化工炼焦技术课件 备煤、配煤操作

项目一备煤、配煤操作技术任务一焦炭质量的分析任务二炼焦用煤的质量判断任务六原料煤预处理技术任务三结焦条件对焦炭质量的影响分析任务四配煤方案的制定及焦炭质量预测任务五原料煤的接受、储存、粉碎与配合任务一焦炭质量的分析一、焦炭的作用焦炭广泛应用于高炉炼铁、铸造、电石、气化及有色金属冶炼等方面，其中高炉用脚占焦炭总产量的绝大多数，这些焦炭称为冶金焦。高炉是竖形炉子，从上到下有炉喉、炉身、炉腹、炉腰、炉缸五部分。原料包括铁矿石、焦炭和石灰石，交替地由炉顶通过装料装置装入炉内，送风系统将800oC以上的高温空气由位于炉缸上部的风口鼓入炉内，使焦炭在风口前的回旋区内激烈燃烧而放热，并使焦炉下部形成自由空间，上部的炉料借重力作用稳定的下降，从而构成连续的高炉冶炼过程。此时，铁矿石主要与CO反应，称为间接还原反应，总的热效应为放热反应。1、高炉内的化学反应：当t<800oC时，（炉身上部）当t=800oC~1100oC时，（炉身下部和炉腰）同时存在铁矿石与CO之间的间接还原反应和铁矿石与碳之间的直接还原反应。CO2几乎100％与焦炭反应生成CO。从全过程可看作铁的氧化物与碳直接反应，可称为直接还原反应。当t>1100oC时，(炉腹)＋直接还原反应总的热效应为吸热反应，不利于高炉内的热能利用，又因碳溶反应使焦炭气孔壁削弱，因此应发展间接还原反应。在风口区，焦炭燃烧生成CO2放出大量热。由此，焦炭在高炉中起到了还原剂和热能源的作用。2、料柱结构（1）<1100oC时时，矿石和焦炭均保持入炉前的固体块状，该区域称为块状带。（2）1100oC～1350oC时，焦炭保持固体状态，矿石开始由外向内开始熔融，该区域称为软融带。（3）>1350oC时，焦炭仍保持固体状态，矿石变为液态，呈滴落状态，该区域称为滴落带。焦炭在高炉中风口区以上地区，始终处于固体状态，在高炉中其体积占高炉体积的35%~50%，起到疏松骨架的作用。3、高炉冶炼对优质焦炭的要求热能源疏松骨架还原剂焦炭的热能源和还原剂的作用可采用在风口喷吹煤粉、重油、富氧鼓风、加入还原性气体等方法来适当降低，但焦炭疏松骨架的作用却不能被替代，并且随着高炉的大型化和强化冶炼，该作用会越来越重要。高炉冶炼对焦炭的要求：高炉焦炭要求低灰、低硫、强度高、粒度适当且均匀、气孔均匀、致密、反应性低、反应后强度高。焦炭的作用二、焦炭性能1、物理结构焦炭是一种质地坚硬、多孔，呈银灰色并有不同粗细裂纹的碳质固体块状材料。焦碳裂纹气孔气孔壁裂纹有长短、宽窄、深浅之分，可分为横裂纹与纵裂纹，用裂纹度评价。气孔分大气孔、中气孔和微气孔。焦炭气孔率指气孔体积与总体积比的百分数。2、化学组成（1）工业分析a.水分（M）焦炭的水分是焦炭试样在一定温度下干燥后的失重占干燥前焦样的百分率，分为全水分（Mt）和分析水分（Mad）两种。湿熄焦全水分约为4～6％，干熄焦时为0.5～1％。b.灰分（A）焦炭的灰分是焦炭分析试样在85010oC下灰化至恒重，其残留物占焦样质量的百分率，用Aad表示。焦炭灰分对高炉冶炼极为有害，灰分每增加1％，高炉焦比提高约2％，炉渣量提高约3％，高炉溶剂用量约增加4％，高炉生铁产量约下降2.2～3.0%。c.挥发分（V）挥发分是焦炭分析试样在90010oC下隔绝空气快速加热后的失重占原焦样的百分率，并减去该试样的水分得到的数值。

