当前世界各国炼焦煤资源稀缺,高炉的大型化对焦炭质量及其稳定性的要求越来越高,而炼焦煤资源中强黏结性煤却越来越少,这一矛盾在我国尤为突出。考虑到经济效益及现实情况,国内外各焦化厂都在致力于配煤方案的研究。虽然方案千变万化,而常规的配煤原理却不外乎胶质层重叠原理、互换性原理、共炭化原理这三种。
1、胶质层重叠原理
要求配合煤中各单种煤的胶质体的软化区间和温度间隔能较好地搭接,这样可使配合煤在炼焦过程中,能在较大的温度范围内处于塑性状态,从而改善黏结过程,并保证焦炭的结构均匀。其中典型的方法是“J法”配煤技术。“J法”配煤技术是一种快速、准确、简单、经济、随机确定各种最佳(实用)配煤方案的新技术,以“煤的黏结能力测定法”为基础,以煤与焦相互统一变化规律为依据,准确预测焦炭强度,按Jb-Vdaf(黏结力一挥发分)配煤图及其原则进行操作,评估煤质,确定“主导煤”,辨明“添加剂煤”和“填充剂煤”,用简易“优选法”确定配煤比,定出配煤方案。
2、互换性配煤原理
焦炭质量取决于炼焦煤中的活性组分、惰性组分含量及炼焦操作条件。单种煤的变质程度决定其活性组分的质量,镜质组平均组最大反射率是反映单种煤的变质程度的最佳指标。目前应用煤岩学指导配煤,很多焦化厂都有自己的配煤方案,但一般都是镜质组平均随机反射率、反射率直方图及活惰比三个参数作为煤岩学配煤参数。根据互换性配煤原理,当配煤有较强黏结性时,加入一定量焦粉或无烟煤有利于焦炭质量提高,回配3%~5%的焦粉代替瘦煤炼焦,技术上是可行的,但在同样煤质情况下不添加黏结剂,要保证焦炭质量,焦粉的细度至关重要。
3、共炭化原理
煤中加入非煤黏结剂进行炭化,称为共炭化。共炭化研究为采用低变质程度弱黏结煤炼焦时选用合适的黏结剂提供了理论依据,也为加入有机渣油、塑料类、橡胶类、沥青等与煤共炭化提供了可能性,并且为解决当前世界的环境污染问题做出了很大的贡献。
4、煤岩配煤原理
随着煤岩学的发展,科学的配煤几乎离不开煤岩学,目前使用的配煤炼焦技术,或多或少都与煤岩学发生联系。
①煤是不均一的物质,而是一种复杂的有机物混合体。这些有机物的性质不同,在配煤中的作用不同,因此,可以说每种煤都是天然配煤。因天然配煤并不按照人的主观愿望配合,故绝大多数煤不合乎单独炼焦的要求。为便于应用,把煤的有机物质按其在加热过程中能熔融并产生活性键,视作有黏结性的活性组分;加热不能熔融、不产生活性键的成分视作没有黏结性的惰性组分。按照此种划分标准,镜质组和壳质组是活性组分,惰质组是惰性组分。
②一种煤的活性组分的质量不是均一的,这可用反射率分布图解来表示。活性组分的质量差别很大,不但不同变质程度煤差别大,而且即使同一种煤,所含的活性组分的质量也有差别。如果以反射率表示一种煤中所含不同性质的活性成分的组成,则每一种煤的活性成分反射率图解都呈正态分布,活性成分的反射率分布图是决定炼焦煤性质的首要指标。
③惰性成分和活性成分一样,同是配煤中不可缺少的成分,缺少或过剩都对配煤炼焦不利,都会导致焦炭质量下降。要得到所要求的焦炭质量的方案,实际上是不同活性成分与适量惰性成分的组合。
配煤炼焦中的活性组分与惰性组分的关系,相当于水泥行业在炼制混凝土过程中水泥与沙子、石子的关系一样。水泥相当于活性组分,沙子、石子等相当于惰性组分,水泥、沙子、石子以及水是按一定比例配合而成的,如果水泥过多,即活性组分过剩,造成混凝土裂纹较多、强度下降;如果沙子、石子等惰性组分含量多,造成混凝土表面粗糙,质量不稳。而且依据水泥质量的不同,水泥与沙子、石子的比例是有所变化的。
煤岩学配煤炼焦的道理与此类似,即要求有一个适宜的活惰比。在确定配合煤性质时,要视反射率和惰性组分含量而定。
④成焦过程中,煤粒间并不是互熔成均一的焦块,而是通过煤粒间的界面反应,键合而连接起来的,也包括物理结合的过程。
炼焦煤隔绝空气炭化过程中的可塑带期间,煤粒间并没有互相熔融成为均匀的物质,而是煤颗粒内外同时并行的发生裂解和缩聚反应,煤颗粒产生的分解产物沿着煤粒的接触表面相互扩散,经进一步缩聚作用而形成焦块。
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