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10-14M,门式抓斗起重机为7-9M,桥式抓斗起重机一般为7-8M。
5.煤的储放时间不能过长,以免氧化。特别是低变质程度的煤气孔率高,吸附氧多,更易被氧化。煤的矿物质中含有FeS2,它与空气中的氧和水汽可发生如下反应
2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4+Q
该反应使煤块破碎,煤的表面积增加并放出热量,故增加了煤的氧化。煤被氧化后,其结焦性变差,发热量降低,挥发分、碳和氢的含量降低,氧的含量和灰分增加,燃点降低,对炼焦不利。若存放的时间过长,煤氧化所产生的热量不能很快散发,易发生自燃。因此,堆各种煤应规定允许的堆放时间,并按计划取用。煤的氧化除和煤种有关外,还和气温及煤场的通风条件有关。为了控制氧化,应定期检查煤堆温度,将煤堆温度控制在50摄氏度时应立即散开煤堆,以防自燃。根据鞍钢和武钢的生产实践,各种煤允许的储存时间如下表
煤 种 气 煤 堆煤季节 冬季 夏季 肥 煤 冬季 夏季 焦 煤 冬季 夏季 瘦 煤 冬季 夏季 堆煤类型 露天 露天 露天 露天 露天 露天 露天 露天 储存时间/天 50 60 60 80 60 90 90 150 2.2煤料捣固
中国炼焦煤分布不均匀,大部分地区高挥发份弱粘结性煤较多,肥煤和焦煤较少,要炼出符合高炉冶炼要求的高质量焦炭,就地取材往往品种不全。所以,针对当地煤质特点,改进炼焦配煤技术,扩大炼焦煤源,对煤炭资源的综合利用及促进中国的炼焦工业的发展具有重要意义。
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捣固炼焦是利用弱粘结煤炼焦的最有效加工方法。捣固炼焦时将配合煤在入炉前在捣固机的内捣实成体积略小于碳化室的煤饼后,从焦炉机侧推入碳化室内炼焦的方法。
将炼焦煤料在炉外捣固,使其堆积密度提高到950~1150kg/m3,一般可使焦炭M40提高1~6个百分点,Ml0降低2~4个百分点,CSR提高1~6个百分点。在焦炭质量一定的情况下,煤料捣固还可以多配15%~20%的弱粘结性的气煤、气肥煤,合理利用我国煤炭资源。
我国自行开发的5.5米捣固焦炉,已在云南曲靖投产,并正在金马、旭阳、日照、神华二期和宝丰设计施工。中冶焦耐开发的世界最高的6.25米捣固焦炉已在唐山佳华设计施工,预计2008年8月底投产,它将使我国的捣固炼焦技术迈向一个新台阶。中冶焦耐还成功地将炭化炭高4.3m、宽450mm的80型顶装焦炉和炭化炭高4.3m、宽500mm的顶装焦炉改造成捣固焦炉,为现有顶装焦炉的改造创造了条件。现在我国已投产的捣固焦炉已超过260座,炼焦生产能力已接近7000万吨。
2.3煤压块
将炼焦装炉煤的一部分进行压块成型,与其余散状煤料混合装炉炼焦,可通过提高装炉煤散密度,显著改善焦炭质量。装炉煤散密度随型煤配入量的增加而增加,当配人量为30%~50%时,装炉煤散密度可达最大值(800kg/m3)。一般地,焦炭质量在一定范围内随型煤配人量的增加而提高。另外,如果保持焦炭机械强度不变,则可增加10%~15%的弱粘结性煤的用量,扩大煤料的使用范围,其经济性是显而易见的。宝钢是我国唯一一家采用配型煤压块炼焦的焦化厂,其一期、三期均配置有型煤压块装置,在实际生产中,其入炉煤配人15%~30 %的型煤压块。武钢、鞍钢为采用型煤压块技术进行了可行性研究或方案比较。
2.4优化煤的粉碎工艺