挥发分是衡量焦炭成熟度的标志，通常规定高炉焦的挥发分为1.2％左右，若挥发分大于1.9％，则表示生焦，其不耐磨，强度差；若挥发分小于0.7％，则表示过火，过火焦裂纹多且易碎。焦炭的挥发分与原料煤的挥发分和炼焦最终温度有关，原料煤挥发分高，在相同的炼焦工艺条件下，焦炭的挥发分也高。随着炼焦最终温度的升高，焦炭的挥发分降低。d.固定碳（FC）（2）元素分析a.CH焦炭中C和H的含量通过燃烧法测定。焦炭中氢的含量也可作为衡量焦炭成熟度的指标。b.N焦炭中的氮是焦炭燃烧时生成NO2的来源。焦炭中N含量的测定方法为开氏法，其含量约为0.5～0.7％。d.O焦炭中的氧含量较少，一般用差减法计算得到：c.S焦炭中的硫包括有机硫和无机硫，工业上通常用艾氏法测定，其含量一般为0.7%~1.0%。焦炭中硫含量增加0.1％，高炉焦比增加1.2～2％，高炉溶剂用量增加2％，生铁产量减少2～2.5％。3、机械性能（1）落下强度其评价指标为或，特别适合于评价铸造焦强度。（2）转鼓强度以定量焦炭在一定规格和实验条件的转鼓内，旋转一定转数，鼓内焦炭之间相互撞击、摩擦，造成焦炭开裂和磨损，用转后某一粒级的焦炭量占入鼓焦炭的百分率来评定焦炭强度。米库姆转鼓其评价指标一般为M40（或M25）和M10。当焦炭承受冲击力时，焦炭沿结构的裂纹或缺陷处碎成小块，焦炭在外力冲击下抵抗碎裂的能力称焦炭抗碎强度，用M40或M25表示。当焦炭表面承受的切向摩擦力超过气孔壁的强度时，会产生表面薄层分离现象，形成碎屑或粉末，焦炭抵抗摩擦力破坏的能力称为焦炭的耐磨强度，用M10表示。高炉炼铁要求焦炭抗碎强度和耐磨强度要大，即M40要大，M10要小。4、热性质焦炭与氧化性气体在高温下反应的性质称作焦炭的高温反应性，简称焦炭反应性。主要指以下三种反应：焦炭燃烧性水煤气反应碳素溶解损失反应通常情况下，反应性是用一定浓度的CO2气体在一定温度下与焦炭发生的反应速度或经过一定反应时间后反应掉的C来评定。其评价指标为焦炭反应性（CRI）和反应后强度（CSR）。焦炭反应性：取符合规定粒级的焦炭，从中随机取一定量作为试样，在规定的条件下与纯CO2反应一定时间后，充氮冷却、称重。反应前后焦炭试样的重量差与焦炭试样重量之比的百分数，称为焦炭反应性（CRI）。反应后强度：经过CO2反应的焦炭，经过充氮冷却后，全部装入转鼓，转鼓实验后，粒度大于某规定值的焦炭重量（g2）占装入转鼓的反应后焦炭重量（g1）的百分率，称为反应后强度（CSR）。高炉炼铁要求焦炭反应性要低，反应后强度要高，即CRI要小，CSR要大。5、显微强度与结构强度以粉碎到一定粒度的焦样置于一定尺寸的钢管中，管内置有一定数量的钢球，然后使管沿管长中心为轴进行旋转，旋转一定转数后，测量焦样大于或小于某一粒级的焦粒占焦样总量的百分率，以评定焦样的强度。因焦样的粒度、数量及试验参数的不同，所测得强度分为显微强度和结构强度。显微强度用以测定焦炭气孔壁强度，结构强度用以测定焦炭多孔体强度。6、焦炭筛分组成用一套具有标准规格和孔径的多级振动筛将焦炭筛分，然后分别称重各级筛上焦炭和最小筛孔的筛下焦炭质量，算出各级焦炭的质量分数，简称焦炭的筛分组成，用来表示焦炭的粒度分布情况。我国冶金焦国标规定大于40mm焦炭的筛分组成用4层方孔筛（80、60、40、25mm）测定，小于25mm的焦炭百分含量作为冶金焦的焦末含量。利用焦炭筛分组成可以计算粒度均匀性。k为粒度均匀性指数，k值愈大，表示粒度愈均匀，愈有利于高炉的透气性。任务二炼焦用煤的质量判断一、煤的生成1.成煤植物残骸的堆积2.生物化学作用3.成岩作用4.地质化学作用泥炭褐煤烟煤无烟煤泥炭褐煤无烟煤烟煤煤腐植煤腐泥煤变质程度煤化度长焰煤气煤焦煤肥煤瘦煤贫煤5、煤的分类无烟煤泥炭褐煤烟煤二、煤的组成与性质1、工业分析（1）水分（M）工业分析中的水分包括全水分Mt和分析水分Mad。全水分Mt：称>3mm粒度的煤样10～15g，在105～110oC温度下干燥至恒重，所失去的水分重量（G1）占试样重量（G）的百分数为全水分Mt。分析水分Mad：称<0.2mm粒度的煤样1g，在105～110oC温度下干燥至恒重，此时分析煤样减少的重量（G1）占试样重量的百分数为分析水分Mad。（2）灰分（A）煤样燃烧后的残留物叫煤的灰分，灰分是鉴定煤质的一个重要指标。