應(yīng)用煤巖學(xué)在煉焦生產(chǎn)中的應(yīng)用(石焦)

應(yīng)用煤巖學(xué)

在煉焦生產(chǎn)中的應(yīng)用石焦集團(tuán)王寧主要內(nèi)容概述石焦的情況對(duì)應(yīng)用煤巖學(xué)配煤原理的理解應(yīng)用注意的問題一、概述應(yīng)用煤巖學(xué)是近代煤化學(xué)的重要組成部分。它通過測(cè)定煤的顯微組分組成及各顯微組分性質(zhì)，客觀地反映出來(lái)了煤的有機(jī)成分的復(fù)雜混合體的豐質(zhì)，應(yīng)用于煤分類和煤加工工藝．取得了顯著成果。在煉焦工業(yè)中，應(yīng)用煤巖學(xué)豐富了配煤理論和焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè)理論，提高了配煤煉焦技術(shù)。尤其是發(fā)現(xiàn)了小球體和形成中間相概念后，奠定了最有說服力的成焦機(jī)理的新理論，大大推動(dòng)了現(xiàn)代煉焦工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。應(yīng)用煤巖學(xué)已成為一門獨(dú)立的學(xué)科。煤巖學(xué)，不僅僅是幾個(gè)指標(biāo)問題，更重要的煤巖學(xué)內(nèi)涵，煤巖學(xué)的研究方法，應(yīng)將煤巖學(xué)提高到理念高度，將煤巖學(xué)貫穿于煉焦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。我們要用煤巖學(xué)的理念和研究方法，來(lái)揭示焦炭生產(chǎn)過程的本質(zhì)，來(lái)解決煤焦生產(chǎn)出現(xiàn)問題。實(shí)踐證明，焦炭質(zhì)量出現(xiàn)問題，絕大多可以用煤巖學(xué)的觀點(diǎn)解釋并解決。用煤巖學(xué)方法對(duì)成焦機(jī)理的研究，可以大大推動(dòng)煉焦配煤技術(shù)的進(jìn)步。所有先進(jìn)的配煤方法，都離不開應(yīng)用煤巖學(xué)的理論指導(dǎo)。如大同等弱粘煤的廣泛應(yīng)用。二、石焦的情況石焦集團(tuán)，自1996年起，就與鞍山科技大學(xué)周師庸教授合作開展了《應(yīng)用煤巖學(xué)在煉焦生產(chǎn)中的應(yīng)用》研究課題，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2000年該課題通過了由煤炭科學(xué)研究總院北京分院、河北理工大學(xué)、鞍山科技大學(xué)等地的知名專家主持的省級(jí)鑒定，獲省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，省冶金科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。當(dāng)時(shí)的立項(xiàng)背景：1)進(jìn)廠精煤的混洗混配;2)傳統(tǒng)的依靠G值、Y值已無(wú)法滿足控制焦炭質(zhì)量的需要。其主要工作內(nèi)容包括：1)控制來(lái)煤質(zhì)量—將煤巖指標(biāo)納入合同考核。主要是焦煤;目前，除焦煤，所有煤種都有混洗混配現(xiàn)象。最為麻煩的是，無(wú)煙煤等非煉焦煤的配入。盡管從總體配煤而言，配入量少，但可以影響全局。2)合理堆放煤種;——堆入同一堆的煤必須靠近這一堆煤的Rmax的中心值;同一堆煤各煤的反射率分布圍成的面積必須大部分重合3)優(yōu)化配煤方案——理想的配煤方案反射率分布圖是連續(xù)的，平滑斜降的，不應(yīng)有明顯的凹口，特別是1.0～1.2附近。平均最大最小正離差負(fù)離差M10后6.37.85.2＋0.56－0.65前8.111.26.4＋1.03－0.81M40后86.288.083.0+1.07-0.89前79.583.272.4＋1.90－3.02所取得的效果：瘦煤多配入10％;實(shí)施前后對(duì)比：2003石焦與北京煤科院合作的“焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度影響因素及預(yù)測(cè)模型的研究”項(xiàng)目，也是煤巖學(xué)的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行的，得到單種煤煉焦所得焦炭的CRI、CSR的回歸方程為:式中：式中CRI式中復(fù)相關(guān)系數(shù)為平方r2=0.862(即r=0.928）通過對(duì)x1

