應用煤巖學

在煉焦生產中的應用石焦集團王寧主要內容概述石焦的情況對應用煤巖學配煤原理的理解應用注意的問題一、概述應用煤巖學是近代煤化學的重要組成部分。它通過測定煤的顯微組分組成及各顯微組分性質，客觀地反映出來了煤的有機成分的復雜混合體的豐質，應用于煤分類和煤加工工藝．取得了顯著成果。在煉焦工業中，應用煤巖學豐富了配煤理論和焦炭質量預測理論，提高了配煤煉焦技術。尤其是發現了小球體和形成中間相概念后，奠定了最有說服力的成焦機理的新理論，大大推動了現代煉焦工業技術的進步。應用煤巖學已成為一門獨立的學科。煤巖學，不僅僅是幾個指標問題，更重要的煤巖學內涵，煤巖學的研究方法，應將煤巖學提高到理念高度，將煤巖學貫穿于煉焦生產的各個環節。我們要用煤巖學的理念和研究方法，來揭示焦炭生產過程的本質，來解決煤焦生產出現問題。實踐證明，焦炭質量出現問題，絕大多可以用煤巖學的觀點解釋并解決。用煤巖學方法對成焦機理的研究，可以大大推動煉焦配煤技術的進步。所有先進的配煤方法，都離不開應用煤巖學的理論指導。如大同等弱粘煤的廣泛應用。二、石焦的情況石焦集團，自1996年起，就與鞍山科技大學周師庸教授合作開展了《應用煤巖學在煉焦生產中的應用》研究課題，取得了顯著的經濟效益和社會效益。2000年該課題通過了由煤炭科學研究總院北京分院、河北理工大學、鞍山科技大學等地的知名專家主持的省級鑒定，獲省科技進步二等獎，省冶金科技進步一等獎。當時的立項背景：1)進廠精煤的混洗混配;2)傳統的依靠G值、Y值已無法滿足控制焦炭質量的需要。其主要工作內容包括：1)控制來煤質量—將煤巖指標納入合同考核。主要是焦煤;目前，除焦煤，所有煤種都有混洗混配現象。最為麻煩的是，無煙煤等非煉焦煤的配入。盡管從總體配煤而言，配入量少，但可以影響全局。2)合理堆放煤種;——堆入同一堆的煤必須靠近這一堆煤的Rmax的中心值;同一堆煤各煤的反射率分布圍成的面積必須大部分重合3)優化配煤方案——理想的配煤方案反射率分布圖是連續的，平滑斜降的，不應有明顯的凹口，特別是1.0～1.2附近。平均最大最小正離差負離差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％;實施前后對比：2003石焦與北京煤科院合作的“焦炭反應性及反應后強度影響因素及預測模型的研究”項目，也是煤巖學的理論基礎上進行的，得到單種煤煉焦所得焦炭的CRI、CSR的回歸方程為:式中：式中CRI式中復相關系數為平方r2=0.862(即r=0.928）通過對x1