煤的灰分越高，质量越差。我国肥煤和焦煤的灰分较高，一般在10%以上，气煤含灰分较少。测定方法：取分析煤样（粒度<0.2mm）1g，在81510oC温度下，在电炉内燃烧到恒重，根据燃烧后残渣量（G1）可以计算出煤的灰分含量，测定结果按下式计算：（3）挥发分（V）煤在规定条件下隔绝空气加热后挥发性有机物质的产率称为挥发分。挥发分是评价煤的重要指标，与煤的变质程度有关，随着变质程度的加深，挥发分有规律地减小，几乎所有国家都将干燥无灰基挥发份作为煤工业分类的煤度化指标。测定方法：取粒度<0.2mm的分析煤样1g，装入带盖的瓷坩锅重放入马弗炉重在隔绝空气的条件下，在温度90010oC的情况下加热7min，煤样失去的重量（G1）减去分析水分后占试样重量的百分数为煤的分析基挥发分。可按下式计算：（4）固定碳（FC）2、元素分析（1）C、H目前通用的测定煤中碳和氢含量的方法为燃烧法。测定原理：将盛有煤样的瓷舟放入燃烧管中，通入氧气，在800oC的温度下，使煤样充分燃烧，使煤中的全部碳和氢生成CO2和H2O，并分别用CO2吸收剂（碱石棉或钠石灰）和吸水剂（氯化镁或氯化钙）吸收，根据吸收剂的增重，计算煤中碳和氢的含量。煤中的碳和氢是煤在燃烧过程中产生热量的主要元素，是判断煤燃料的质量时的重要指标。煤的碳含量随煤化度的升高而增加增加，氢含量随煤化度的升高而减小。（2）N测定原理：煤在沸腾的浓硫酸中和催化剂的作用下，使煤中的碳和氢生成CO2和H2O，煤中的氮则转化为氨，在浓硫酸的作用下成为硫酸氢铵，如加入过量的烧碱，则铵盐转化为氢氧化铵，经蒸馏使氨分解，通过硼酸或硫酸溶液，分解出的氨被吸收，最后用酸碱中和滴定法，求出氮的含量。目前世界上通用的测定含氮量的方法为开氏法。煤中的氮通常以有机氮的形式存在，含量约为0.8~1.8%。（4）S硫分是评价煤质的重要指标之一，对各种煤来说都属于有害杂质。硫在煤中有有机硫和无机硫两种形式存在。常用的测定全硫的方法有标准法（也叫重量法或艾氏法）和快速法（燃烧法）。艾氏法测定原理：将分析煤样和艾氏合剂（两份氧化镁和一份碳酸钠混合而成）混合后慢慢燃烧，使煤中的硫转化为溶于水的硫酸钠和硫酸镁，燃烧后用热水将所得盐类从熔融物中浸取出来，加入氯化钡溶液，使可溶性硫酸盐全部转化为硫酸钡沉淀，过滤，烘干称其重量，即可算出煤中全硫含量。燃烧法测定原理：煤样在催化剂的作用下，并在高温富氧气流中燃烧，使煤中的硫全部转化成SO2气体，用双氧水吸收生成硫酸，再以氢氧化钠标准溶液滴定，根据氢氧化钠用量来计算出硫的含量。（5）O三、煤的粘结性和结焦性1、煤的热解过程0～200oC干燥预热200～350oC开始分解350～400oC生成胶质层400～550oC胶质层固化550～650oC半焦收缩650～950oC生成焦炭湿煤干煤胶质体半焦焦炭塑前阶段塑中阶段塑后阶段胶质体：黏结性煤在隔绝空气加热到一定温度，因热解发生软化熔融而形成的黏稠状气、液、固三种状态的混合物称为胶质体。胶质体的好坏直接影响到煤的粘结性的好坏，其主要性质有：（1）温度间隔温度间隔大，胶质体停留时间长，热稳定性好，有利于粘结。（2）流动性流动性好，有利于煤粒间的相互接触，有利于粘结。（3）透气性透气性差，气体不易析出，膨胀压力大，有利于粘结。（4）膨胀性膨胀性好，可使胶质体填充到惰性煤粒之间，有利于粘结。2、煤的粘结性煤的粘结性是指煤在干馏时粘结其本身或外加惰性物质的能力。它是煤干馏时所形成的胶质体显示的一种塑性。在烟煤中显示软化熔融性质的煤叫粘结煤，不显示软化熔融性质的煤叫非粘结煤。粘结性是评价炼焦煤的一项重要指标，炼焦煤中肥煤粘结性最好。3、煤的结焦性煤的结焦性是指煤在工业条件下（或模拟工业条件下），生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重要指标，炼焦煤中焦煤的结焦性最好。