。液相中有液晶（中间相）存在。胶质体的数量和质量决定了煤的黏结性和结焦性。粘结性烟煤的热解过程v（3）第三阶段(5501000)。v又称二次脱气阶段。在这一阶段，半焦变成焦炭，以缩聚反应为主。析出的焦油量极少，挥发分主要是煤气。煤气成分主要是H2，少量CH4和C的氧化物。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，另一方面焦炭本身的密度增加，体积收缩，导致生成许多裂纹，形成碎块。焦炭的块度和强度与收缩情况有直接关系。v煤的热解和热加工一般包括以上三个阶段。如果最终温度提高到1500以上则为石墨化阶段，用于生产石墨炭素制品。煤的粘结性和结焦性概念v煤的粘结性煤的粘结性是煤在加热（隔绝空气）过程中显示出的一
22、种性质。所谓粘结性是指煤在加热过程中自身粘结或粘结其他外加惰性物的能力。v不同种类的煤其粘结性亦不同。有些煤种（低、高变质程度的煤）没有粘结性，加热时不能粘结成块；有些煤种（中变质程度的烟煤）具有粘结性，加热时能粘结成块。v具有不同粘结性的煤其粘结能力是不一样的。例如，粘结性很强的肥煤不仅自身能粘结成块，而且还能粘结其他外加惰性物质；而粘结性较差的瘦煤仅能自身粘结成块，粘结的也不牢固。煤的粘结性是评价炼焦煤的一项重要指标。v在我国现行的煤炭分类中，只有气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、弱粘结煤和长焰煤具有这样的性质。其中除长焰煤因煤化度太低，而在炼焦配煤中极少采用外，其它几种都用作炼焦配煤。但是在这几种
23、炼焦煤中，其粘结性好坏的差别也是很大的，这也是在炼焦配煤中必须注意的。例如，就煤的粘结性而言，以肥煤肥煤的粘结性为最好，焦煤焦煤居中，气煤、瘦煤瘦煤和弱粘结煤弱粘结煤较差。在炼焦配煤中，一般都是将这些煤搭配使用。煤的结焦性概念v结焦性结焦性是指烟煤在焦炉或模拟焦炉的炼焦条件下，形成具有一定块度和强度的焦炭的能力。结焦性是评价炼焦煤的主要指标。煤的粘结性和结焦性关系v煤的粘结性与结焦性密切相关，炼焦用煤必须是具有一定粘结性的煤，一般来说，粘结性较好的煤才能炼成质量较好的焦炭粘结性较好的煤才能炼成质量较好的焦炭。粘结性较差的煤，炼出的焦炭质量也较差，而没有粘结性的煤则不能炼焦。但是粘结性与结焦性又
24、有所区别区别，煤的粘结性主要反映在炼焦过程的前一段（半焦形成之前），煤料粘结的好坏直接影响着焦炭的质量，从这一点看粘结性与结焦性是一致的，即粘结粘结性较好的煤结焦性也较好性较好的煤结焦性也较好。而炼焦的后一段过程，即半焦收缩过程，对焦炭质量也有明显影响。例如粘结性很好的煤（如肥煤），在半焦收缩过程中由于收缩较大而形成了块度较小和内裂纹较多的焦炭，只是焦炭质量变差。这是粘结性与结焦性的不同点。一般结焦性好的煤炼出的焦炭质地坚硬，熔融性好，抗碎强度和耐磨强度高，块度较均匀。实验表明，肥煤的粘结性最好，粘结能力最强；焦煤的结焦性最好，结焦能力最强。v例如有的气肥煤；其粘结性很强，但其生成的焦炭裂隙多，机械强度差，故结焦性不好。