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泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤。

煤的最初形态就是泥炭，这在前面已经介绍，下面主要介绍一下后面煤的三种形态。

•2.1褐煤

•褐煤含炭在45～70%，分低级和高级两种。

低级褐煤呈现肉眼可见的木材纤维结构，这是有植物残骸变成煤的具体证明，其组织疏密不等，颜色灰褐。

高级褐煤没有明显的植物残骸式木质残骸的痕迹，颜色由褐而黑。

褐煤的主要特征是水份高（25～30%），热量小，放置空气中易变成粉末，无焦粘性，不能做炼焦用煤。

•2.2烟煤

•烟煤的颜色由暗黑而亮黑，固定碳高（82%左右），发热量大，它的挥发份含量一般在11～45%之间，具有一定的焦粘性，但烟煤种类较多，性质差异也较大，后面将会做详细介绍。

•2.3无烟煤

•无烟煤硬度较大，颜色黑亮有光泽，断口锐利，所含热量（约900～9200大卡）和碳（95%左右）很高，主要做动力燃料。

•上述煤种中烟煤最适于焦化生产炼焦，是本教材研究的重点，有时可根据具体情况使用少量的无烟煤混配炼焦。

•3、烟煤的分类

•按照我国目前的分类标准，主要是以煤的挥发份和粘结指数来划分种类。

对于粘结性较强的煤种，以挥发份和胶质层厚度、奥亚膨胀度来分类。

烟煤主要分为气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤、弱粘煤等。

从实际使用效果等方面来分析，上述分类方法是比较简单的，所分种类存在一些问题。

国际煤炭分类有三个指标，即挥发份、粘结性（自由膨胀序数和罗加指数）、结焦性（膨胀性试验、葛金试验），所分煤种较多也比较细。

•国际标准及企业标准

•4、烟煤的工艺性质

•烟煤的工艺性质是指煤炭在¡

ª

定的加工工艺条件下或某些转化过程中所呈现的特性。

如煤的粘结性、结焦性、可选性、低温干馏性、反应性、机械强度、热稳定性、结渣性、灰熔点、灰粘度和煤的发热量等。

炼焦通常研究它的粘结性和结焦性。

•煤的粘结性是指烟煤在干馏时粘结其本身或加入惰性物的能力，即粉碎后的煤在隔绝空气下加热，有机物的热解形成胶质体，经气液固三相互相作用，变形粒之间或变形粒子与惰性颗粒间结合的特性能力。

这种特性表征为煤加热生成胶质体中液体部分多少，流动性大小，体现粘结性的好坏，不能生成胶质体时，则没有粘结性。

•煤的结焦性是指煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下结成焦炭的能力。

即具有一定粘结性的煤，当热解到一定程度后，逐步硬化，形成半焦，继续加热从半焦到焦炭，经热分解和热缩聚，进一步析出气体，焦质逐渐致密，同时产生收缩裂纹，以上说明煤的结焦性包括形成半焦前的粘结性和形成半焦后的收缩性。