煤的粘结性与结焦性密切相关，粘结性是结焦性的前提和条件，结焦性好的煤，粘结性一定好，粘结性好的煤，结焦性不一定好。4、煤的粘结性和结焦性指标及测定方法（1）胶质层指数测定法此法是苏联列·姆、萨保什尼可夫于1932年提出的，其中测量的胶质层最大厚度（y）是我国煤炭分类和评价炼焦用煤及配煤炼焦的重要指标。测定方法：在工业条件下，将100g重的煤样装入特制的钢杯中，用香烟纸在煤料中制成探测孔，并在上面加一个活塞，活塞通过杠杆和重锤相连，对煤料产生9.8kg/cm2的压力。对装在杯中的煤料进行单侧加热，在最初30分钟内以8oC/min升温至250oC；250oC以上以3oC/min匀速升温至650oC。（2）粘结指数（G）测定方法：将分析煤样和标准无烟煤（粒度为0.1～0.2）按1:5的比例混合后放入坩锅中置于850oC的电炉中加热15分钟，冷却后称焦块重量为m，将焦块放入转鼓钟进行第一次转磨（50转/min，转5min），转磨后焦块过筛（1×1mm筛孔），筛上大于1mm的焦块称重为a，同样将a焦块再进行第二次转磨，并称出筛上大于1mm的焦块重量b，粘结指数G用下式计算：粘结指数法是我国提出的测量煤的粘结性指标的方法，也是我国煤炭分类方法的重要指标。有粘结能力的煤，在炼焦过程中具有粘结惰性物质的能力，粘结性越强，则粘结惰性物质的能力也越强，结成的焦块强度就越高，因此可以用焦块的耐磨强度来表示煤的粘结性。（3）奥亚膨胀度（b）测定方法：将煤样在钢模内制成一定规格的煤笔，放在有标准口径的膨胀管内，上面放置一根能在管内自由滑动的膨胀杆，将上述装置放在电炉内，以3oC/min的速度升温加热，并记下膨胀杆的位移曲线。以位移曲线上的最大距离占原煤笔长度的百分比表示煤样的最大膨胀度（b）。奥亚膨胀度是测定煤的结焦性的方法之一，是1934年由奥亚改进后创立的，是我国煤炭分类方法的重要指标之一。四、我国煤的分类标准1、分类指标我国分类指标有：Vdaf、G、y、b。我国煤炭储量及年产量均占世界第一位，煤炭资源丰富，品种较多。截至1980年底，我国煤炭储量（指经过一定程度地质勘探工作证实而现存）约为6424亿吨，其中炼焦用煤占35.3％，为2264亿吨，其他非炼焦煤为4160吨，占64.7％。按省、区的分布顺序，山西占首位为31.3％，内蒙古其次，为30％，贵州占第三位为7.2％。储量在100～200亿吨的省区有宁夏、安徽、陕西、河南、新疆、云南、河北、山东和黑龙江。我国煤炭资源总的分布特点是北多南少，西多东少。我国煤炭储量较为丰富，但分布不均匀。2/3左右的煤集中在华北地区，西北占12％，西南占10％，华东占6.5％，中南占3.7％，东北占3.1％。2、我国的煤炭资源分布任务三结焦条件对焦炭质量的影响分析一、成层结焦过程基本特点：（1）单向供热，成层结焦；（2）结焦过程中传热性能随炉料状态的变化而变化。单向传热，靠近炉墙的煤先成焦，然后逐渐向中心推移，即“成层结焦”。当炭化室中心面上最终成焦，并达到相应温度时，结焦过程结束，此时炭化室中心温度可作为整个炭化室成熟的标志，成为炼焦最终温度。（1）在任一温度区间，各层的升温速度和温度梯度均不相同。焦炭层和半焦层升温较快，塑性层升温较慢。（2）炭化室中心处温度升至110oC所需时间为结焦时间的一半。装炉煤水分越多，结焦时间越长。（3）由于成层结焦，两侧大致平行于炭化室墙面的塑性层逐渐向中心移动，同时炭化室顶部和底部也会形成塑性层，由四面塑性层形成膜袋，当膜袋在中心区域汇合时，膨胀压力最大。二、炭化室内各部位的焦炭质量及裂纹特征1、焦炭裂纹的形成炭化室内由于成层结焦，相邻层间存在着温度梯度，且各层升温速度也不同，使半焦收缩阶段各层收缩速度不同，收缩速度相对较小的层将阻碍邻层收缩速度较大层的收缩，则在层间将产生剪应力，在层内产生拉应力。