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工業用煤質量要求簡介

2021-01-10  來自: 鶴壁市銀華儀器儀表有限公司 瀏覽次數:891

3、工業用煤質量要求簡介 一、煤焦用煤對煤質的要求
1 、單種煉焦煤的結焦特性及其在配煤中的作用
(1)氣煤.氣煤在加熱時能產生較多的膠質體.但這種膠質體的熱穩定性差,容易分解。氣煤由半焦轉變為焦炭時,產生大量揮發物:因此收縮度大,形成焦炭縱裂紋多,塊度小,機械強度名日氏。但在配煤中配入氣煤,可以音化工產品的回收率.降低煤的膨脹壓力。
( 2 )肥煤.肥煤在加熱時能產生大量膠質體.熱穩定性較好.成焦時熔融性較好,但是由于肥煤成焦時,其內部應力未及時松馳。會產生較多的橫裂紋。肥煤在配煤中的作用很重要。被認為是基礎煤,因此它具有很強的粘結力,可以粘結一部分弱粘煤煉成強度較好的冶金焦炭。
( 3 )焦煤(通常稱主焦煤)。煉焦煤具有中等揮發分與中等膠質層,單獨煉焦時形成熱穩定性很好的膠質體。能煉制成塊大、裂紋少、耐磨性好的焦炭,在工業不發達時常用它單獨煉焦。但在現代室式焦爐中用焦煤單獨煉焦時,由于收縮小,膨脹壓力大,造成推焦困難.甚至損壞焦爐。在配煤中它可以起到提高焦炭強度的作用。
( 4 )痰煤。瘦煤在加熱時產生的膠質體t 少,形成的焦炭塊度大,裂紋少,但不耐磨。在配煤中配入瘦煤可以增加焦炭的塊度。

2 、焦炭在高爐煉鐵中的作用高爐煉鐵使用的爐料包括鐵礦石〔天然礦石、燒結礦或球團礦)、溶劑(石灰石或白云石)和焦炭,爐料從爐頂依次分批裝入爐內.焦炭在高爐煉鐵中的作用可以概括為:
( l )提供熱量.焦炭在焦爐風口前的回旋區內激烈燃燒,燃燒產生的熱能是主爐冶煉過程中的主要熱源。
( 2 )還原作用。焦炭是回旋區內姍燒生成的高溫煤氣。在上升過程中將熱能供給爐料,使之與焦炭發生吸熱反應,生成CO 和H2 ,隨后CO 與鐵礦石中的鐵氧化物發生還原反應轉化為金屬鐵.
( 3 )骨架作用。高爐冶煉過程都發生在煤氣上升和爐料下降的相向運動和相互作用之中,整個料柱的透氣性是高爐運行的關鍵。在料柱上部,焦炭起煤氣流分配層的作用;在料柱中部.焦炭起骨架作用,支撐著已經熔融的鐵礦石,使煤氣正常上升:在料柱下部,高溫下仍以固態塊狀存在的焦炭與已經成為液態的鐵水和熔渣混在一起,成為煤氣上升與鐵水、爐渣下降的疏松骨架.

3 、焦炭質量標準
( l )抗碎機械強度(M40 ) ,指焦炭在轉鼓中轉動時間后,大于40mm的重量所點試樣總質量的百分數。
( 2 )抗耐磨強度(M10 )。指焦炭在轉鼓中轉動時間后,小于IOmm 的質量所點試樣.總質量的百分數。

4 、焦炭質量對高爐煉鐵的影響
( 11 )抗碎強度M40 、抗磨強度M10 的影響,M40 每降1 % ,高爐利用系數降低3 %一4 % ,焦比(冶煉1t 生鐵所消耗的焦炭的質量)增加1 . 3 %一5% , M10 每降低0 . 1 % , 高爐生產能力提高0 . 3 %一1 . 3 % ,焦比降低0 . 2 % -0.6 % .