•煤的粘结性和结焦性是两个概念，它们互相联系，但又有不同粘结性好的煤在形成焦块时，可能裂纹较多，变碎，其结焦性不一定好，但结焦性好的煤必须有良好的粘结性；

一般情况下肥煤粘结性最好，而焦煤的结焦性最好。

•三、煤的元素组成

•煤中含有多种元素，其主要元素有：

•1、碳（C）是煤的主要组成部分,以氢、氧、氮、硫构成化合物的形态存在。

•2、氢（H）是煤的第二重要组成，位于炭环原子网周围，煤中氢含量随变质程度的加深而减少。

•3、氧（O）是煤中的重要元素之一，是反映能力最强的元素，再煤中存在的总量和形态直接影响着煤的性质。

煤在变质过程中不断放出二氧化碳和水，故煤中含氧量随变质程度的加深而迅速降低。

从泥炭到无烟煤，含氧量由30～40%逐渐降到2～5%。

•4、氮（N）是构成煤有机物的次要元素，主要由成煤植物的蛋白质转化而来其含量通常在0.8～1.8%。

•5、硫（S）是煤中的杂质，通常分为有机硫和无机硫，总称全硫，煤含硫量一般在1.5%以下，但高的也可达7～8%。

第二章焦炭的基础知识

•一、焦炭的基本概念

•1、焦炭的定义

•焦炭是一种质地坚硬、多孔、呈银灰色，并有不同粗细裂纹的碳质固体块状材料，其真密度约1．80～1．95，堆积密度约400～520kg／m3，由C、H、0、N、S、P等元素组成，在高炉炼铁中起还原剂、发热剂和料柱骨架的作用。

•2、焦炭的指标

•2.1硫份（St，d）

•硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。

由高炉炉料带入炉内的硫有11%来自矿石，3.5%来自石灰石，82.5%来自焦炭，所以焦炭是炉料中硫的主要来源。

焦炭硫份的高低直接影响到高炉炼铁生产。

当焦炭硫份大于1.6%，硫份每增加0.1%，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入量增加3.7%,矿石加入量增加0.3%高炉产量降低1.5～2.0%.冶金焦的含硫量规定不大于1%，大中型高炉使用的冶金焦含硫量小于0.4～0.7%，我厂要求焦炭硫份控制在0.8%以内。

•2.2磷份（P）

•焦炭中的磷份在炼铁中大部分转入铁中，生铁含磷使其冷脆性变大，用于转炉炼钢时，因采用酸性熔渣，磷难以除掉，生铁含磷应低于0.01～0.015%，用于平炉炼钢时，因系碱性熔渣，磷可做燃料烧掉，煤炼焦时磷全部转入焦炭，若要求低磷焦炭，必须控制焦炭含磷，我厂对磷不做要求。

2.3灰份（Ad）

•焦炭燃烧后的残余物为灰份，主要成分是二氧化硅、三氧化二铝等酸性氧化物，在炼焦过程中全部转入焦炭。

灰份含量增高，在高炉冶炼过程中，为造渣所消耗的石灰石和热量将增加，高炉利用系数降低，焦比增加。

焦炭灰份增加1%，焦炭用量增加2～2.5%因此，焦炭灰份的降低是十分必要的。

•2.4挥发份（Vdaf）

•将焦炭加热到850℃以上，即从焦炭中析出挥发物，剩余部分为固定碳和灰份。

根据焦炭的挥发份含量可判断焦炭成熟度。

如挥发份大于1.9%，则表示焦炭成熟不好，焦炭耐磨性差，使高炉透气性差，可能引起挂料，增加吹损，破坏高炉操作制度等恶果，；

挥发份小于0.5～0.7%,则表示过火，过火焦易碎，容易落入熔渣中，造成排渣困难、风口烧坏等现象，一般成熟的冶金焦挥发份为1%左右。

•2.5水份（Mt）

•焦炭在102～105℃烘箱中干燥到横重后损失量即为水份。

水份波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动。

此外，焦炭水份提高会使M２５偏低，M10偏高，给转鼓指标带来误差。

•3、焦炭的物理机械性质

•3.1筛分组成

•为使高炉透气性好，焦炭块度要求均匀。

焦炉生产的焦炭通常分为＞40mm焦炭，25～40mm的冶金焦，10～25mm的小块焦和＜10mm的粉焦四级，全焦中冶金然产率通常为93%左右，小块焦为2～3%，粉焦为4～5%。