剪应力会导致产生平行于炭化室墙面（垂直于热流方向）的横裂纹，拉应力会导致产生垂直于炭化室墙面（平行于热流方向）的纵裂纹。焦块的大小取决于裂纹率的多少，而裂纹率的数量和大小又主要取决于半焦收缩阶段的半焦收缩系数和相邻层的温度梯度。500oC前后产生的第一收缩峰随煤的挥发分的增加而增大。750oC左右产生的第二收缩峰随升温速度的增加而增大。2、炭化室各部位的焦炭特征（1）靠近炉墙：加热速度较快，故熔融性好，结构致密，但温度梯度较大，因此裂纹多且深，焦面扭曲如菜花，俗称“焦花”，焦炭块度小。（2）中心部位：结焦前期升温速度慢，结焦后期升温速度快，故焦炭熔融性较差，结构疏松，裂纹较多，呈泡状。（焦头）（焦尾）（3）两者之间：（焦身）加热速度和温度梯度都相对较小，故焦炭结构的致密程度差于焦头而优于焦尾，但焦炭裂纹少而浅，焦炭块度大。（1）加热速度提高加热速度可以使煤料的胶质体温度区间变宽，流动性增加，从而改善煤料的粘结性，使焦块致密。但快速加热对半焦收缩不利，使得焦炭的第二收缩峰增加，产生的裂纹较多。（2）堆密度增加装炉煤的堆密度，使煤粒间隙减小，膨胀压力增大，填充间隙所需的胶质体数量减少，当胶质体数量和性质一定时，可以改善煤的粘结性。但堆密度的增大，使相邻层的连接强度加强，且伴随着收缩应力的增加，使焦炭的裂纹增加。三、工艺条件对结焦过程的影响（3）装炉煤水分装炉煤水分增高将使结焦时间延长，通常水分每增加1％，结焦时间延长20min；（4）添加物煤料粘结性不好时，可以加入沥青等粘结剂，增加结焦过程中的液相数量以改善粘结性。当煤料收缩性很大时，可在不使煤粘结性降低很多的前提下加入经细粉碎的无烟煤粉、焦粉、瘦煤等瘦化剂减少收缩内应力，从而提高焦炭块度。（5）煤料细度同一种煤的粉碎度增加，焦炭强度增加，当煤粉碎度达到某一极限值后，继续增加时焦炭强度反而降低。不同煤种的极限值不同。四、不同煤种的焦炭裂纹特征（1）气煤：气煤粘结性差，塑性温度区间较窄，半焦层较薄，且挥发分高，第一收缩峰的收缩系数大，故半焦强度低，气孔率高，抗拒层内拉应力的能力低，产生较多的纵裂纹。焦炭多呈细条型，焦块内裂纹较多，粘结熔融性差，易碎成小块焦。（2）肥煤：肥煤粘结性强，塑性温度区间较宽，半焦层厚且结构致密，挥发分高，半焦收缩时层间剪应力使相邻层隔开，焦炭粘结熔融性好，横裂纹较多。（3）焦煤：焦煤粘结性好，塑性温度区间宽，且挥发分少，故形成的焦炭粘结熔融性好，强度高，纵横裂纹均较少，块度也较大。（4）瘦煤：瘦煤粘结性差，塑性温度区间较窄，形成的焦炭粘结熔融性较差，强度低；但挥发分较低，第一收缩峰的收缩系数较小，裂纹率低，故焦炭块度较大。（1）灰分可以认为煤中的灰分全部转入焦炭。K——全焦率：单位质量的煤所生成的焦炭的质量。五、结焦过程中灰分、硫分的变化（2）硫分煤中的硫一部分残留在焦炭中，其余部分随煤气排出。则转入焦炭的部分的质量分数为：任务四配煤方案的制定及焦炭质量预测一、配煤的意义与原则配煤炼焦是将两种或两种以上的单种煤，均匀地按适当的比例混合，以求获得各种用途所需的优质焦炭。2、意义我国煤炭资源储量丰富，但最适合炼焦的焦煤储量较少，不能满足焦化工业需要，且多数灰分、硫分含量较高，因此开展以储量丰富的气煤、肥煤为基础煤种，并配以适当焦煤，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炼焦，可以充分利用我国的煤炭资源，为合理利用资源和不断扩大炼焦煤源开辟了新的途径。1、定义（1）配合煤的性质与本厂的煤料预处理工艺以及炼焦条件相适应，保证焦炭质量达到规定的技术质量指标，满足用户的要求。（2）符合区域配煤的原则，有利于扩大炼焦煤资源，充分利用弱粘结煤。（3）有利于增产焦炉煤气及化学产品，控制煤料受热所产生的膨胀压力，避免难推焦。