炼焦用煤的粉碎和粒度组成对焦炭质量影响较大。不应当把各种煤先混合再去粉碎,要根据不同煤种(岩相组成的硬度差异),按不同粒度要求进行粉碎和筛分(可使用机械或风力)。对于硬度较高的气煤等煤种要细破碎,对于易粉碎的焦煤和肥煤可有较大的粒度。不同煤种,分组进行粉碎,提出不同粒度要求,这
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叫做选择粉碎煤工艺。这种工艺能够提高煤的结焦性和减少焦炭裂纹,进而提高焦炭质量。要通过试验,优化出本企业的最佳配气煤度的方案,来指导炼焦优化生产。我国炼焦配煤中难破碎的气煤配比较高,要重视对气煤的细粒度要求,是可以获得较好的经济效益。我国已开发出不同煤种配煤后焦炭性能预测的软件。
第三章 煤的调湿与配添加剂
3.1煤的调湿
煤的调湿是将煤在装炉之前除掉一部分水分,并要保证水分低,且稳定。一般控制水分在6%左右。脱湿有显著的节能、环保和经济效益,同时可以提高焦炭质量。如煤的水分能稳定在6%左右,其焦炭产量可提高7.7%,装炉密度可提高4%—7%,转鼓指数D150提高0.8%—1.5%。煤脱湿可使用流化床技术,用焦炉烟道气与湿煤进行热交换;也可以使用干熄焦发电机抽出的蒸汽为热源,在回转式干燥机(多管)内间接热交换。
3.2塑性成焦机理
塑性成焦机理(plastic mechanism of coke- making)煤的成焦机理的一种。炼焦煤高温干馏 时经胶质体阶段而转变成焦炭的一种假说。炼焦煤加 热时,其有机质经过热分解和缩聚等一系列化学反应, 通过胶质体阶段(也称塑性阶段),发生粘结和固化而 形成半焦。半焦进一步热缩聚,生成焦炭,在这个过 程中,由于半焦收缩而形成裂纹。由煤转变成焦炭的关键是胶质体的形成。 煤的成焦过程炼焦煤在隔绝空气下加热,其有机质随温度的升高而发生一系列变化,形成气态(煤 气)、液态(煤焦油)和固态(半焦或焦炭)产物。煤的成焦过程可分为三个阶段:(见图)第一阶段(常温 至300℃)是煤的干燥脱气阶段。在此阶段首先释放出 吸附在煤表面的气体和水分;当温度低105℃时释 放出非结合态的水分;在温度达200℃时完成脱除吸附气体过程,主要析出的气体是CH4、CO和N2。第二阶段(300-600℃)以解聚和分解反应为主,煤粘结成半焦。一般,烟煤在300℃后开始软化,伴随有煤气和煤焦油析出,在450℃析出的煤焦油量最大,而在450-600℃析出的气体量最多;中等煤化度的烟煤在这阶段经历软化、熔融、流动
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和膨胀而到固化,在此 期间的一定温度范围内生成气、液、固三相共存的胶质体。第三阶段(600-1000℃)是半焦变成焦炭的阶段。在此阶段以缩聚反应为主,产生大量煤气(以HZ为主),半焦经收缩形成有裂纹的焦炭。
烟煤成焦过程的化学反应包括裂解和缩聚两大类反应。裂解反应有四类:(l)煤的结构单元之间最薄弱的桥键(如一CH:一、一CH2一CH2一、一、一CH2一一、一S一S一等)受热后裂解生成自由基“碎片”;(2)煤中的脂肪侧链裂解生成气态烃(如CH;、CH2。和C等);(3) 含氧官能团(如—OH、—C~O和—COO—等)裂解生成 CO2、CO和H2O;(4)煤中具有脂肪结构的低分子化合物受热后不断裂解,生成挥发性产物。上述热解产物统称为一次分解产物。在炼焦炉中,析出的这些产物又遇到更高的温度,而发生二次热解反应。该反应包括芳构化、加氢、缩合反应和进一步的裂解反应。煤在热解的前期以裂解反应为主,后期则以缩聚反应为主。