主要炼焦煤对焦炭质量的影响及要求.pdf

第4期总第93期煤 化 工 No. 4 Total No. 93 2000年11月 Coal Chem ical IndustryNov. 2000 主要炼焦煤对焦炭质量的影响及要求 薛 峰 山西煤田地质研究所 030001 摘 要 本文就我国煤炭资源现状和我省煤资源分布,分析了主要炼焦煤在炼焦上的作用和对焦炭质量的影 响,并提出对煤质的要求,为提高炼焦用配煤的市场竞争找到了一条可供参考的有效途径。 关键词 焦炭 炼焦 配煤 引 言 中国煤炭产量在世界产煤国家中名列第一。开 采技术与设备装置也跨入了世界先进行列,到1999 年底全国煤炭产量达到10. 45亿t。煤炭作为主要 能源在我国国民经济中占有举足轻重的地位。重视 煤炭的高效、 清洁生产和实现以煤炭为基础的化工 产品的转化是21世纪可持续发展的目标之一。 1 我国煤炭资源分布状况 我国的煤炭资源虽十分丰富,但分布不均。 主要 集中在华北及西部各区。从表1中可看出华北地区 的煤炭储量几乎占到全国的一半,西北地区的储量 也高达30以上。 表1 中国各大区的煤炭储量分布1992年 大区名称华北东北华东中南西南西北 占全国储量 49. 932. 936. 542. 938. 5830. 04 我国具有工业价值的煤炭主要产于石炭二迭 纪、 上二迭纪、 侏罗纪及第三纪煤系中。表2是我国 各主要省区的煤炭资源分布1992年。 表2 中国各主要产煤省区的煤炭资源分布 省区山西 内蒙古 陕西 新疆 贵州 宁夏 安徽 云南 山东 河南 占全国 储量 25. 87 22. 24 15. 39 9. 59 5. 17 3. 17 2. 51 2. 41 2. 34 2. 33 2 山西焦煤资源状况 山西省的煤炭资源以炼焦煤为主。据1949～ 1990年末统计资料表明,山西累计探明煤炭总储量 2 608. 73亿 t, 按煤种分炼焦用煤1 506. 62亿 t, 占 总 储量的57. 75。 其中气煤804. 28亿 t, 肥煤 164. 38亿 t, 焦煤239. 56亿 t, 瘦煤250. 09亿t。从 各省自治区的煤炭资源分布情况来看,山西的煤 炭储量第一,原煤生产能力所占的比例约占全国原 煤产量的14强。其质量指标列于表3、 表4、 表5。 表3 山西省部分选煤厂十级焦精煤主要质量指标 MtAdVdaf焦渣特征St, dQgr, dMJkg- 1 晋阳选煤厂 屯兰选煤厂 东曲选煤厂 西曲选煤厂 13. 80 11. 06 12. 65 10. 17 9. 03 9. 90 9. 68 9. 75 23. 26 20. 96 17. 20 21. 48 5 7 4 6 0. 75 0. 52 0. 48 0. 78 32. 34 32. 16 32. 92 32. 55 表4 山西省部分厂矿肥煤、 肥精煤主要质量指标 种类MtAdVdaf 焦渣 特征 St, dQgr, dMJkg21 嘉乐泉矿 炉峪口矿 镇城底洗煤厂 马兰矿选煤厂 辛置洗煤厂 肥煤 肥煤 十级肥精煤 十级肥精煤 十级肥精煤 13. 80 13. 62 9. 22 21. 17 19. 92 9. 60 9. 25 10. 53 28. 32 27. 75 26. 53 27. 15 32. 18 6 7 7 7 7 0. 49 0. 56 0. 83 0. 80 0. 79 27. 20 28. 33 32. 77 32. 95 32. 17 表5 山西省部分矿区瘦混煤、 瘦精煤主要质量指标 种类MtAdVdaf 焦渣 特征 St, dQgr, dMJkg21 漳村矿 王庄矿 王庄矿 石圪节矿 五阳矿 瘦混煤 瘦混煤 洗瘦混块 瘦精煤 瘦精煤 4. 02 11. 94 11. 41 16. 95 17. 70 13. 75 10. 45 10. 06 16. 57 16. 89 16. 70 16. 79 16. 10 4 4 4 5 4 0. 30 0. 