（4）缩短来煤的平均距离，便于车辆调配。（5）来煤数量均衡，质量均匀。（6）降低生产成本，有经济效益。3、原则二、配合煤质量指标及计算方法1、水分配合煤的水分是否稳定，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，水分过大，会使装煤操作困难。配合煤水分的适宜含量取决于炼焦工艺，一般情况下稳定在10%左右。煤料水分与堆密度关系较大，水分在7~8%时堆密度最大。当配合煤水分增加1%，要求立火道温度上升5~7oC，炼焦耗热量增加约30kJ/kg，结焦时间延长10~15分钟。因此，当生产中装炉煤水分波动较大时，会造成调温困难，焦饼温度过高或过低。配合煤中的水分可通过加和性原则进行计算。2、灰分配合煤中灰分的多少取决于所需焦炭的质量。配合煤中的灰分全部转入焦炭中。配合煤的灰分取决于单种煤的灰分及其配比。配煤比确定后，配合煤的灰分可用加和性原则进行计算：配合煤的灰分各单种煤的灰分各单种煤的配比量我国一级冶金焦要求灰分低于12.5%，当全焦率为74%时，要求配合煤灰分低于多少？例1某焦化厂配煤情况见下表，求配合煤灰分。解：配合煤灰分为：3、硫分配合煤中硫分的多少取决于所需焦炭的质量。煤中硫分约有60~70%转入焦炭中。配合煤中的硫分可可将各单种煤硫分和配比用加和性原则进行计算：配合煤的全硫含量各单种煤的全硫含量各单种煤的配比量我国一级冶金焦要求硫分低于0.6%，当全焦率为74%时，要求配合煤硫分低于多少？4、挥发分配合煤的挥发分Vdaf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。生产实践证明：配合煤挥发分Vdaf增加1%，焦炭抗碎强度下降2%，焦炭耐磨强度增加0.2%。对大型高炉用焦炭，在常规炼焦时，配合煤料适宜的挥发分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。在保证焦炭质量的前提下，为尽可能多配高挥发弱粘结性煤，考虑地区资源和用户要求，可使配合煤的挥发分控制在28~32%之间。对中小焦炉用焦的配合煤挥发分可以略高一些。配合煤的挥发分可按单种煤的挥发分用加和性计算，也可直接测定。5、粘结性粘结性是煤在炼焦时形成塑性体的性能。煤的粘结性指标是影响焦炭强度的重要因素。我国采用胶质层最大厚度y值、粘结指数G值配以奥亚膨胀度b值的方法来确定粘结性指标。根据结焦机理，配合煤中各组分的煤塑性温度区间应彼此衔接和依次重叠。以此为基础的反映黏结能力大小的指标的适宜范围为：黏结指数G=58~72，胶质层最大厚度y=16~20mm，奥亚膨胀度b≥50%。膨胀压力可以使胶质体均匀地分布于煤粒之间，有助于煤料的粘结作用。膨胀压力不能从不能采用简单的加和性来计算，只能通过实验的方法加以测定。安全膨胀压力应小于10~15kPa。6、煤料细度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。国内焦化厂常规炼焦煤料细度一般控制在80%左右，相邻班组细度波动不大于1%，捣固炼焦细度一般大于85%。细度过低，煤粒之间混合不均匀，焦炭内部结构不均一，强度降低；细度过高，粉碎机动力消耗大，设备生产能力低，焦炉堆密度下降，装炉操作困难，且细度过高时，煤料的表面积增大，生成胶质体时，固体颗粒对液相的吸附作用增强，使胶质体的黏度增大而流动性变差。强黏结煤粗粉碎、弱黏结煤细粉碎。三、配煤理论及焦炭质量预测北京煤化研究所用配煤挥发分Vdaf和黏结指数G为指标，提出了Vdaf-G配煤图。图中最佳配煤区：由图可知：当Vdaf<30%时，M40随G值增高而增大；当G<60时，M10随G值增高而降低。焦炭质量预测方程：四、配煤实验配煤炼焦试验设备有2kg、45kg试验小焦炉及铁箱试验，4.5kg膨胀压力炉和5kg化学产品产量率试验炉以及200kg试验炉。