为鉴定焦炭块度的均匀性，可用筛孔为110×

110、80×

80、60×

60、40×

40、25×

25和10×

10mm的一套筛子进行筛分试验，冶金焦块度的均匀性可用下式表示：

•（40～80）

•K=

•（＞80）+（25～40）

•式中（40～80）、（＞80）、（25～40）为该等级焦炭占冶金焦的重量百分比，K值越大，焦炭块度均匀性越好。

高炉最适宜的焦炭粒级，应视高炉溶剂、原料情况而定。

我国过去对焦炭粒度要求为：

对大型高炉（1300～2000立方米）焦炭粒度大于40mm；

中、小高炉焦炭粒度大于25mm。

但目前一些钢厂的试验表明，焦炭粒度在40～25mm为好。

焦炭块度均匀，空隙大，阻力小，高炉炉况运行良好。

•3.2转鼓试验

•为了试验焦炭的抗碎性和耐磨性，通常采用转鼓试验来测定。

我国目前采用的的转鼓由两种，一种是大转鼓（松格林转鼓），另一种是小转鼓（米库姆转鼓）。

•大转鼓立径为2m，鼓的四周上装有直径25mm、长800mm的钢棍，棍间被隙为25mm，装入＞25mm熊炭试样410公斤，以每分钟10转速度转动15分钟。

旋转过程中，因磨擦、撞击使部分焦炭磨损或破碎，＜25mm的由棍间缝隙从鼓内落出，以鼓内残留量的公斤数表示焦炭的抗碎指标，以鼓外＜10mm的公斤数表示耐磨损标。

大高护用冶金然要求教内为320公斤左右，鼓外＜10mm的＜40公斤，中小型高炉鼓内值可适当降低些。

•大转鼓试验焦炭试样用量多，有时不足以表明焦炭的抗碎性变化，且设备庞大，故近年来不少焦化厂已采用小转鼓试验。

小转鼓是直径和宽度均为1000mm的密闭转鼓，鼓内焊接四根100×

50×

10mm规格的角钢，互成90°

，角钢100ｍｍ的一侧指向圆心，鼓内无通心轴，取经圆孔筛筛分后大于25mm的焦块50公斤，装入鼓内以每分钟25转速度转动4分钟，然后取出焦炭于孔径25mm和10mm的圆孔筛上过筛，以＞25mm和＜10mm的重量各占试样总重量的百分数为指标。

前者以M25表示抗碎指标，后者以M10表示耐磨指标，我厂使用的就属于小转鼓。

•二、焦炭生产工艺流程：

•在上一章我们已经了解，原煤经过洗选后即可以作为洗精煤炼焦，但仍需要做一定的工艺处理，才能达到炼焦要求，通常把原料煤在炼焦前进行的工艺处理过程称为备煤工艺过程。

这个过程是在备煤作业区（原称备煤车间）来进行完成的。

原料煤主要经过配合、粉碎、调湿、除杂等一系列过程使之达到炼焦要求之后，通过皮带被输送到煤塔供炼焦作业区使用。

达到要求的配合煤被送到炼焦工段。

炼焦工段将配合好的煤通过摇动给料机从煤塔放出，装入推焦车装煤箱，并将煤捣固成煤饼，装入炭化室中进行炼焦。

•三、煤的热解过程：

•配合好的洗精煤进入焦炉，就开始了所谓的炼焦过程。

炼焦过程简单的说：

就是配合煤的高温干馏。

即把炼焦配煤在常温下装入炭化室后，煤在隔绝空气的条件下受到来自炉墙和炉底（1000℃～1100℃）的热流加热。

煤料即从炭化室墙到炭化室中心方向，一层一层地经过于燥、预热、分解、产生胶质体、胶质体固化、半焦收缩和半焦转变为焦炭的过程。

煤的热解过程大体可分力以下几个阶段：

•1、干燥和预热：

200℃以前是煤的干操和预热阶段，同时析出吸附在煤上的二氧化碳、甲烷等气体。

•2、开始分解：

200～350℃煤开始分解。

由于侧链的断裂和分解，产生气体和液体，350℃前主要分解出化合水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体，焦油蒸出量很少。

