影響焦化過程的因素

中國是世界上首次生產焦碳生產的國家，也是世界上生產焦碳生產和供應的中心。根據焦化行業資料顯示,2010年全球焦炭產量6.3億噸,全國生產焦炭3.88億噸,生產量已經達到世界產量的62%,我國年焦炭產能4.4~5億噸,產能閑置近億噸,目前,接近40%的焦化企業虧損,由于焦炭產能過剩,市場競爭激烈,提高焦炭質量是擺在焦化企業面前的緊迫任務。1影響焦焦質量的因素1.1煉焦煤巖學理論原煤質量的好壞是能否制得優質焦炭的關鍵,從結焦性來看,焦煤熱分解時,熱穩定性高,膠質體數量多,粘性大,固化溫度較高,半焦收縮量和收縮速度均較小,焦煤煉出的焦炭不僅耐磨強度高、焦塊大、裂紋少,而且抗碎強度也好,焦煤是最好的能煉制出高質量焦炭的煤。按煤巖學理論,結焦過程中并非煤粒互熔成均一的焦塊,而是活性物和惰性物之間進行界面反應。適宜的惰性含量可以獲得氣孔率低的焦炭,而且焦炭與CO目前,因焦煤資源緊缺,單獨使用焦煤煉焦,不能充分利用煉焦煤資源,而且容易造成推焦困難,損壞爐體。配煤時,焦煤的配入量可在較寬范圍內波動,且能獲得強度較高的焦炭。配入焦煤的目的是增加焦炭的強度,提高焦炭質量。1.2降低焦炭質量煤料的堆密度及均勻性增加、預熱后裝煤(200℃)等,經實驗證明焦炭的氣孔率能降低3%左右,使焦炭的比表面積減少,進而低焦炭的反應性。1.3焦化作用焦炭質量也與煉焦條件有密切關系。在裝爐煤性質確定的條件下,煉焦條件是影響結焦過程的主要因素。1.3.1結焦時間裝爐煤水分對結焦過程有較大影響,水分增高將使結焦時間延長,通常水分每增加1%,結焦時間延長20min,不僅影響產量,也影響煉焦速度,同時影響焦炭質量。1.3.2升溫速度的影響它是指炭化室平均寬度與結焦時間的比值。煉焦速度反映炭化室內煤料結焦過程的平均升溫速度,根據煤的成焦機理,提高升溫速度可使塑性溫度間隔變寬,流動性改善,有利于改善焦炭質量。但是在室式煉焦條件下,煉焦速度和升溫速度的提高有限,所以其效果僅使焦炭的氣孔結構略有改善,而對焦炭顯微組分的影響則不明顯。1.3.3提高焦炭質量提高煉焦最終溫度,使結焦后期的熱分解與熱縮聚程度提高。有利于降低焦炭揮發分和含氫量,使氣孔壁材質致密性提高,從而提高焦炭顯微強度、耐磨強度和反應后強度。但在氣孔壁致密化的同時,微裂紋將擴展,因此抗碎強度則有所降低。1.3.4改變焦炭的微觀性質焦餅成熟后適當延長燜爐時間,同樣有利于提高結焦過程的熱聚合程度,促進焦炭石墨化程度的提高,也有助于改善焦炭的微觀性質。近年來,隨著干熄焦技術的使用,日本提出先中溫干餾(700~800℃),中溫半焦在干熄焦預存室再加熱,使焦炭成熟,以達到改質的效果。2原材料的選擇和預處理2.1提高焦炭質量原料煤質量的好壞直接決定著焦炭質量。為穩定和提高焦炭質量,焦化企業應嚴把原料煤進料質量關,加強原料煤抽檢力度,確認原料煤質量,針對質量波動較大或有其他問題的特殊煤種,建立特種專用煤倉;焦化企業還須加強對單種煤和配合煤巖相分析的研究。煉焦煤的性質是決定焦炭質量因素,選擇適當的煉焦煤及其配比是提高焦炭質量的首要措施。配合煤的性質與煤料預處理工藝以及煉焦條件相適應,保證煉出的焦炭符合規定質量指標,滿足用戶的要求;焦爐生產中,炭化中期不要產生過大的膨脹壓力,在炭化末期要有足夠的收縮度,以避免推焦困難和損壞爐體;充分利用本地區的煤炭資源;在可能的條件下,適當多配一些高揮發分的煤,以增加化學產品的產率;在保證焦炭質量的前提下,多配氣煤等弱黏結性煤,盡量少用優質煉焦煤,做到合理利用煤炭資源;當配合煤達不到相應要求時,可添加黏結劑或瘦化劑進行調整。