工业用煤质量要求简介

2017-01-10  来自: 鹤壁市银华仪器仪表有限公司 浏览次数:492

3、工业用煤质量要求简介 一、煤焦用煤对煤质的要求
1 、单种炼焦煤的结焦特性及其在配煤中的作用
(1)气煤.气煤在加热时能产生较多的胶质体.但这种胶质体的热稳定性差,容易分解。气煤由半焦转变为焦炭时,产生大量挥发物:因此收缩度大,形成焦炭纵裂纹多,块度小,机械强度名日氏。但在配煤中配入气煤,可以音化工产品的回收率.降低煤的膨胀压力。
( 2 )肥煤.肥煤在加热时能产生大量胶质体.热稳定性较好.成焦时熔融性较好,但是由于肥煤成焦时,其内部应力未及时松驰。会产生较多的横裂纹。肥煤在配煤中的作用很重要。被认为是基础煤,因此它具有很强的粘结力,可以粘结一部分弱粘煤炼成强度较好的冶金焦炭。
( 3 )焦煤(通常称主焦煤)。炼焦煤具有中等挥发分与中等胶质层,单独炼焦时形成热稳定性很好的胶质体。能炼制成块大、裂纹少、耐磨性好的焦炭,在工业不发达时常用它单独炼焦。但在现代室式焦炉中用焦煤单独炼焦时,由于收缩小,膨胀压力大,造成推焦困难.甚至损坏焦炉。在配煤中它可以起到提高焦炭强度的作用。
( 4 )痰煤。瘦煤在加热时产生的胶质体t 少,形成的焦炭块度大,裂纹少,但不耐磨。在配煤中配入瘦煤可以增加焦炭的块度。

2 、焦炭在高炉炼铁中的作用高炉炼铁使用的炉料包括铁矿石〔天然矿石、烧结矿或球团矿)、溶剂(石灰石或白云石)和焦炭,炉料从炉顶依次分批装入炉内.焦炭在高炉炼铁中的作用可以概括为:
( l )提供热量.焦炭在焦炉风口前的回旋区内激烈燃烧,燃烧产生的热能是主炉冶炼过程中的主要热源。
( 2 )还原作用。焦炭是回旋区内姗烧生成的高温煤气。在上升过程中将热能供给炉料,使之与焦炭发生吸热反应,生成CO 和H2 ,随后CO 与铁矿石中的铁氧化物发生还原反应转化为金属铁.
( 3 )骨架作用。高炉冶炼过程都发生在煤气上升和炉料下降的相向运动和相互作用之中,整个料柱的透气性是高炉运行的关键。在料柱上部,焦炭起煤气流分配层的作用;在料柱中部.焦炭起骨架作用,支撑着已经熔融的铁矿石,使煤气正常上升:在料柱下部,高温下仍以固态块状存在的焦炭与已经成为液态的铁水和熔渣混在一起,成为煤气上升与铁水、炉渣下降的疏松骨架.

3 、焦炭质量标准
( l )抗碎机械强度(M40 ) ,指焦炭在转鼓中转动一定时间后,大于40mm的重量所点试样总质量的百分数。
( 2 )抗耐磨强度(M10 )。指焦炭在转鼓中转动一定时间后,小于IOmm 的质量所点试样.总质量的百分数。

4 、焦炭质量对高炉炼铁的影响
( 11 )抗碎强度M40 、抗磨强度M10 的影响,M40 每降1 % ,高炉利用系数降低3 %一4 % ,焦比(冶炼1t 生铁所消耗的焦炭的质量)增加1 . 3 %一5% , M10 每降低0 . 1 % , 高炉生产能力提高0 . 3 %一1 . 3 % ,焦比降低0 . 2 % -0.6 % .