工業用煤質量要求簡介
〔2 )硫分。煉焦時,煤中的硫分約60 %轉入焦炭,硫是焦炭中的有害雜傳,能使生鐵變脆。為了脫除焦炭過高的硫分,需增加溶液石灰石和焦炭的用量,從而降低了高爐的利用系數,使生鐵產量下降,焦炭的硫分每提高0 . 1 % ,石灰石和焦炭的用量將分別增加3 . 7 %和1 . 8 % ,高爐生產能力降低2 %一 2 . 5 %。冶金焦的硫分規定不大于0 . 8 %。
( 3 )灰分。煉焦時,煤中的灰分全部轉入焦炭,如精煤灰分8 % ,焦炭灰分就會達到12 %左右。焦炭灰分每提高1 % ,焦炭用量增加2 %一2 . 5 % ,溶劑石灰石的用量增加4 % ,高爐生鐵產量降低3 % ,焦炭強度下降2 . 2 %。
( 4 )揮發分。根據焦炭的揮發分可以判斷焦炭的成熟程度,揮發分大于1 . 5%的焦炭為生焦,小于0 . 5 %一眾7 % ,表示煉焦過火,一般成熟適度的焦炭揮發分在1 %左右.
( 5 )水分。焦炭水分一般為3 %一7 % ,水分變動,影響計量并引起高爐爐況波動。
5 、主要煉焦工藝介紹
( 1 )配煤煉焦。是將氣、肥、焦、瘦不同煤種的煤,按比例進行配比,在自然狀態下由焦爐頂部裝入焦爐進行煉焦的工藝.一般配比為氣煤25 %、肥煤15%、瘦煤10 %、主焦煤和l / 3 焦煤50 % ,配煤后干燥無灰基揮發分在25%左右,我國武漢鋼鐵公司、萊蕪鋼鐵公司、馬鞍山鋼鐵公司、上海焦化廠等許多大型焦化企業均采用配煤煉焦工藝。
( 2 )搗固煉焦,即將配煤在搗固機內搗實成體積略小于炭化室的煤餅后,推入焦化室進行煉焦。煤料搗固后,一般堆密度可由散裝煤的0 . 72t/m3 提高到0 .95 一1.15t/m3;因而煤粒接觸致密,使結焦過程中膠質體充滿程度大,并減少氣體析出速度,從而提高膨脹壓力和粘結性,使焦炭結構致密。但隨著粘結性的提高,煤料結焦過程中的收縮應力加大;因此,對枯結性較好的配煤,所得焦炭裂紋增加,塊度和強度均要下降.據此,對于氣煤配量較多的配煤,在粉碎配入適當數量的瘦化組分(焦粉或瘦煤等)和少量焦、肥煤的條件下,可以得到抗碎和耐磨指標均較好的焦炭。搗固煉焦是近幾年發展起來的一種新的煉焦工藝,可增加氣煤或弱粘煤配比.氣煤配比可配到65 %以上,配合后干燥無灰基揮發可在29 %一34 %之間,水分在9 %一11 % 之間,焦炭的強度較好。搗固煉焦適合在我國強粘結煤緊缺的國情,近幾年發展較快,如青島管道煤氣公司、蒙西焦化及近幾年新上的焦爐多采用這種工藝。
6 、煉鐵高爐對焦炭質量要求
( 1 )配煤灰分。配煤中的灰分在煉焦后全部殘留于焦炭中,成為生產冶金焦的主要質量指標之一:因此應當控制配煤的灰分。煤的成焦率一般在75 %左右。由于配煤中灰分全部轉入焦炭中,所以焦炭的灰分要比配煤灰分高1.3 倍左右,在生產要求配煤灰分小于10 % .