34 0. 33 0. 32 0. 36 29. 91 29. 51 31. 32 32. 90 32. 85 3 主要炼焦煤在炼焦上的作用和对焦炭质 量的影响 煤分为褐煤、 烟煤和无烟煤三种。 由于炼焦时很 少采用单种煤为原料,所以烟煤按采取比例的不同 都能被用于配煤炼焦。用多种煤配合炼焦时只需一 半以上是强结焦或强粘结性的煤,其余的用结焦性 较低的弱粘结煤。在炼焦过程中,主要炼焦煤如气 煤、 肥煤、 焦煤和瘦煤分别有着不同的结焦特性和 作用,是原料煤配煤影响焦炭质量的主要因素之 一。其它工艺条件,如加热速度、 煤料细度等也会影 响焦炭的质量。 3. 1 气煤QM对焦炭质量的影响 气煤是一种变质程度较低的炼焦煤,在我省的 炼焦煤资源中所占比例最大。气煤的挥发分指标较 高为28. 0～37. 0 ,粘结指数在50～65之间。由 于挥发分高,生成的焦炭呈长条形状,并且有很多纵 向裂纹,块度小,抗碎强度和耐磨强度均较差。一般 在配煤炼焦时多配入气煤,可增加产气率和化学产 品回收率,同时能增加焦炭的收缩度,减少膨胀压 力。 3. 2 肥煤FM对焦炭的影响 肥煤是中等及中、 高挥发分的强粘结性的炼焦 煤,它粘结隋性组分的能力非常强,在焦化过程中起 着类似骨架的重要作用,是配煤炼焦中的基础煤。 肥 煤的胶质层厚度大于25mm ,加热时能产生大量的 胶质体容易使焦炭的空隙率增大,强度降低。 在炼焦 配煤中,肥煤配比大时,应适当多配入瘦煤,或者多 配弱粘煤,这样有助于改善焦炭的质量,提高强度, 还能充分利用弱粘煤炼焦,因此肥煤是最宝贵的炼 焦煤资源。 3. 3 焦煤JM对焦炭质量的影响 焦煤是中等及低挥发分的中等粘结及强粘结性 的煤。挥发分 20. 0～28. 0 ,粘结指数 20～ 65,和挥发分 20. 0～28. 0 ,粘结指数 50～ 65,胶质层厚度≤25. 0mm的煤都是焦煤。 焦煤加热 时能产生热稳定性很高的胶质体,炼出的焦炭结焦 性好,快度均匀,裂纹少,抗碎强度和耐磨强度都很 高。但单独炼焦时,膨胀压力大,推焦困难。一般以 做为配煤炼焦使用较好。 3. 4 瘦煤SM对焦炭质量的影响 瘦煤是一种高变质低挥发的中等粘结性的烟 煤。粘结性指数在20～65之间,挥发分在10. 0～ 20. 0之间,瘦煤分子结构上的多聚芳香环系周围 的侧链和官能团少,开始断裂的时间长,因此瘦煤的 热分解温度高。焦化过程中能产生相当数量的胶质 体,形成的焦炭块度大、 裂纹少、 抗碎强度较好,但这 种焦炭的耐磨强度差。 在配煤中加入瘦煤,还可增加 焦炭块度。 4 炼焦用煤对煤质的要求 4. 1 配煤要有较强的结焦性或粘结性 煤的结焦过程是一个由很多环节构成的极其复 杂的工艺。煤的粘结性和结焦性是煤的极为重要的 性质。煤的粘结性是煤在隔绝空气受热后能否粘结 其本身和其它隋性物质即无粘结能力的煤成焦块 的性质;煤的结焦性是煤隔绝空气受热后能否生成 焦炭即焦炭的强度和块度等性能能否符合铸造焦 或冶金焦的要求的性质。 煤的粘结性强是煤的结焦 性好的必要条件。 弱粘结性的煤,其结焦性能一定很 低;没有粘结性的煤也就不存在结焦性。 4. 2 配煤的灰分要低 灰分是惰性物质,是煤中的主要杂质。 配煤的灰 分,在炼焦时不熔融、 不粘结也不收缩,能使煤的粘 结性变差,焦炭的裂纹增多,机械强度和耐磨强度都 会降低。 另外配煤灰分将会全部转入焦炭,降低了焦 炭的等级,而且在高炉炼铁时会增高焦比,降低铁产 量,增加排出量。 因此,炼焦用的原煤在配煤之前都应该进行洗 选。 洗选后的精煤不仅降低了灰分,而且还脱除了煤 中的大部分多孔丝炭和木质丝炭等不粘结的惰性组 分,从而使粘结成分镜煤和亮煤得到富集,大大提高 了炼焦煤的粘结性。 4. 3 配煤的硫分要低 硫是煤中有害元素,它分为无机硫和有机硫两 种。炼焦时煤中的硫分约70～80转入焦炭,炼 铁时又转入生铁中。用高硫生铁炼出的钢具有热脆 性,钢材中的含硫量大于0. 07 ,受热后容易发生 脆裂现象。 