〔2 )硫分。炼焦时,煤中的硫分约60 %转入焦炭,硫是焦炭中的有害杂传,能使生铁变脆。为了脱除焦炭过高的硫分,需增加溶液石灰石和焦炭的用量,从而降低了高炉的利用系数,使生铁产量下降,焦炭的硫分每提高0 . 1 % ,石灰石和焦炭的用量将分别增加3 . 7 %和1 . 8 % ,高炉生产能力降低2 %一 2 . 5 %。冶金焦的硫分规定不大于0 . 8 %。
( 3 )灰分。炼焦时,煤中的灰分全部转入焦炭,如精煤灰分8 % ,焦炭灰分就会达到12 %左右。焦炭灰分每提高1 % ,焦炭用量增加2 %一2 . 5 % ,溶剂石灰石的用量增加4 % ,高炉生铁产量降低3 % ,焦炭强度下降2 . 2 %。
( 4 )挥发分。根据焦炭的挥发分可以判断焦炭的成熟程度,挥发分大于1 . 5%的焦炭为生焦,小于0 . 5 %一众7 % ,表示炼焦过火,一般成熟适度的焦炭挥发分在1 %左右.
( 5 )水分。焦炭水分一般为3 %一7 % ,水分变动,影响计量并引起高炉炉况波动。
5 、主要炼焦工艺介绍
( 1 )配煤炼焦。是将气、肥、焦、瘦不同煤种的煤,按一定比例进行配比,在自然状态下由焦炉顶部装入焦炉进行炼焦的工艺.一般配比为气煤25 %、肥煤15%、瘦煤10 %、主焦煤和l / 3 焦煤50 % ,配煤后干燥无灰基挥发分在25%左右,我国武汉钢铁公司、莱芜钢铁公司、马鞍山钢铁公司、上海焦化厂等许多大型焦化企业均采用配煤炼焦工艺。
( 2 )捣固炼焦,即将配煤在捣固机内捣实成体积略小于炭化室的煤饼后,推入焦化室进行炼焦。煤料捣固后,一般堆密度可由散装煤的0 . 72t/m3 提高到0 .95 一1.15t/m3;因而煤粒接触致密,使结焦过程中胶质体充满程度大,并减少气体析出速度,从而提高膨胀压力和粘结性,使焦炭结构致密。但随着粘结性的提高,煤料结焦过程中的收缩应力加大;因此,对枯结性较好的配煤,所得焦炭裂纹增加,块度和强度均要下降.据此,对于气煤配量较多的配煤,在粉碎配入适当数量的瘦化组分(焦粉或瘦煤等)和少量焦、肥煤的条件下,可以得到抗碎和耐磨指标均较好的焦炭。捣固炼焦是近几年发展起来的一种新的炼焦工艺,可增加气煤或弱粘煤配比.气煤配比可配到65 %以上,配合后干燥无灰基挥发可在29 %一34 %之间,水分在9 %一11 % 之间,焦炭的强度较好。捣固炼焦适合在我国强粘结煤紧缺的国情,近几年发展较快,如青岛管道煤气公司、蒙西焦化及近几年新上的焦炉多采用这种工艺。
6 、炼铁高炉对焦炭质量要求
( 1 )配煤灰分。配煤中的灰分在炼焦后全部残留于焦炭中,成为生产冶金焦的主要质量指标之一:因此应当控制配煤的灰分。煤的成焦率一般在75 %左右。由于配煤中灰分全部转入焦炭中,所以焦炭的灰分要比配煤灰分高1.3 倍左右,在生产要求配煤灰分小于10 % .