但这两类反应并不是截然分开的。缩聚反应发生 在两个阶段:(1)胶质体再固化中的缩聚反应,包括 热解生成的自由基之间结合,液相产物分子间、液相 与固相之间以及固相内部的缩聚反应等,这些反应约在550~600℃之间完成;(2)从半焦到焦炭的缩聚反应,包括芳香结构脱氢缩聚、多环芳烃之间的缩合。随 着温度升高,芳香层面积增大,芳香簇尺寸变大。粘结机理烟煤加热到50一500℃时,煤中有机质分子激烈分解,侧链从缩合芳环上断裂并进一步分解。热分解产物中,分子量小的呈气态;分子量中等的呈液态;而分子量大的、侧链断裂后的缩合芳环 (变形粒子)和热分解时的不熔组分则呈固态。气、液、 固三相组成胶质体。随着温度升高(450~550℃),胶质体的分解速度大于生成速度。一部分产物呈气体析出后,另一部分则与固态颗粒融为一体,发生热缩聚而固化生成半焦。热缩聚过程中,液态产物的二次分解产物、变形粒子和不熔组分(包括灰分)结合在一起,生成不同结构的焦炭。煤的粘结性取决于胶质体的数量和性质。如果胶质体中液态产物较多,且流动性适宜,就能填充固体颗粒间隙,并发生粘结作用。胶质体中液态产物的热稳定性好,从生成胶质体到胶质体固化之间的温度区间宽,则胶质体存在的时间长,产生的枯结作用就充分。因此,数量足够、流动性适宜和热稳定性好的胶质体,是煤粘结成焦的必要条件。通过配煤可以调节配合煤的胶质体数量和性质,使之具备适宜的粘结性,以生产所要求的焦炭。 收缩机理当半焦从550℃加热1000℃时,半焦内的有机质进一步热分解和
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热缩聚。热分解主要发 生在缩合芳环上热稳定性高的短侧链和联结芳环间的 碳链桥上。分解产物以甲烷和氢气为主,无液态产物生成。越到结焦后期,所析出的气态产物的分子量越小,在750℃后几乎全是氢气。缩合芳环周围的氢原子脱落后,产生的游离键使固态产物之间进一步热缩聚,从而使碳网不断增大,排列趋于致密。由于成焦过程中半焦和焦炭内各点的温度和升温速度不同,致使各 点的收缩量不同,由此产生内应力。当内应力超过半 焦和焦炭物质的强度时就会形成裂纹。由热缩聚引起 碳网缩合增大和由此而产生焦炭裂纹,是半焦收缩阶 段的主要特征。煤的挥发分越高,其半焦收缩阶段的 热分解和热缩聚越剧烈,所形成的收缩量和收缩速度 (见半焦收缩系数)也越大。各种煤的半焦收缩量、最大收缩速度和最大收缩温度是不同的,可以通过配煤和加入添加剂调节和控制,以获得所要求的焦炭强度和块度。
3.3配添加剂
在炼焦煤中适量配入粘结剂、抗裂剂等非煤添加剂,可以改善煤的结焦性能。配入粘结剂工艺适用于低流动性的弱粘结性的煤种,可以改善焦炭的机械强度和焦炭的反应性。抗裂剂使用工艺适用于高流动性的高挥发性煤种,可增大焦炭块度,提高强度、改善焦炭气孔结构,提高焦炭反应后强度。我国一些焦化厂用无烟煤(或焦粉)作为抗裂剂,其技术要求是寻找最佳粒度、配量、混匀方法等。这样可以扩大炼焦煤源或减缓半焦收缩,增大焦炭块度。
3.3.1添加改制粘结剂炼焦
由于优质炼焦煤短缺,造成炼焦煤料中粘结组分的比例下降,惰性组分相应增加,必然导致焦炭质量下降。若添加适当的添加剂或人造煤来补充低流动度配合煤的粘结性,就可以提高焦炭质量。
1.粘结剂的种类 配入的粘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。日本等国家使用的粘结剂类型和性质如下图所示。
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