煤中的硫,特别是硫铁矿硫还能加速煤的 风化与自燃,煤经氧化后粘结性急剧下降。 通常煤中 的硫铁矿可以用洗选办法除去,而硫酸盐硫和有机 硫都无法除去。 4. 4 配煤的挥发分要合适 煤中的挥发分对焦炭的质量影响很大。配煤的 挥发分偏低,虽然有利于提高焦炭的机械强度和块 25煤 化 工 2000年第4期 度,但焦炭的耐磨性差。挥发分偏低可使化学产品 炼焦副产品回收率降低。反之,挥发分偏高,在炼 焦过程中,就有较多的裂解产物逸出,产生一个非常 大的应力作用于焦炭,从内向外发生崩裂,形成许多 细小的裂纹结构,导致焦炭的强度降低。 5 焦炭的合理配煤指标与煤资源的利用 在炼焦生产中,为了获得符合质量标准的焦炭, 必须控制影响焦炭性能的各种因素。从不同种类的 炼焦用煤的结焦性原理可看出,提高焦炭质量的关 键是配煤方案是否科学合理,以及一些工艺因素。 合 理的配煤指标还直接影响到整个焦化厂的经济效 益,因为原料煤的价格费用是整个焦化厂最主要的 成本指标。因此在制定配煤方案时要综合考虑资源 概况,做到优势互补,努力降低原料的费用,结合资 源配置和焦炭质量的要求,提出合理的煤控制指标。 5. 1 配煤的基本原则 1保证焦炭质量符合国家标准的有关要求。 2充分利用本地区现有资源,节约优质炼焦 煤。 3最大限度地实行区域配煤,做到合理运输, 防止煤车对流。 4加强质量监督,稳定配煤比例和配煤质量, 便于备煤操作和生产管理。 5力求做到降低装炉煤的成本。 5. 2 配煤灰分和硫分的估算 5. 2. 1 装炉煤灰分的估算公式 Ad装炉煤KAd焦炭 K 1002Vd装炉煤 1002Vd焦炭 a 式中Ad装炉煤装炉煤干基灰分, Vd装炉煤装炉煤干基挥发分, Ad焦炭焦炭的干基灰分, Vd焦炭焦炭的干基挥发分, K产出焦质量与装炉煤质量之比 a校正值, 1. 0～1. 5 由于配煤灰分全部转入焦炭,配煤灰分高,则焦 炭灰分也高,一般焦炭灰分为配煤灰分的1. 3～1. 4 倍,我国规定一级冶金焦炭灰分不大于12. 00 ,按 装炉煤挥发分为25计算,用装炉煤灰分的估算公 式算出配煤灰分不大于9。 5. 2. 2 装炉煤硫分的估算公式 式中St装炉煤 k △sS t焦炭 St装炉煤装炉煤的硫分, St焦炭焦炭的硫分, K全焦率; △s为炼焦过程中转入焦炭的硫的质量比。 前面提到,配煤中的硫70～80将进入焦 炭,我国规定一级冶金焦硫分不大于0. 60 ,根据 装炉煤硫分估算公式计算出配煤的含硫量不应大于 0. 66。 5. 3 生产冶金焦和铸造焦的合理配煤指标 冶金焦配煤应符合的指标 1水分8以下; 2灰分根据焦炭质量的要求,按入炉煤灰分的 估算公式计算; 3挥发分应保持在22～25; 4硫分根据焦炭质量的要求,按入炉煤硫分的 计算公式计算; 5胶质层厚度Y值17mm～25mm; 6粘结指数GR. I在65以上; 7配煤的粉碎细度为0mm～3mm ,粒度的煤 的质量占全部煤料重的80～85。 铸造焦配煤应符合的指标是二级铸造焦相当于 一级冶金焦的配煤,一级铸造焦相当于特级冶金焦 的配煤。另外气孔率应符合铸造焦要求。 6 结束语 焦炭是冶金、 化工、 机械制造行业的重要原料和 燃料。我国炼焦煤中低硫低灰的主焦煤、 强肥煤、 好 瘦煤资源相对短缺,众多土焦生产全部耗用优质炼 焦煤,吨焦耗煤比机焦高200kg～600kg,因此,重要 的是要保护好宝贵的焦煤资源。 同时,要积极拓宽利用非炼焦煤炼焦。 基于冶金 工业的现状和长远的观点,生产优质价廉冶金焦才 能增强山西煤炭工业产品在国外市场上的竞争能 力。 世界各主要产煤国家为充分利用本国煤炭资源, 特别是低粘结性或高挥发分煤代替部分焦煤,已经 研究出了捣固炼焦和型焦技术。我国非炼焦用煤储 量为1 056. 11亿 t, 其中弱粘煤储量为92. 90亿 t, 具有很大的挖掘潜力,有必要加强这方面的应用技 术的研究工作。 收稿日期 20002052 09 352000年11月 薛 峰主要炼焦煤对焦炭质量的影响及其要求