( 2 )配煤硫分、硫分煤中通常以黄铁矿、硫铁矿和硫的有机化合物三种形式存在。通常分选一般只能除去黄铁矿硫。而配煤中的硫约有85 %90 %残留于焦炭中,因此配煤中的硫分越低越好,炼焦配煤的硫分一般应小于1 . 0 %。
( 3 )配煤挥发分.为了满足钢铁工业对冶金焦的需要,又能尽量多生产化学产品,项装机焦配煤干燥无灰基挥发分一般在25 %一30 %中.受资源限制,我国炼钢焦配煤中的气煤用量一般较高,有的焦化厂配煤挥发分达到32 %。近几年来,根据我国肥煤、主焦煤紧缺的资源情况,大力推广捣固炼焦新工艺,气煤配比可以达到75 % ,配煤干燥无灰基挥发分超过34 %。
( 4 )配煤的胶质层厚度。胶质层是表示煤在加热时产生液体的数量的指标.配煤中必须具有一定的液体物质来粘结其他不能熔融的物质,使之成为坚固的冶金焦炭。配煤对胶质体的要求厚度为15 一20mm.但某大型焦化厂多配气煤后的配煤胶质厚度仅为13 一14mm,也炼出了较好的冶金焦炭. 以上几个指标是依据单种煤的相应指标及配煤比例,按加权平均法计算的。
二、高炉喷吹和烧结用煤对煤质的要求
1 、高炉喷煤对煤质的要求高炉喷吹技术是将粉状煤和高炉热风一起从高炉风口喷入高炉,在风口前燃烧,产生热量和一氧化碳,作为高炉的热量和还原剂,代替部分焦炭进行高炉冶炼,从而节省焦炭。目前· 我国高炉平均喷吹量达到120kg/t 铁,宝钢高炉喷吹量达到260kg/t 铁,处于世界领先水平。
2 、高炉喷吹用煤应能满足高炉冶炼工艺要求和对提高喷吹量的置换比有利.以便替代更多的焦炭。高炉喷吹对煤质性能的要求及相关的指标有:工业分析指标、发热量、粒度及均匀性、可磨性、爆炸性、反应性、灰熔融性、燃点、煤岩结构、灰成分分析、比表面积和密度等。归结起来主要有以下方向.
( l )煤的灰分越低越好。灰分含量相同或低于使用的焦炭灰分,一般要求Ad l2.5 % ,我国目前喷吹的煤粉一般灰分含与焦炭灰分含量相当,或煤的灰分含量略大于焦炭灰分含量,在这两种情况下,喷吹煤粉形成的渣量要比全焦冶炼时大些;因为在两者灰分含量相同时,只有置换比为1.0 时,两者灰分形成的渣量相等,而在置换比大于1.0 时,喷吹煤粉灰分形成的渣量将大于置换焦炭形成的渣量,但这种差异也只点灰分形成渣量的一小部分.例如吨铁渣量在490kg/t 左右,喷煤比为150kg/t 左右,置换比为0 . 8 ,两者灰分比为13 %则增加的渣量为3 . 9kg/t 铁左右,占灰分形成渣量的10 % , 占吨铁总渣量的0 . 8 %左右,如果喷吹煤粉灰分高于焦炭灰分,则增加的渣量将多些,例如煤粉灰分为15 % ,则增加的渣为10.5kg/t 左右,增加的渣量占吨铁总渣量的2.15%, 所以要求喷吹煤粉的灰分越低越好。
( 2 )硫含量越低越好,煤的含硫量应与使用焦炭的含硫量相同(或低于),一般要求St< 0 . 61 %。若煤的含硫量高于使用的焦炭含硫量,为保证生铁质量,必须增加溶剂和燃料消耗.相应增加排渣量.
( 3 )胶质层厚度越小越好。Y < l0mm,这样可避免在喷吹过程中结焦、堵塞喷枪和风口影响喷吹和高炉正常生产.利用Y 值可以指导配煤炼焦、一般Y 值大的烟煤均用于炼焦,Y 值极低为O 的烟煤可作为高炉喷吹用煤,如果用Y 值大的煤来喷吹不仅浪费了炼焦煤,而且在高炉风口易结焦,造成风口烧坏或堵塞喷枪。
( 4 )煤的可磨性好,现高炉喷煤需要将煤磨到一定细度,可磨性好,则制粉消耗的电能就少,可降低喷吹费用,喷吹无烟煤时,粒度应小些,< 200 网目的应达到70 % 一80 % ;而喷吹烟煤粒度则可大些,< 200 网目的达到60 %一65 %即可,而内在水分含量高的烟煤,在高炉富氧率较高时,粒度还可产更粗些,例如欧洲一些高炉喷吹的这种烟煤平均粒度达到0.5mm。