北焦、太原煤炭氣化等單位在部分爐組上采用適當多配低灰、低硫、強粘結性煤的方法煉制優質焦炭(灰分<10.5%),創造了可觀的經濟效益。高爐冶煉技術的提高,焦炭質量——灰、硫、冷強度和熱強度穩定要求也進一步提高。傳統的經驗配煤由于不能很好地實現從定性到定量的轉化,尤其是對熱強度的控制難以奏效,采用煤巖學配煤是解決這一問題的有效方法,運用煤巖學指導煉焦的理論研究,焦炭強度預測的理論研究以及焦炭的宏觀和微觀性質、冷態和熱態強度以及新的成焦理論的研究等。2.2炭化室米搗固焦項目將煉焦煤在爐外搗固,使其堆積密度提高到950~1150kg/m近年來,我國搗固煉焦技術得到了長足發展,炭化室高5.5米搗固焦爐已推廣應用,黑龍江省七臺河寶泰隆98萬噸搗固焦項目,已于2010年5月投產,現已經初見成效。搗固焦爐可以大量配用價格較低的氣煤、1/3焦煤、瘦煤,明顯降低了煉焦配煤成本,合理利用了煤炭資源,為企業帶來了良好的經濟效益和社會效益。3改質劑和粘結劑的用量配型煤工藝是將一部分煤料在入爐前配入黏結劑壓成型塊,然后與散狀煤料配合裝爐。由于煤料堆積密度的提高和粘結劑對煤料的改質作用,可顯著改善焦炭質量。焦炭質量在一定范圍內隨型煤配入量的增加而提高,如果保持焦炭機械強度不變,則可增加10%~15%的弱粘結性煤的用量。如寶鋼所在的華東地區,弱粘結性氣煤幾乎占78%,為在煉焦用煤中多配入弱粘結性氣煤,寶鋼從日本引進了配型煤技術,取得了較好的經濟效益。4提高焦炭質量煤調濕工藝是20世紀80年代的技術。煤調濕是“裝爐煤水分控制工藝”的簡稱,是通過加熱來降低并穩定、控制裝爐爐煤水分,減少裝爐煤水分波動,經煤調濕后,配煤水分控制在6%左右。煤調濕技術能降低煉焦耗能、穩定焦爐操作、減少煉焦污水、延長焦爐壽命,具有顯著的節能、環保,有助于提高焦炭質量(包括冷態強度和熱態強度)、焦爐生產能力可提高7.7%,裝爐煤散密度提高4%~7%,轉鼓指數D150提高0.8%~1.5%。利用煤調濕技術可以提高焦爐生產能力、降低煉焦耗熱量、提高焦炭質量、減少環境污染、穩定焦爐操作等效果。目前,日本煤調濕多采用干熄焦所產蒸汽直接加熱的工藝設備或用煙道氣直接流化干燥的流化床干燥器。我國也有多家單位在開發該項技術和相關設備并已取得明顯進展,相關單位應加強合作、加大對該技術的開發力度,爭取該技術早日應用于生產。5粉碎方法的選擇選擇粉碎。根據煉焦煤中煤種和巖相組成在硬度上的差異,按不同粉碎度的要求,將粉碎和篩分(或風力分離)結合,使煤料粒度更加均勻。由于煤粒分離方法上的差異,選擇粉碎又可分為機械選擇粉碎和風力選擇粉碎。風力選擇粉碎不僅在生產能力、投資、能耗、運行等方面顯著優于機械選擇粉碎外,還可以分離出大顆粒煤及把密度大的惰性組分和灰分高的煤分離出來,使之粉碎的更細,使裝爐煤的粒度分布和細度合理,提高了煤料堆密度,從而提高了焦爐產量,改善了焦炭質量。6添加活性添加物對煉焦煤的粘結性以及反應機理這是在裝爐煤中配入適量的粘結劑和抗裂劑等非煤添加物,以改善其結焦性的一種煉焦煤準備技術措施。根據添加物活性的物理、化學特性及反應機理,研究添加各種活性添加物對改善煉焦煤粘結能