中国最常用的是200kg试验炉，此试验焦炉所做的配煤试验结果与生产焦炉比较接近，因此把此试验小焦炉作为配煤的半工业性试验。小焦炉的结构如下：炉体用铝镁砖砌筑，焦炉的一侧炉墙可以移动，活动炉墙砌在一个平放在双轨上面的可移动小车上，墙上设有膨胀压力测定装置。200kg小焦炉为顶装焦炉，每个燃烧室有3个火道。附属设备有推焦车、熄焦车各一台，还有一台吊车提升装煤斗。一次性装干燥基煤量230kg，细度（85±5）%，水分Mad（10±1）%。每个煤样按9点取样法缩取出化验室煤样，同时对煤样进行化验室化验。配煤时将各种粉碎后的单种煤充分混合均匀，并根据计算量将水均匀喷入煤中。装炉前炭化室炉墙表面温度不低于940oC，焦炉的平均火道温度为1050oC，要求试验焦炉的火道温度必须均匀、稳定、上下温差不超过±10oC。出焦后立即熄焦。测量焦炭的水分、灰分、硫分、挥发分、机械强度和筛分组成。试验用的是原煤样品，需先经过洗选，洗选后的精煤应先粉碎后混合。要求配煤指标是：任务五原料煤的接受、储存、粉碎与配合一、原料煤的接受来煤方式：铁路来煤公路来煤水路来煤卸煤方式：翻车机受煤坑卸船机螺旋卸车机受煤要求：（1）对来煤要进行严格的验收制度；（2）对煤样应取样分析；（3）为稳定原料煤质量，来煤应尽量运往储煤厂；（4）各种煤应分别接受，要保证煤场清洁，以避免不同牌号的煤互混。二、原料煤的储存1、储煤场应有足够的容量；2、煤场的地坪应做妥善的处理，必须要有良好的排水条件；3、要确保不同煤种的煤单独存放；4、储煤场的煤堆应保持一定的高度。5、煤的储放时间不能过长，以免氧化。三、原料煤的粉碎与配合1、各种煤的粉碎性煤的粉碎性能可用可磨性指标来表示。常用的哈氏可磨性指数（HardgroveIndex——HGI）是将煤样在规定条件下，于哈氏磨煤机中在一定荷重下研磨一定时间后，测定通过一定筛级的粉煤量，最后按下列公式计算HGI=13+6.93D74式中D74——所用50g煤样中减去磨碎后留在200号筛子（孔边长为0.0737mm）上的煤样量。中等挥发分的强粘结煤（焦煤、肥煤）可磨性指数较高，易被粉碎，而高挥发分和低挥发分的弱粘结性或不粘结性煤可磨性指数则依次降低。2、先配后粉工艺优点：工艺简单，流程短，设备少，投资省，工艺紧凑，操作方便；缺点：不能根据煤的特点进行粉碎，对单一煤种的粒度无法控制。适用性：煤的粉碎性好且煤质均匀的配煤。3、先粉后配工艺优点：可以根据煤种的特点，按照各自的性质进行不同细度的粉碎；缺点：工艺复杂，需多台粉碎机，且配煤后还需设有单独的混合设备，投资大，操作复杂。适用性：（1）粒度相差较大的配煤；（2）单种煤之间结焦性和粉碎性相差较大的配煤。4、部分预粉碎优点：①克服了1和2的缺点，发挥了其优点；②降低了粉碎机的用量，降低能耗；③可以使煤料的粒度和组成更加合理。适用性：气煤使用较多的配合煤。5、选择粉碎任务六原料煤预处理技术一、捣固炼焦1、定义捣固炼焦是将配合煤在入炉前在捣固机内捣实成体积略小于炭化室的煤饼后，从焦炉的机侧推入炭化室内的炼焦方法。2、原理采用捣固炼焦工艺，煤饼捣实后堆密度可由原来散装煤0.70~0.75t/m3提高到1.00~1.15t/m3。堆密度增加，减小了煤粒间的空隙，减少了结焦过程中为填充空隙所需的胶质体数量；同时结焦过程中所产生的气相产物由于空隙减小而不容易析出，增加了胶质体的膨胀压力，使变形煤粒进一步压紧，增强了煤粒间的结合；另外还有利于热解产生的游离基与不饱和化合物相互缩合，产生分子量适当、化学稳定的不挥发液相产物，这些都有利于改善煤料的黏结性。3、工艺流程4、技术要求（1）煤质采用高挥发分弱粘结性煤或中等粘结性煤为配煤主要成分。挥发分在30%左右，粘结性指标y值在11~14mm较好。