应用煤岩学在炼焦生产中的应用(石焦)

应用煤岩学

在炼焦生产中的应用石焦集团王宁主要内容概述石焦的情况对应用煤岩学配煤原理的理解应用注意的问题一、概述应用煤岩学是近代煤化学的重要组成部分。它通过测定煤的显微组分组成及各显微组分性质，客观地反映出来了煤的有机成分的复杂混合体的丰质，应用于煤分类和煤加工工艺．取得了显著成果。在炼焦工业中，应用煤岩学丰富了配煤理论和焦炭质量预测理论，提高了配煤炼焦技术。尤其是发现了小球体和形成中间相概念后，奠定了最有说服力的成焦机理的新理论，大大推动了现代炼焦工业技术的进步。应用煤岩学已成为一门独立的学科。煤岩学，不仅仅是几个指标问题，更重要的煤岩学内涵，煤岩学的研究方法，应将煤岩学提高到理念高度，将煤岩学贯穿于炼焦生产的各个环节。我们要用煤岩学的理念和研究方法，来揭示焦炭生产过程的本质，来解决煤焦生产出现问题。实践证明，焦炭质量出现问题，绝大多可以用煤岩学的观点解释并解决。用煤岩学方法对成焦机理的研究，可以大大推动炼焦配煤技术的进步。所有先进的配煤方法，都离不开应用煤岩学的理论指导。如大同等弱粘煤的广泛应用。二、石焦的情况石焦集团，自1996年起，就与鞍山科技大学周师庸教授合作开展了《应用煤岩学在炼焦生产中的应用》研究课题，取得了显著的经济效益和社会效益。2000年该课题通过了由煤炭科学研究总院北京分院、河北理工大学、鞍山科技大学等地的知名专家主持的省级鉴定，获省科技进步二等奖，省冶金科技进步一等奖。当时的立项背景：1)进厂精煤的混洗混配;2)传统的依靠G值、Y值已无法满足控制焦炭质量的需要。其主要工作内容包括：1)控制来煤质量—将煤岩指标纳入合同考核。主要是焦煤;目前，除焦煤，所有煤种都有混洗混配现象。最为麻烦的是，无烟煤等非炼焦煤的配入。尽管从总体配煤而言，配入量少，但可以影响全局。2)合理堆放煤种;——堆入同一堆的煤必须靠近这一堆煤的Rmax的中心值;同一堆煤各煤的反射率分布围成的面积必须大部分重合3)优化配煤方案——理想的配煤方案反射率分布图是连续的，平滑斜降的，不应有明显的凹口，特别是1.0～1.2附近。平均最大最小正离差负离差M10后6.37.85.2＋0.56－0.65前8.111.26.4＋1.03－0.81M40后86.288.083.0+1.07-0.89前79.583.272.4＋1.90－3.02所取得的效果：瘦煤多配入10％;实施前后对比：2003石焦与北京煤科院合作的“焦炭反应性及反应后强度影响因素及预测模型的研究”项目，也是煤岩学的理论基础上进行的，得到单种煤炼焦所得焦炭的CRI、CSR的回归方程为:式中：式中CRI式中复相关系数为平方r2=0.862(即r=0.928）通过对x1