〔5 )煤的燃烧性能好(即其燃点低,反应性好等)。可使喷入高炉的煤粉能在有限空间和时间内尽可能多的气化,少量未气化的煤粉也因反应性好而与高炉煤气中的C02 和H2 O 反应而气化,不给高炉冶炼带来麻烦,另外燃烧性能好的煤也可以磨得粗一些,即<200 网目所点比例小,这为降低磨煤能耗和费用提供了条件,高炉喷吹反应性好的煤,不仅可提高煤粉燃烧率,扩大喷吹量,而且风口区未燃烧的煤粉在高炉的其他部位参加了与CO2 的气化反应,减少了焦炭的气化反应.煤的气化反应活性比焦炭气化反应强得多,这就在煤种程度上对焦炭强度起到了保护作用。
( 6 )煤的发热量越高越好,喷入高炉的煤粉是以其放出的热量和形成的还原气体CO 、H2 来代替焦炭在高炉内提供热源和还性剂:因此煤的发热量越高,在高炉内放出的热量越多,置换的焦炭量也越多。总之,以喷吹煤的性能要求来对照生产用的各种煤,可以发现任何一种煤都不能达到全部要求.只能满足其中的1 一3 项。另外各种煤源由于产地远近、开采方法、运动方式等不同,其价格也不相同,为了获得较全面的喷吹效果和经济效果只有利用配煤才能达到。国内外配煤常用含碳量高、发热量高的无烟煤和挥发分高、易燃的长焰煤配合,使混合煤的挥发分达到20 %一25 % ,灰分在12 %以下,这样能充分发挥两种煤的优点以取得良好的喷吹效果。2 、烧结矿对煤质的要求烧结是将各种不能直接入炉的炼铁原料如精矿粉、高炉炉尘及硫酸渣等配加一定的燃料和溶剂,加热到l300 一1500 ℃ ,使粉料烧结成块状的工艺,是冶炼前原料准备的一个重要环节。在烧结料中,燃料占7 %( FC =3 %一5 % ) ,主要使用无烟煤,煤质要求是低灰、低硫、高发热量。根据烧结和高炉炼铁的工艺要求,供应烧结用煤的无烟煤的灰分应在12 . 5 %以下,硫分在D . 7 %以下。

三、发电用煤对煤质的要求
1 电厂锅炉按燃烧方式分类
( l )层燃炉。层燃炉有炉算(或称炉排),煤炭或其他固体燃料在炉算上的嫌料层内燃烧。燃烧所用空气由炉算下送入,穿过燃料层进行燃烧反应。部分未嫩尽的可嫩气体和被气流吹起的细粒燃料,仍可在嫩料层上的炉膛空间中继续燃烧。
( 2 )室燃炉。室燃炉中的燃料主要是在炉膛空间悬浮燃烧。这是电厂锅炉的主要嫩烧方式。在燃烧煤粉的室燃炉中.由于排渣方式不同,又可分为固态排渣煤粉炉和液态排渣煤粉炉。
( 3 )旋风炉。旋风炉是一个以圆柱形旋风筒作为主要燃烧室的炉子,气流在简内高速旋转,煤粉气流沿圆筒切向送入或由筒的一端旋转送入。较细的煤粉在旋风筒内悬浮燃烧,较粗的煤粒则贴在筒壁上燃烧.筒内的高温和高速旋转气流使燃烧加速,并溶化灰渣,形成液态排渣。旋风筒有立式和卧式两种,可嫩用粗煤粉和煤屑.
( 4 )火炬层燃炉,用空气或机械播撤方式把煤炭抛入炉膛空间,然后落到炉算上的燃烧方式称为火炬层然.实际上有些煤屑在炉膛空间完全燃尽;较大颗粒可能在空间内着火后落到煤层上继续燃烧,大的煤块则在落到煤层上以后才开始着火燃烧。这种炉子往往配以链条炉算,并且用于容量不大的锅炉。
( 5 )沸腾炉。沸腾炉也称流态化燃烧炉,这是一项正在发展的新炉型.炉子底部为一多孔的布风板,空气以高速穿过孔眼,均匀进入布风板上的床料层中.床层中的物料为固体颗粒和少量煤粒,当高速空气穿过时床粒上下翻滚,形成“沸腾”状态.在沸腾过程中煤粒与空气有良好的接触混合,燃烧快,效率高.床层内安置以水和蒸汽(或空气)为冷却介质的埋管,把床层温度控制为700-1000 。沸腾炉可在常压下工作,并正在研究在增压下工作的沸腾炉.由增压沸腾炉出来的高温高压燃气,除尘后可送入燃气轮机,而由埋管出来的蒸汽则送入汽轮机,这样就形成燃气一蒸汽联合循环。( 6 )循环流化床锅炉。循环流化床锅炉是在沸腾炉基础上发展起来的一种锅炉,其性能指标超过沸腾炉。循环流化床锅炉的特点是进一步细化煤粒,提高流化风速,在炉膛出口安装了高温分离器,使颗粒与气流分离,气流进入省煤器加热燃烧用空气,固体颗粒再送进炉膛流化燃烧,以此反复循环流化.