( 2 )配煤硫分、硫分煤中通常以黃鐵礦、硫鐵礦和硫的有機化合物三種形式存在。通常分選一般只能除去黃鐵礦硫。而配煤中的硫約有85 %90 %殘留于焦炭中,因此配煤中的硫分越低越好,煉焦配煤的硫分一般應小于1 . 0 %。
( 3 )配煤揮發分.為了滿足鋼鐵工業對冶金焦的需要,又能盡量多生產化學產品,項裝機焦配煤干燥無灰基揮發分一般在25 %一30 %中.受資源限制,我國煉鋼焦配煤中的氣煤用量一般較高,有的焦化廠配煤揮發分達到32 %。近幾年來,根據我國肥煤、主焦煤緊缺的資源情況,大力推廣搗固煉焦新工藝,氣煤配比可以達到75 % ,配煤干燥無灰基揮發分超過34 %。
( 4 )配煤的膠質層厚度。膠質層是表示煤在加熱時產生液體的數量的指標.配煤中必須具有的液體物質來粘結其他不能熔融的物質,使之成為堅固的冶金焦炭。配煤對膠質體的要求厚度為15 一20mm.但某大型焦化廠多配氣煤后的配煤膠質厚度僅為13 一14mm,也煉出了較好的冶金焦炭. 以上幾個指標是依據單種煤的相應指標及配煤比例,按加權平均法計算的。
二、高爐噴吹和燒結用煤對煤質的要求
1 、高爐噴煤對煤質的要求高爐噴吹技術是將粉狀煤和高爐熱風一起從高爐風口噴入高爐,在風口前燃燒,產生熱量和一氧化碳,作為高爐的熱量和還原劑,代替部分焦炭進行高爐冶煉,從而節省焦炭。目前· 我國高爐平均噴吹量達到120kg/t 鐵,寶鋼高爐噴吹量達到260kg/t 鐵,處于水平。
2 、高爐噴吹用煤應能滿足高爐冶煉工藝要求和對提高噴吹量的置換比有利.以便替代更多的焦炭。高爐噴吹對煤質性能的要求及相關的指標有:工業分析指標、發熱量、粒度及均勻性、可磨性、爆炸性、反應性、灰熔融性、燃點、煤巖結構、灰成分分析、比表面積和密度等。歸結起來主要有以下方向.
( l )煤的灰分越低越好?;曳趾肯嗤虻陀谑褂玫慕固炕曳?,一般要求Ad l2.5 % ,我國目前噴吹的煤粉一般灰分含與焦炭灰分含量相當,或煤的灰分含量略大于焦炭灰分含量,在這兩種情況下,噴吹煤粉形成的渣量要比全焦冶煉時大些;因為在兩者灰分含量相同時,只有置換比為1.0 時,兩者灰分形成的渣量相等,而在置換比大于1.0 時,噴吹煤粉灰分形成的渣量將大于置換焦炭形成的渣量,但這種差異也只點灰分形成渣量的一小部分.例如噸鐵渣量在490kg/t 左右,噴煤比為150kg/t 左右,置換比為0 . 8 ,兩者灰分比為13 %則增加的渣量為3 . 9kg/t 鐵左右,占灰分形成渣量的10 % , 占噸鐵總渣量的0 . 8 %左右,如果噴吹煤粉灰分高于焦炭灰分,則增加的渣量將多些,例如煤粉灰分為15 % ,則增加的渣為10.5kg/t 左右,增加的渣量占噸鐵總渣量的2.15%, 所以要求噴吹煤粉的灰分越低越好。
( 2 )硫含量越低越好,煤的含硫量應與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,為保證生鐵質量,必須增加溶劑和燃料消耗.相應增加排渣量.
( 3 )膠質層厚度越小越好。Y < l0mm,這樣可避免在噴吹過程中結焦、堵塞噴槍和風口影響噴吹和高爐正常生產.利用Y 值可以指導配煤煉焦、一般Y 值大的煙煤均用于煉焦,Y 值為O 的煙煤可作為高爐噴吹用煤,如果用Y 值大的煤來噴吹不僅浪費了煉焦煤,而且在高爐風口易結焦,造成風口燒壞或堵塞噴槍。
( 4 )煤的可磨性好,現高爐噴煤需要將煤磨到細度,可磨性好,則制粉消耗的電能就少,可降低噴吹費用,噴吹無煙煤時,粒度應小些,< 200 網目的應達到70 % 一80 % ;而噴吹煙煤粒度則可大些,< 200 網目的達到60 %一65 %即可,而內在水分含量高的煙煤,在高爐富氧率較高時,粒度還可產更粗些,例如歐洲一些高爐噴吹的這種煙煤平均粒度達到0.5mm。