•3、生成胶质体：

350～450℃时由于侧链的断裂生成大且的液体、高沸点焦油蒸汽和固体微粒，并形成一个多分散相的胶体系统：

即胶质体，凡是能生成胶质体的煤都有粘结性。

•4、胶质体固化：

450～550℃胶质体中的液体进一步分解，一部分以气态析出，一部分固化并与碳原子平面网格结合在一起，生成半焦。

•5、半焦收缩：

550～650℃，半焦进一步析出气体而收缩，同时产生裂纹。

•6、生成焦炭；

650～950℃，半焦继续析出气体，主要是碳原子平面网格周围的氢析出，因而半焦继续收缩，平面网格间缩合、变紧，最后生成焦炭。

在此阶段析出的焦油蒸汽与炽热的焦炭相遇，部分进一步热分解，析出的游离碳沉积在焦炭上，逸出的蒸汽成分与低温状态下的不同，这个再分解过程叫做二次热分解。

•煤的开始分解、胶质体生成及固化温度，随煤种不同而异，一般来说，随变质程度加深，开始分解温度、胶质体固化温度变高。

•四、煤的结焦机理

•上面对煤的热解过程的概述只能说明煤煤热解的基本情况，并不反应真正的热解状态，事实上热解过程中既存在侧链的断裂，同时也发生还原性的聚合、缩合作用，既存在键的断裂、聚合等化学反应，同时也发生热解产物（固体、液体、气体）所组成的分散体系中，不溶解颗粒的再分散及吸附分散介质的表面作用；

既有化学键间的作用又由于被分解出气体不易透过胶质体而产生的压力作用等。

因此热解过程是由许多同时进行的过程所进行，热解过成的每一阶段也并非绝然分开，而是相互交叉的。

再加上配合煤是由各种牌号的煤按照不同的比例组成的，因此加热时配合煤相互间更发生根复杂的交叉的物理化学作用。

对于这样一个复杂的矛盾过程，我们必需抓住主要矛盾和主要矛盾方面去研究煤的结焦机理。

•下面我们从煤热解过程中，侧链的断裂和同时发生的聚合这一基本矛盾出发，来讨论煤结焦过程的粘结和裂纹形成机理。

•低变质程度的煤（长焰煤、弱粘煤、气煤）或煤中稳定组、侧链长且含氧多，热稳定性差，在较低温度下大部分胶质体被分解，半焦形成前剩下的胶质体数量少，不能填满残留的固体颗粒间空隙，粘结性差。