2 、电厂锅炉对煤质的要求煤炭的种类和性质对电厂锅炉燃烧设备的结构、.选型、受热面的布置以及运行的经济性和可靠性都有很大影响;因此,大中型的电厂锅炉都是根据一定的煤种计算设计的。对电厂锅炉热力工作影响大的指标主要有:干燥无灰基挥发分、收到基灰分、收到基水分、干燥基全硫、收到基低位发热量及灰熔融性。
( l )挥发分。不同的电厂锅炉对挥发分都有具体的要求,设计使用低挥发分煤炭的锅炉,燃用高挥发分的煤炭,其安全性和经济性将受到较大影响:因此,电厂的煤炭要按设计的挥发分要求选择和供应。从炉型情况分析.层燃炉、室燃炉炉型对煤炭的挥发分要求更为严格;旋风炉、沸腾炉和循环流化床锅炉对煤种要求较为宽松,可选用煤炭的挥发分区间较大,煤种适应性强,特别是近几年新建的循环流化床锅炉,对挥发分要求更为宽松。
( 2 )灰分.灰分对燃烧的影响首先表现为:灰分高会使火焰传播速度减慢,燃点推迟,燃烧温度下降,燃烧稳定性变差,甚至造成灭火;同时灰分过高.还容易加剧设备的磨损,缩短设备使用寿命。灰分过低,在层状燃烧时,由于灰渣太薄容易把炉算烧坏。从灰分的适应性看,循环流化床锅炉对灰分适应性最强。
( 3 )水分。水分既是数量指标又是质量指标,煤的水分升高,发热量降低,锅炉排烟温度升高,影响发电锅炉的燃烧效率。在使用煤粉燃烧的锅炉中,入炉前对煤粉要经过干燥处理,以减少水分对发电锅炉燃烧带来的影响。
( 4 )硫分。硫燃烧后生成S02 和S03 ,它们极易与烟气中的水蒸气化合成H2504蒸气,对发电设备产生腐蚀作用,同时, S02 和S03 排放到空气中,对大气环境造成严重污染。另外,高硫煤炭在存放过程中,容易发生变质自燃,影响煤炭的燃烧效果。
( 5 )发热量。煤的发热量是设计发电锅炉时的一个重要指标,煤的发热量低于设计指标,炉内温度水平降低,影响煤粉的燃点和燃尽,锅炉热效率下降,当发热t 低到一定程度时,将引起燃烧不稳,灭火放炮.以至必须投油助燃:反之,煤的发热量高于设计水平,炉膛温度必然升高,煤灰大多软化、熔融,容易形成结渣。
( 6 )灰熔融性。层状燃烧方式对煤的灰熔融性要求不高:悬浮燃烧采用固态排渣方式,灰熔融性软化温度ST < l350-1450℃就有可能造成炉堂结渣,妨碍锅炉的连续安全运行。悬浮然烧采用液态排渣方式.一般使用灰熔融性偏低的煤.
四、水泥行业用煤对煤质的要求
( l )水泥的生产过程,概括起来称为“两磨一烧”,即:
① 生料的配制与细磨:制造水泥的主要原料是石灰岩和枯土,有时根据需要加入铁粉,现在为节省粘土,一般选用电厂炉灰、煤歼石等替代粘土。将原料按比例配合,细磨后得到的混合物称为生料。
② 生料缎烧:生料在回转炉或立窑内,在1350 一1450 ℃ 高温缎烧,其中部分材料熔融,冷却后得到粒状或块状材料,称为熟料。
③ 熟料和适量石膏共同磨细,最后得到的成品就是硅酸盐水泥.