、x2、x3的顯著性檢驗檢驗，F1＝69.94，F2＝27.37，F3＝74.77。CSR式中復相關系數為平方r2=0.898(即r=0.948）通過對y1

、y2、y3、y4的顯著性檢驗檢驗，F1＝77.19，F2＝51.2，F3＝85.28，F4＝50.52。可見，對于CRI反應性指數即煤的最大鏡質組平均反射率與塑性溫度區間的組合項x3項影響最大，煤巖組成與溫差組合x3項次之，而堿x2影響較小。以CSR影響較大的是y3，即堿金屬的含量。堿金屬對于炭融反應有催化作用，但這種催化作用影響大的是焦炭的各項異性炭。其次是煤的G值，而煤的G值不是一個獨立因子。在此后，石焦獨立開展的有關煤焦的課題，都是建立在煤巖學理論的基礎之上。有成功的經驗，也有失敗的教訓。例如：配焦粉研究——通過大量的試驗焦煤，無論對焦粉怎樣處理，最后的結果，不得不細粉碎。粉碎改造的論證——為了減少入爐煤中小于0.2mm，擬對粉碎工藝進行改造，即先對配合煤用弛張篩篩分，僅對篩上物進行粉碎，然后與篩下物混合送入焦爐煤倉，結果，弛張篩尺大（10mm)時，對焦炭質量會有不良影響。尺寸小時（如4mm），雖對焦炭質量沒有影響，但實際生產中難以實現。其原因：與入爐煤中惰性物質的尺寸有關。三、對煤巖學配煤原理的理解在企業中，深入了解煤的結焦機理，是必要的，煤巖配煤的深入理解，可以提高企業的配煤水平，對于煉焦生產出現的諸多異常情況，可以用煤巖學的方法解決。以下是我對煤巖學配煤原理的理解。1)煤不均一的物質。即根據的同的顯微組分在結焦過程中所起的做用不同，將它們劃分為活性組分的惰性組分。2)活性組分和惰性組分必不可少。如混凝土的水泥和砂石。對于惰性物質，必須細粉碎。惰性物質細粉碎，參與氣孔壁的形成，是氣孔壁的骨架，可以減少半焦后收縮裂紋的生成。當惰性組分足時，主要影響焦炭的M40原因。當活性組分不足時，膠質體產生的量少，所得到的焦炭結構疏松，開形成的開放氣孔多，影響焦炭的M10和CRI。這些可以用肉眼就可以觀察到。G、Y、V焦渣特征對和焦炭質量相關性不好，我以為尤其是有不融性煤參與的情況下，就是在測定這結指標時，沒有反應出惰性物質的在實際生產中的粒度分布有關。3）活性組分質量不均一關于膠質體的質量。對于膠質體質量，很重要的一點就是塑性溫度區間。塑性溫度區間，在測定奧亞、基氏流動度時等到，在測定Y值時，也可以有所反應。Y值只能反應膠質體的數量（對氣肥煤，有夸大現象），但不能反膠質體的質量。反應膠質體質量最合適的指標，就是煤的反射率分布。當變質程度R＝1.1時，質量最好，其塑性溫度區間寬，適應性好。在加熱速度會對膠質的塑性溫度區間產生影響。加熱速度，會使煤的塑性溫度區間變寬。石焦引進的40kg試驗焦爐模擬性不好，經分析，其原因就是加熱速度慢造成，經調整，已解決。一焦化廠，焦炭質量差，通過提高標準溫度，解決。。3)煤粒結合，不是簡單的互融，而是煤粒間的界面反應。正因如此，參與配煤的所有煤種必須有連續的塑性溫度區間，理想的配合煤反射率分布必須是連續的，最忌諱的是在1.0~1.2位置出現明顯的凹口甚至斷口。在結焦過程中，只有保證良好的塑性溫度區間，方能保證良好有因而反應。不同的煤種在一起加熱時，不同變質程度的煤的塑性溫度區間是不一樣的，這就是煤的交互作用。G值、Y值的加合性不好，就可能與此有關。4)關于焦炭質量焦炭的M40和M10。M40主要是取決于焦炭裂紋，M10主要取決與煤的膠質體的質量。裂紋的生成與惰性物質不足有關外，還與惰性物質的粒度有關。M10除受當膠質體質量差影響外，還與焦炭惰性物質不足有關。搗固煉焦對改善M10總是有好處的，但對M40卻有區別，所以搗固煉焦對煤粘結性的要求不能太高。CRI和CSR焦炭在1100℃與CO2反應，正好處于反應動學向分子擴散學過渡階段，所以CRI受反應速度和分子擴散速度共同影響。反應速度由焦炭的顯微決定。搗固煉焦所得焦炭視比重大，氣孔率低，在一定程度上可以降低焦炭的CRI，這需要通過試驗而進行進一步研究。推焦電流的問題推焦電流，除了操作和焦爐本身的原因外，最重要的，還是煤的關系。焦爐的原因如：機側裝煤缺角，爐墻石墨，爐框變形，加熱制度的原因外，主要還是由煤決定的。排除焦爐操作的原因外，可以著手從以下兩方面來考慮：焦餅的收縮，裂紋，平行于爐墻的橫裂紋過多，焦炭偏碎，也可以影響推焦電流焦炭質量的預測。盡管許多單位在時行配煤專家系統的研究，目前，最終還離不開人的干預。影響焦炭質量的因素太多，有時不經意的一個環節，就可以對焦炭質量造成較大的影響。同時，對于目前的焦化企業，煤源結構復雜，煤質波動不穩定，同時企業的生產很難做到長時期內穩定，所以，目前還不能說算成熟，但也是一個發展趨勢。四、應注意的幾個問題煤巖設備的自動化問題。雖目前還無法完成對煤的顯微組分的測定，但已經實現對煤的鏡質組最大平均反射率及反射率分布的測定，其測定精度，已經完全滿足國要求，更能滿足企業需要。在國內，煤巖自動分分析系統，已經有十余年歷程，十余年間，也在不斷科學完善，在國內數十家企業已經推廣。其最大的優點，效率高，勞動強度小，對于反射率及反射率分布測定，對于測定者的專業知識要求門坎，可適當放寬，這一點對于企業非常重要。在焦化企業中，最需要最基礎的煤巖測定項目就是煤的鏡質組最大平均反射率和反射率分布。這樣，對于煤巖基礎薄弱的，可以先入門，再深造，通過積累和交流學習，再逐漸提高。目前，自動化系統，可以實現的功能主要包括：煤的鏡質組反射率及半自動煤的鏡質組反射率及 反射率分布的測定，煤的顯微組分的測定，焦炭的光學組強的測定等等，而手動系統與自動系統相比較而言，無論測定煤的反射率、反射率分布還是測定對測定都要求要有相應的扎實煤巖基礎理論，需要長時間的學習，對于非焦化專業的人而言，更是困難吃力。在焦化生產企業，往往需要每天需要測定數個甚至數十個樣品，對于自動系統而言完全可以實現，對于手動，那是不可想象的。全自動測定人工測定勞動強度小大效率2~4小時10分鐘（10000點）測定點數250個幾千個人的要求相對較低相對較高人為誤差無有混煤判定自動完成不能自動完成測定精度達到國標要求達到國標要求測定鏡質組反射率時全自動系統人工系統的比較對于煤巖學不能寄以過高的期望。因為在焦化企業最經常最基礎測定的煤的鏡質組平均最大反射率、反