〔5 )煤的燃燒性能好(即其燃點低,反應性好等)??墒箛娙敫郀t的煤粉能在有限空間和時間內盡可能多的氣化,少量未氣化的煤粉也因反應性好而與高爐煤氣中的C02 和H2 O 反應而氣化,不給高爐冶煉帶來麻煩,另外燃燒性能好的煤也可以磨得粗一些,即<200 網目所點比例小,這為降低磨煤能耗和費用提供了條件,高爐噴吹反應性好的煤,不僅可提高煤粉燃燒率,擴大噴吹量,而且風口區未燃燒的煤粉在高爐的其他部位參加了與CO2 的氣化反應,減少了焦炭的氣化反應.煤的氣化反應活性比焦炭氣化反應強得多,這就在煤種程度上對焦炭強度起到了保護作用。
( 6 )煤的發熱量越高越好,噴入高爐的煤粉是以其放出的熱量和形成的還原氣體CO 、H2 來代替焦炭在高爐內提供熱源和還性劑:因此煤的發熱量越高,在高爐內放出的熱量越多,置換的焦炭量也越多??傊?,以噴吹煤的性能要求來對照生產用的各種煤,可以發現任何一種煤都不能達到全部要求.只能滿足其中的1 一3 項。另外各種煤源由于產地遠近、開采方法、運動方式等不同,其價格也不相同,為了獲得較全的噴吹效果和經濟效果只有利用配煤才能達到。國內外配煤常用含碳量高、發熱量高的無煙煤和揮發分高、易燃的長焰煤配合,使混合煤的揮發分達到20 %一25 % ,灰分在12 %以下,這樣能充分發揮兩種煤的優點以取得良好的噴吹效果。2 、燒結礦對煤質的要求燒結是將各種不能直接入爐的煉鐵原料如精礦粉、高爐爐塵及硫酸渣等配加的燃料和溶劑,加熱到l300 一1500 ℃ ,使粉料燒結成塊狀的工藝,是冶煉前原料準備的一個重要環節。在燒結料中,燃料占7 %( FC =3 %一5 % ) ,主要使用無煙煤,煤質要求是低灰、低硫、高發熱量。根據燒結和高爐煉鐵的工藝要求,供應燒結用煤的無煙煤的灰分應在12 . 5 %以下,硫分在D . 7 %以下。

三、發電用煤對煤質的要求
1 電廠鍋爐按燃燒方式分類
( l )層燃爐。層燃爐有爐算(或稱爐排),煤炭或其他固體燃料在爐算上的嫌料層內燃燒。燃燒所用空氣由爐算下送入,穿過燃料層進行燃燒反應。部分未嫩盡的可嫩氣體和被氣流吹起的細粒燃料,仍可在嫩料層上的爐膛空間中繼續燃燒。
( 2 )室燃爐。室燃爐中的燃料主要是在爐膛空間懸浮燃燒。這是電廠鍋爐的主要嫩燒方式。在燃燒煤粉的室燃爐中.由于排渣方式不同,又可分為固態排渣煤粉爐和液態排渣煤粉爐。
( 3 )旋風爐。旋風爐是一個以圓柱形旋風筒作為主要燃燒室的爐子,氣流在簡內高速旋轉,煤粉氣流沿圓筒切向送入或由筒的一端旋轉送入。較細的煤粉在旋風筒內懸浮燃燒,較粗的煤粒則貼在筒壁上燃燒.筒內的高溫和高速旋轉氣流使燃燒加速,并溶化灰渣,形成液態排渣。旋風筒有立式和臥式兩種,可嫩用粗煤粉和煤屑.
( 4 )火炬層燃爐,用空氣或機械播撤方式把煤炭拋入爐膛空間,然后落到爐算上的燃燒方式稱為火炬層然.實際上有些煤屑在爐膛空間完全燃盡;較大顆??赡茉诳臻g內著火后落到煤層上繼續燃燒,大的煤塊則在落到煤層上以后才開始著火燃燒。這種爐子往往配以鏈條爐算,并且用于容量不大的鍋爐。
( 5 )沸騰爐。沸騰爐也稱流態化燃燒爐,這是一項正在發展的新爐型.爐子底部為一多孔的布風板,空氣以高速穿過孔眼,均勻進入布風板上的床料層中.床層中的物料為固體顆粒和少量煤粒,當高速空氣穿過時床粒上下翻滾,形成“沸騰”狀態.在沸騰過程中煤粒與空氣有良好的接觸混合,燃燒快,效率高.床層內安置以水和蒸汽(或空氣)為冷卻介質的埋管,把床層溫度控制為700-1000 。沸騰爐可在常壓下工作,并正在研究在增壓下工作的沸騰爐.由增壓沸騰爐出來的高溫高壓燃氣,除塵后可送入燃氣輪機,而由埋管出來的蒸汽則送入汽輪機,這樣就形成燃氣一蒸汽聯合循環。( 6 )循環流化床鍋爐。循環流化床鍋爐是在沸騰爐基礎上發展起來的一種鍋爐,其性能指標超過沸騰爐。循環流化床鍋爐的特點是進一步細化煤粒,提高流化風速,在爐膛出口安裝了高溫分離器,使顆粒與氣流分離,氣流進入省煤器加熱燃燒用空氣,固體顆粒再送進爐膛流化燃燒,以此反復循環流化.