、x2、x3的显著性检验检验，F1＝69.94，F2＝27.37，F3＝74.77。CSR式中复相关系数为平方r2=0.898(即r=0.948）通过对y1

、y2、y3、y4的显著性检验检验，F1＝77.19，F2＝51.2，F3＝85.28，F4＝50.52。可见，对于CRI反应性指数即煤的最大镜质组平均反射率与塑性温度区间的组合项x3项影响最大，煤岩组成与温差组合x3项次之，而碱x2影响较小。以CSR影响较大的是y3，即碱金属的含量。碱金属对于炭融反应有催化作用，但这种催化作用影响大的是焦炭的各项异性炭。其次是煤的G值，而煤的G值不是一个独立因子。在此后，石焦独立开展的有关煤焦的课题，都是建立在煤岩学理论的基础之上。有成功的经验，也有失败的教训。例如：配焦粉研究——通过大量的试验焦煤，无论对焦粉怎样处理，最后的结果，不得不细粉碎。粉碎改造的论证——为了减少入炉煤中小于0.2mm，拟对粉碎工艺进行改造，即先对配合煤用弛张筛筛分，仅对筛上物进行粉碎，然后与筛下物混合送入焦炉煤仓，结果，弛张筛尺大（10mm)时，对焦炭质量会有不良影响。尺寸小时（如4mm），虽对焦炭质量没有影响，但实际生产中难以实现。其原因：与入炉煤中惰性物质的尺寸有关。三、对煤岩学配煤原理的理解在企业中，深入了解煤的结焦机理，是必要的，煤岩配煤的深入理解，可以提高企业的配煤水平，对于炼焦生产出现的诸多异常情况，可以用煤岩学的方法解决。以下是我对煤岩学配煤原理的理解。1)煤不均一的物质。即根据的同的显微组分在结焦过程中所起的做用不同，将它们划分为活性组分的惰性组分。2)活性组分和惰性组分必不可少。如混凝土的水泥和砂石。对于惰性物质，必须细粉碎。惰性物质细粉碎，参与气孔壁的形成，是气孔壁的骨架，可以减少半焦后收缩裂纹的生成。当惰性组分足时，主要影响焦炭的M40原因。当活性组分不足时，胶质体产生的量少，所得到的焦炭结构疏松，开形成的开放气孔多，影响焦炭的M10和CRI。这些可以用肉眼就可以观察到。G、Y、V焦渣特征对和焦炭质量相关性不好，我以为尤其是有不融性煤参与的情况下，就是在测定这结指标时，没有反应出惰性物质的在实际生产中的粒度分布有关。3）活性组分质量不均一关于胶质体的质量。对于胶质体质量，很重要的一点就是塑性温度区间。塑性温度区间，在测定奥亚、基氏流动度时等到，在测定Y值时，也可以有所反应。Y值只能反应胶质体的数量（对气肥煤，有夸大现象），但不能反胶质体的质量。反应胶质体质量最合适的指标，就是煤的反射率分布。当变质程度R＝1.1时，质量最好，其塑性温度区间宽，适应性好。在加热速度会对胶质的塑性温度区间产生影响。加热速度，会使煤的塑性温度区间变宽。石焦引进的40kg试验焦炉模拟性不好，经分析，其原因就是加热速度慢造成，经调整，已解决。一焦化厂，焦炭质量差，通过提高标准温度，解决。。3)煤粒结合，不是简单的互融，而是煤粒间的界面反应。正因如此，参与配煤的所有煤种必须有连续的塑性温度区间，理想的配合煤反射率分布必须是连续的，最忌讳的是在1.0~1.2位置出现明显的凹口甚至断口。在结焦过程中，只有保证良好的塑性温度区间，方能保证良好有因而反应。不同的煤种在一起加热时，不同变质程度的煤的塑性温度区间是不一样的，这就是煤的交互作用。G值、Y值的加合性不好，就可能与此有关。4)关于焦炭质量焦炭的M40和M10。M40主要是取决于焦炭裂纹，M10主要取决与煤的胶质体的质量。裂纹的生成与惰性物质不足有关外，还与惰性物质的粒度有关。M10除受当胶质体质量差影响外，还与焦炭惰性物质不足有关。捣固炼焦对改善M10总是有好处的，但对M40却有区别，所以捣固炼焦对煤粘结性的要求不能太高。CRI和CSR焦炭在1100℃与CO2反应，正好处于反应动学向分子扩散学过渡阶段，所以CRI受反应速度和分子扩散速度共同影响。反应速度由焦炭的显微决定。捣固炼焦所得焦炭视比重大，气孔率低，在一定程度上可以降低焦炭的CRI，这需要通过试验而进行进一步研究。推焦电流的问题推焦电流，除了操作和焦炉本身的原因外，最重要的，还是煤的关系。焦炉的原因如：机侧装煤缺角，炉墙石墨，炉框变形，加热制度的原因外，主要还是由煤决定的。排除焦炉操作的原因外，可以着手从以下两方面来考虑：焦饼的收缩，裂纹，平行于炉墙的横裂纹过多，焦炭偏碎，也可以影响推焦电流焦炭质量的预测。尽管许多单位在时行配煤专家系统的研究，目前，最终还离不开人的干预。影响焦炭质量的因素太多，有时不经意的一个环节，就可以对焦炭质量造成较大的影响。同时，对于目前的焦化企业，煤源结构复杂，煤质波动不稳定，同时企业的生产很难做到长时期内稳定，所以，目前还不能说算成熟，但也是一个发展趋势。四、应注意的几个问题煤岩设备的自动化问题。虽目前还无法完成对煤的显微组分的测定，但已经实现对煤的镜质组最大平均反射率及反射率分布的测定，其测定精度，已经完全满足国要求，更能满足企业需要。在国内，煤岩自动分分析系统，已经有十余年历程，十余年间，也在不断科学完善，在国内数十家企业已经推广。其最大的优点，效率高，劳动强度小，对于反射率及反射率分布测定，对于测定者的专业知识要求门坎，可适当放宽，这一点对于企业非常重要。在焦化企业中，最需要最基础的煤岩测定项目就是煤的镜质组最大平均反射率和反射率分布。这样，对于煤岩基础薄弱的，可以先入门，再深造，通过积累和交流学习，再逐渐提高。目前，自动化系统，可以实现的功能主要包括：煤的镜质组反射率及半自动煤的镜质组反射率及 反射率分布的测定，煤的显微组分的测定，焦炭的光学组强的测定等等，而手动系统与自动系统相比较而言，无论测定煤的反射率、反射率分布还是测定对测定都要求要有相应的扎实煤岩基础理论，需要长时间的学习，对于非焦化专业的人而言，更是困难吃力。在焦化生产企业，往往需要每天需要测定数个甚至数十个样品，对于自动系统而言完全可以实现，对于手动，那是不可想象的。全自动测定人工测定劳动强度小大效率2~4小时10分钟（10000点）测定点数250个几千个人的要求相对较低相对较高人为误差无有混煤判定自动完成不能自动完成测定精度达到国标要求达到国标要求测定镜质组反射率时全自动系统人工系统的比较对于煤岩学不能寄以过高的期望。因为在焦化企业最经常最基础测定的煤的镜质组平均最大反射率、反