（2）水分捣固炼焦的煤料水分是煤粒之间的黏结剂，一般应控制在8~11%，最好控制在9~10%。（3）细度细度小于3mm的煤应控制在90~93%，其中粒度<0.5mm的应在40~50%之间。（4）瘦化剂为提高焦炭的M40，需加入一定数量的焦粉或瘦煤做瘦化剂。5、捣固效果（1）原料范围广在保证焦炭质量的前提下，捣固炼焦可多用高挥发分煤10%~20%。（2）提高焦炭强度捣固炼焦可以提高焦炭的冷态强度和反应后强度。一般情况下M40可提高1~6%，M10降低2~4%，反应后强度（CSR）提高1~6%。（3）提高焦炭产量捣固炼焦的装炉煤堆密度是常规顶装炉煤料的1.4倍左右，而结焦时间的延长仅为常规顶装的1.1~1.2倍，所以焦炭产量增加，即捣固炼焦可以使焦炭的生产能力提高30%左右。6、主要发展趋势（1）提高捣固效率捣固锤的锤头由6~9个提高到32个，锤重由400kg提高到650kg，操作时间由20min降低到13min（德国10降低到3）。（2）提高焦饼的高宽比高宽比由7.5~9提高至15，煤饼塌角率小于1/1000。（3）改善环境污染（4）与煤预热工艺相结合二、配型煤炼焦1、定义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的方法。配型煤炼焦时，配入30%型煤后堆密度可提高到0.8t/m3以上；配有型煤的装炉煤中，型煤致密，导热性比煤粉好，故升温快，较早达到软化温度，且处于软化熔融的时间长，从而有助于与型煤中未软化颗粒及周围煤粉的相互作用，增强粉煤粒之间的表面结合，并延长粉煤的塑性温度区间；其次增强了装炉煤内的膨胀压力；同时型煤中配入的一定量的黏结剂增加了液相产物的数量，这些都有助于改善焦炭的质量。2、原理3、工艺流程4、技术要求（1）型煤配比型煤配比为50%左右时煤料的堆密度最高，但一般配比高于30%时，容易发生膨胀压力过大，造成推焦困难。（2）原料煤性质粘结性强的原料煤成型效果不如粘结性弱的原料煤。对常规炼焦工艺即可生产处强度合格的焦炭的原料煤，采用配型煤炼焦效果不明显。（3）粘结剂用量型煤的强度差，在输送过程中容易碎，影响焦炭质量。一般要求型煤的压溃强度在80kg/球以上，密度在1.12~1.13g/cm3。增加软沥青配量，可提高型煤质量并改善焦炭质量。软沥青的配量宜在5.5~6.5之间。5、效果（3）提高化产品产量（1）提高焦炭质量在同样配煤比条件下配型煤炼焦可使M40增加0.5~1%，M10降低2~4%，反应性降低5~8%，反应后强度提高5~12%，块度略有下降但均匀度提高。（2）减少强粘结性煤用量，增大气煤或瘦煤用量在焦炭质量基本相同的情况下，配入30%的型煤可增加弱黏结的气煤或瘦煤配量10~20%。配20%型煤炼焦可少用7%~9%强黏结煤，配15%型煤可少用5~7%强黏结煤。当软沥青添加量为6.5%的型煤按30%配比混合炼焦时，按每吨干煤算可增产焦油7~8kg，减少煤气4~5m3。三、煤调湿工艺（CMC）1、定义装炉煤水分控制工艺（简称煤调湿或CMC）是将炼焦煤料在装炉前除掉一部分水分，保持水分稳定的一项技术。2、原理采用煤调湿工艺，使装炉煤的水分控制在6%，水分的减少使得装炉煤料的堆密度增大；同时装炉煤水分降低，还使炭化室中心的煤料，停留在100oC左右的时间缩短，从而可以缩短结焦时间并提高加热速度，使得煤料的塑性温度区间变宽，胶质体数量提高。增大堆密度和提高加热速度均可使焦炉生产能力提高并改善焦炭质量。3、工艺流程（1）利用焦炉烟道气和荒煤气显热的流程该工艺以导热油为热媒体。热媒油在循环泵的作用下，通过烟道换热器吸收烟道气显热，温度升至约160oC，再进入上升管换热器吸收荒煤气显热，温度提高至约210oC，进入多管回转式干燥机和装炉煤进行间接热交换，热媒油降至110oC后循环使用。干燥机直径为3.6m，长约22m，不同直径的管组