2 、電廠鍋爐對煤質的要求煤炭的種類和性質對電廠鍋爐燃燒設備的結構、.選型、受熱面的布置以及運行的經濟性和可靠性都有很大影響;因此,大中型的電廠鍋爐都是根據一定的煤種計算設計的。對電廠鍋爐熱力工作影響大的指標主要有:干燥無灰基揮發分、收到基灰分、收到基水分、干燥基全硫、收到基低位發熱量及灰熔融性。
( l )揮發分。不同的電廠鍋爐對揮發分都有具體的要求,設計使用低揮發分煤炭的鍋爐,燃用高揮發分的煤炭,其安全性和經濟性將受到較大影響:因此,電廠的煤炭要按設計的揮發分要求選擇和供應。從爐型情況分析.層燃爐、室燃爐爐型對煤炭的揮發分要求更為嚴格;旋風爐、沸騰爐和循環流化床鍋爐對煤種要求較為寬松,可選用煤炭的揮發分區間較大,煤種適應性強,特別是近幾年新建的循環流化床鍋爐,對揮發分要求更為寬松。
( 2 )灰分.灰分對燃燒的影響首先表現為:灰分高會使火焰傳播速度減慢,燃點推遲,燃燒溫度下降,燃燒穩定性變差,甚至造成滅火;同時灰分過高.還容易加劇設備的磨損,縮短設備使用壽命?;曳诌^低,在層狀燃燒時,由于灰渣太薄容易把爐算燒壞。從灰分的適應性看,循環流化床鍋爐對灰分適應性強。
( 3 )水分。水分既是數量指標又是質量指標,煤的水分升高,發熱量降低,鍋爐排煙溫度升高,影響發電鍋爐的燃燒效率。在使用煤粉燃燒的鍋爐中,入爐前對煤粉要經過干燥處理,以減少水分對發電鍋爐燃燒帶來的影響。
( 4 )硫分。硫燃燒后生成S02 和S03 ,它們極易與煙氣中的水蒸氣化合成H2504蒸氣,對發電設備產生腐蝕作用,同時, S02 和S03 排放到空氣中,對大氣環境造成嚴重污染。另外,高硫煤炭在存放過程中,容易發生變質自燃,影響煤炭的燃燒效果。
( 5 )發熱量。煤的發熱量是設計發電鍋爐時的一個重要指標,煤的發熱量低于設計指標,爐內溫度水平降低,影響煤粉的燃點和燃盡,鍋爐熱效率下降,當發熱t 低到程度時,將引起燃燒不穩,滅火放炮.以至必須投油助燃:反之,煤的發熱量高于設計水平,爐膛溫度必然升高,煤灰大多軟化、熔融,容易形成結渣。
( 6 )灰熔融性。層狀燃燒方式對煤的灰熔融性要求不高:懸浮燃燒采用固態排渣方式,灰熔融性軟化溫度ST < l350-1450℃就有可能造成爐堂結渣,妨礙鍋爐的連續安全運行。懸浮然燒采用液態排渣方式.一般使用灰熔融性偏低的煤.
四、水泥行業用煤對煤質的要求
( l )水泥的生產過程,概括起來稱為“兩磨一燒”,即:
① 生料的配制與細磨:制造水泥的主要原料是石灰巖和枯土,有時根據需要加入鐵粉,現在為節省粘土,一般選用電廠爐灰、煤殲石等替代粘土。將原料按比例配合,細磨后得到的混合物稱為生料。
② 生料緞燒:生料在回轉爐或立窯內,在1350 一1450 ℃ 高溫緞燒,其中部分材料熔融,冷卻后得到粒狀或塊狀材料,稱為熟料。
③ 熟料和適量石膏共同磨細,后得到的成品就是硅酸鹽水泥.