( 2 )缎烧水泥熟料的窑有立窑和回转窑,我国大中型水泥厂一股采用回转窑,立窑己逐步淘汰。回转炉是一个燃烧设备,分为湿法窑和干法窑。煤炭燃烧产生的高温气体与物料在筒体内相向运动,在运动过程中进行热交换,物料接收高温气体和高温火焰传给的热量,经过一系列的物理化学变化后,被缎烧成熟料。
( 3 )根据水泥生产工艺和回转炉的娜烧特点,湿法窑煤质要求:干燥基灰分气蕊28 % ,干燥基挥发分Vd 二18 %一30 % ,收到基低位发热量Qnct,ax >=20 .908MJ/kg 。干法窑煤质要求:干燥基灰分Ad<=25 % ,干燥基挥发分Vd = 18 %一30 % ,收到基低位发热量Qnct ,ax >= 22 . 999MJ/kg 。
五电石炉用煤对煤质的要求
电石炉可以用焦炭作原料,也可以用无烟煤作原料,开启式电石炉可全部使用无烟煤,但在密闭式电石炉中需要焦炭和无烟煤掺混使用,这两种电石炉对无烟煤的质量要求见表3 一2 。电石炉用无烟煤质且要求
六、煤炭液化对煤质要求煤的液化分为直接液化和间接液化,这两种液化方法对煤质的要求各不相同。
l 、直接液化寻煤质的基本要求
( l )煤中的灰分要低,一般灰分小于5 % ;因此原煤要进行分选,生产出精煤进行液化。煤的灰分高,影响油的产率和系统的正常操作。煤的灰分组成也对液化过程有影响.灰中的Fe 、Co 、Mn 等元素有利于液化,对液化起催化作用;而灰中的si 、Al、Ca 、Mg 等元素则不利于液化,它们易产生结垢,影响传热和不利于正常操作,也易使管道系统堵塞、磨损,降低设备的使用寿命。
( 2 )煤的可磨性要好。因为煤的直接液化要先把煤磨成约200 网目的煤粉,并把它干燥到水分小于2 % ,配制成油煤浆,再经高温、高压、加氢反应。如果可磨性不好,能耗高,设备磨损严重.配件、材料消耗大,_增加生产成本。 同时.要求煤的水分要低.水分高,不利于磨矿,不利于制油煤浆,加大了投资和生产成本。
( 3 )煤中的氢含量越高越好,氧的含量越低越好,它可以减少加氢的供气量,也可以减少生成的废水,提高经济效益.
( 4 )煤中的硫分和氮等杂原子含量越低越好,以降低油品加工提质的费用。
( 5 )煤岩的组成也是液化的一项主要指标。丝质组成越高,煤的液化性能越好;镜质组含量高,则液化活性差。直接液化的煤一般是褐煤、长焰煤等年轻煤种,而且这些牌号的煤也不是都能直接液化的。神华的不粘煤、长焰煤和云南先锋的褐煤都是较好的直接液化煤种.
2 、间接液化对煤质的基本要求煤的间接液化是将煤气化,生成H2/CO 的原料气,再在一定压力和温度下加催化剂,合成液体油:因此对煤质的要求相对要低些。
( l )煤的灰分要低于15%。当然越低也有利于气化,也有利用液化.
( 2 )煤的可磨性要好,水分要低,不论采用那种气化工艺,制粉是一个重要环节.
( 3 )对于用水煤浆制气的工艺,要求煤的成浆性能要好。水煤浆的固体浓度应在60 %以上。
( 4 )煤的灰熔融性要求,固定床气化要求煤的灰熔融性温度越高越好,一般ST 不小于1250 ℃ ,液化床气化要求煤的灰熔融性温度ST 小于1300 ℃ .
虽然间接液化对煤的适应性较广,但不同的煤要选择不同的气化方法,对原煤进行分选加工,降低灰分和硫化也是必要的。

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