•高变质程度的煤（瘦煤），侧链短而少，生成的液体量少，胶质体粘度大，不能填满残留固体颗粒间的空隙，粘结性也差。

•中变质程度的煤（肥煤、焦煤），侧链适当且含氧少，生成的液体多，热稳定性好，粘度适中，有一定流动性，有一定膨胀压力，能形成均一的胶质体，粘结性好。

胶质体固化过程中，由于气体不易穿过胶质体，故在胶质体内聚集膨胀，当其压力大于胶质体的阻力时便逸出。

此时，因胶质体逐渐固化，原来聚集气体的空间就形成了气孔，固化的胶质体与未分解的固体残留物结合在一起，形成了多孔的半焦。

第三章配煤炼焦基础知识

•一、配煤炼焦的定义

所谓配煤炼焦是把几种牌号不同的单种煤按¡

定的比例配合起来炼焦。

采用配煤炼焦有很大意义，已被我国焦化厂普遍使用。

第三章配煤炼焦基础知识

•二、配煤炼焦的优点

•1、节约优质炼焦煤，扩大炼焦煤源。

•2、充分利用各种煤的结焦特性取长补短，改善冶金焦炭质量。

•3、合理利用煤炭资源，在保证焦炭质量的前提下，增加炼焦化学产品的产率和炼焦煤气的发生量。

•4、充分利用本地资源，因地制宜发展焦化企业。

•三、配煤的基本原则：

•1、焦炭质量达到规定指标，满足使用部门的要求。

•2、不会产生对炉墙有危害的膨胀压力和引起推焦困难。

•3、在满足焦炭质量的前提下，尽量多配气煤，增加化产品产率，尽量少配优质煤，多配劣质煤。

•4、尽可能降低配煤中的灰份和硫份。

•5、充分利用本地资源，作到运输合理，降低成本，最大限度实行区域配煤。

•6、力求达到配煤质量稳定，有利于生产和操作。

•四、配合煤的质量要求

•配合煤指标范围根据焦指标而定，一般焦化厂主要生产二级焦炭，推算配合煤指标为：

水份9～11%；

灰份≤9.5%；

硫份≤0.85%；

挥发28~32%；

G值≥68；

Y值13～15。

粉碎细度（煤料被粉碎后，3mm以下粒度级的煤的重量占全部煤料重量的百分数称之为配煤的细度）在90%左右；

•五、单种煤的结焦性及在配煤中的作用

•不同牌号的煤各有特点，它们在配煤中起的作用也不相同，如果配煤方案合理，就能充分发挥各种煤的特点，提高焦炭质量。

例如：

气煤的结焦性比焦煤、肥煤差，但其膨胀压力小，收缩大，挥发份高，在单独炼焦时，因收缩大，使焦炭裂纹增多，降低焦炭块度。

但在配煤中，可以起到减小膨胀压力，增加收缩使推焦顺利及增加化学产品和煤气的作用。

又如瘦煤粘结性较差，单独炼焦时焦炭的耐磨性差，但其收缩裂纹少，在配煤中配入瘦煤，可以提高焦炭的块度。

焦煤结焦性最好，但大部分焦煤灰份硫份较高，若在配煤中配入一些低灰低硫煤，就可以克服这一缺点。

从上述几例中可以看出，配煤炼焦可以发挥各种煤之长处，克服各种煤之短处，从而炼出优质焦炭来。

要做到这一点，首先要了解各单种煤的结焦性质。

•5.2肥煤

•肥煤是中等变质程度的煤，挥发份较气煤低，粘结性好，在加热过程中产生大量的胶质体，其热稳定性好，存留时间长，粘度不大，但结焦过程收缩度大，产生大量横裂纹。

在我国配煤方案中，采用肥煤或气肥煤为基础煤来使用，主要是因为其粘结性好，可以较多配入若粘结性煤，从而炼出质量合格的焦炭。

•5.3焦煤

•焦煤是中等变质程度的煤，变质程度高于肥煤，生成年代较长，单独炼焦时，可生成热稳定性较好的胶质体，焦炭强度高、块度大，耐磨性好，最适于炼制优质焦炭。

但是贮存量小、价格高，难以大量使用，在配煤中配入焦煤，主要是用于提高焦炭强度。

•5.4瘦煤

•瘦煤变质程度较高，挥发份较低，在加热过程中产生的胶质体量少且粘度大，收缩度小，单独炼焦时焦炭块度大，裂纹少，但焦炭的熔融性差，从外观上看，有粒状物质存在，焦炭的耐磨性较差，配煤中配入瘦煤可提高焦炭块度和结焦率。