( 2 )緞燒水泥熟料的窯有立窯和回轉窯,我國大中型水泥廠一股采用回轉窯,立窯己逐步淘汰?;剞D爐是一個燃燒設備,分為濕法窯和干法窯。煤炭燃燒產生的高溫氣體與物料在筒體內相向運動,在運動過程中進行熱交換,物料接收高溫氣體和高溫火焰傳給的熱量,經過一系列的物理化學變化后,被緞燒成熟料。
( 3 )根據水泥生產工藝和回轉爐的娜燒特點,濕法窯煤質要求:干燥基灰分氣蕊28 % ,干燥基揮發分Vd 二18 %一30 % ,收到基低位發熱量Qnct,ax >=20 .908MJ/kg 。干法窯煤質要求:干燥基灰分Ad<=25 % ,干燥基揮發分Vd = 18 %一30 % ,收到基低位發熱量Qnct ,ax >= 22 . 999MJ/kg 。
五電石爐用煤對煤質的要求
電石爐可以用焦炭作原料,也可以用無煙煤作原料,開啟式電石爐可全部使用無煙煤,但在密閉式電石爐中需要焦炭和無煙煤摻混使用,這兩種電石爐對無煙煤的質量要求見表3 一2 。電石爐用無煙煤質且要求
六、煤炭液化對煤質要求煤的液化分為直接液化和間接液化,這兩種液化方法對煤質的要求各不相同。
l 、直接液化尋煤質的基本要求
( l )煤中的灰分要低,一般灰分小于5 % ;因此原煤要進行分選,生產出精煤進行液化。煤的灰分高,影響油的產率和系統的正常操作。煤的灰分組成也對液化過程有影響.灰中的Fe 、Co 、Mn 等元素有利于液化,對液化起催化作用;而灰中的si 、Al、Ca 、Mg 等元素則不利于液化,它們易產生結垢,影響傳熱和不利于正常操作,也易使管道系統堵塞、磨損,降低設備的使用壽命。
( 2 )煤的可磨性要好。因為煤的直接液化要先把煤磨成約200 網目的煤粉,并把它干燥到水分小于2 % ,配制成油煤漿,再經高溫、高壓、加氫反應。如果可磨性不好,能耗高,設備磨損嚴重.配件、材料消耗大,_增加生產成本。 同時.要求煤的水分要低.水分高,不利于磨礦,不利于制油煤漿,加大了投資和生產成本。
( 3 )煤中的氫含量越高越好,氧的含量越低越好,它可以減少加氫的供氣量,也可以減少生成的廢水,提高經濟效益.
( 4 )煤中的硫分和氮等雜原子含量越低越好,以降低油品加工提質的費用。
( 5 )煤巖的組成也是液化的一項主要指標。絲質組成越高,煤的液化性能越好;鏡質組含量高,則液化活性差。直接液化的煤一般是褐煤、長焰煤等年輕煤種,而且這些牌號的煤也不是都能直接液化的。神華的不粘煤、長焰煤和云南先鋒的褐煤都是較好的直接液化煤種.
2 、間接液化對煤質的基本要求煤的間接液化是將煤氣化,生成H2/CO 的原料氣,再在壓力和溫度下加催化劑,合成液體油:因此對煤質的要求相對要低些。
( l )煤的灰分要低于15%。當然越低也有利于氣化,也有利用液化.
( 2 )煤的可磨性要好,水分要低,不論采用那種氣化工藝,制粉是一個重要環節.
( 3 )對于用水煤漿制氣的工藝,要求煤的成漿性能要好。水煤漿的固體濃度應在60 %以上。
( 4 )煤的灰熔融性要求,固定床氣化要求煤的灰熔融性溫度越高越好,一般ST 不小于1250 ℃ ,液化床氣化要求煤的灰熔融性溫度ST 小于1300 ℃ .
雖然間接液化對煤的適應性較廣,但不同的煤要選擇不同的氣化方法,對原煤進行分選加工,降低灰分和硫化也是必要的。


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