•5.51/3焦煤

•1/3焦煤处于焦煤、肥煤、气煤中间地带，是一个指标变化幅度较小的煤种。

故此兼有相近煤种的性质。

其特点是挥发份较高，其粘结性和质量较好的焦煤、气煤相当，次于肥煤。

•5.6弱粘煤

•弱黏煤挥发份和气煤、1/3焦煤、焦煤、肥煤相近，粘结性较以上几个煤种都很低，在加热过程中产生的胶质体质量差、易挥发，对焦炭的强度产生不利影响。

•我厂现阶段使用的煤种

•六、配煤方案的制作

•了解的各单种煤的特点，就可以试着做配煤方案了。

按照上面介绍的配合煤指标，根据各单种煤的实际指标，做加和运算就可以了。

•例如：

将下列四种煤配成炼成合格的二级焦炭

•1/3焦煤：

水份12%，灰份8%，硫份0.7%，挥发份33%，G值70，Y值10

•肥煤：

水份14%，灰份14%，硫份1.1%，挥发份30%，G值90，Y值25

•焦煤：

水份9%，灰份10%，硫份0.9%，挥发份23%，G值75，Y值15

•瘦煤：

水份10%，灰份8%，硫份0.9%，挥发份16%，G值20，Y值0

•方案制作过程：

•1、二级焦炭指标：

灰份≤13.50%，硫份≤0.80%，M25≥88.0%

•2、确定配合煤的指标范围：

•煤的结焦率一般为73～78%，设为75%，由于煤的灰份全部转入焦炭，则配合煤的灰份为

•13.5%×

75%=10.12%，配合煤灰份应小于10.13%

•煤的硫份一般60～70%转入焦炭，设为65%，则配合煤的硫份为

•0.8%÷

65×

75%=0.92%，配合煤硫份应小于0.92%

•则可根据公式计算得出下表

•我厂实际使用的配煤方案

•不同要求的焦炭质量，各单种煤的配入比例相差较大，就焦炭强度而言，焦煤的配入比例至关重要，同时也要控制弱粘结性煤或非炼焦煤的配入比例。

•为避免由于煤质波动造成焦炭指标超标，配煤方案的灰份硫份要尽量低于理论值，如上述配合煤灰份理论计算只要小于10.13%就可以了，实际操作时要尽量配到9.8%以下，另外制作配煤方案还应注意配合煤水份的控制，以免影响上煤及捣固操作。

第四章常见问题及处理方法

•在实际生产中，焦炭质量经常会出现种种问题，比较常见的有如下几种：

•一、焦炭强度下降

•焦炭强度下降的原因分析应从以下几个方面来考虑：

•1、配合煤的粘结性和结焦性是否较低。

可检查化验指标，如发现G值、Y值偏低，则考虑增加焦煤或肥煤的比例。

•2、配煤比执行是否正确。

可根据电脑趋势查找，如有错误立即校正。

•3、配比中的单种煤煤质是否有变化。

可查找进厂煤化验单及配煤仓化验单，对煤指标波动较大的单种煤进行调整。

•4、焦炉炉温是否合适。

更改周转时间时必定有个别炭化室焦炭过生或过火，属于正常现象，但不会有较大影响。

如炉温确实偏低，则从推焦过程中是否冒烟判断，通过增加地下室煤气量使炉温恢复正常。

•5、捣固密度是否达到要求。

一般来说配合煤水份超过13%，会造成捣固困难，配合煤难以成饼，这时捣固机操作会采取多下煤、少捣固的方法，以保证煤饼能够进入炭化室，但煤饼堆密度会降低，这时要恢复焦炭强度，只能通过增加焦煤、肥煤比例来改善。

•6、焦炭是否偏碎。

现场验证焦炭，一方面可能是焦炭过火造成的，另一方面也可能是配煤原因，改善方法如上所述。

•7、焦炭水份是否过大。

焦炭水份过大造成焦炭表面粘焦面，可引起检测误差，转鼓M10偏高，M25偏低。

•二、焦炭偏碎、块度小

•焦炭偏碎、晾焦台上焦粉较多，主要是两方面原因。

•1、焦炭过火，如果绝大多数焦炭颜色灰白，即可判断为炉温问题，通过调整加热制度恢复炉温。

•2、如果焦炭颜色灰黑色，则是配煤原因。

一般来说弱粘煤和1/3焦煤配入比例偏高，容易使焦炭块度变小。

另外一种情况涉及到煤的微观组分，需要岩相分析，检测起来比较繁琐，可以根据经验判断是哪个煤种使焦炭变碎，进行调整。

•三、焦炭灰份、硫份升高

•焦炭的灰份、硫份突然升高，可参照焦炭强度下降的方法进行判断和处理。

谢谢！