、x2、x3的顯著性檢驗(yàn)檢驗(yàn)，F(xiàn)1＝69.94，F(xiàn)2＝27.37，F(xiàn)3＝74.77。CSR式中復(fù)相關(guān)系數(shù)為平方r2=0.898(即r=0.948）通過對(duì)y1

、y2、y3、y4的顯著性檢驗(yàn)檢驗(yàn)，F(xiàn)1＝77.19，F(xiàn)2＝51.2，F(xiàn)3＝85.28，F(xiàn)4＝50.52?？梢?，對(duì)于CRI反應(yīng)性指數(shù)即煤的最大鏡質(zhì)組平均反射率與塑性溫度區(qū)間的組合項(xiàng)x3項(xiàng)影響最大，煤巖組成與溫差組合x3項(xiàng)次之，而堿x2影響較小。以CSR影響較大的是y3，即堿金屬的含量。堿金屬對(duì)于炭融反應(yīng)有催化作用，但這種催化作用影響大的是焦炭的各項(xiàng)異性炭。其次是煤的G值，而煤的G值不是一個(gè)獨(dú)立因子。在此后，石焦獨(dú)立開展的有關(guān)煤焦的課題，都是建立在煤巖學(xué)理論的基礎(chǔ)之上。有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有失敗的教訓(xùn)。例如：配焦粉研究——通過大量的試驗(yàn)焦煤，無(wú)論對(duì)焦粉怎樣處理，最后的結(jié)果，不得不細(xì)粉碎。粉碎改造的論證——為了減少入爐煤中小于0.2mm，擬對(duì)粉碎工藝進(jìn)行改造，即先對(duì)配合煤用弛張篩篩分，僅對(duì)篩上物進(jìn)行粉碎，然后與篩下物混合送入焦?fàn)t煤倉(cāng)，結(jié)果，弛張篩尺大（10mm)時(shí)，對(duì)焦炭質(zhì)量會(huì)有不良影響。尺寸小時(shí)（如4mm），雖對(duì)焦炭質(zhì)量沒有影響，但實(shí)際生產(chǎn)中難以實(shí)現(xiàn)。其原因：與入爐煤中惰性物質(zhì)的尺寸有關(guān)。三、對(duì)煤巖學(xué)配煤原理的理解在企業(yè)中，深入了解煤的結(jié)焦機(jī)理，是必要的，煤巖配煤的深入理解，可以提高企業(yè)的配煤水平，對(duì)于煉焦生產(chǎn)出現(xiàn)的諸多異常情況，可以用煤巖學(xué)的方法解決。以下是我對(duì)煤巖學(xué)配煤原理的理解。1)煤不均一的物質(zhì)。即根據(jù)的同的顯微組分在結(jié)焦過程中所起的做用不同，將它們劃分為活性組分的惰性組分。2)活性組分和惰性組分必不可少。如混凝土的水泥和砂石。對(duì)于惰性物質(zhì)，必須細(xì)粉碎。惰性物質(zhì)細(xì)粉碎，參與氣孔壁的形成，是氣孔壁的骨架，可以減少半焦后收縮裂紋的生成。當(dāng)惰性組分足時(shí)，主要影響焦炭的M40原因。當(dāng)活性組分不足時(shí)，膠質(zhì)體產(chǎn)生的量少，所得到的焦炭結(jié)構(gòu)疏松，開形成的開放氣孔多，影響焦炭的M10和CRI。這些可以用肉眼就可以觀察到。G、Y、V焦渣特征對(duì)和焦炭質(zhì)量相關(guān)性不好，我以為尤其是有不融性煤參與的情況下，就是在測(cè)定這結(jié)指標(biāo)時(shí)，沒有反應(yīng)出惰性物質(zhì)的在實(shí)際生產(chǎn)中的粒度分布有關(guān)。3）活性組分質(zhì)量不均一關(guān)于膠質(zhì)體的質(zhì)量。對(duì)于膠質(zhì)體質(zhì)量，很重要的一點(diǎn)就是塑性溫度區(qū)間。塑性溫度區(qū)間，在測(cè)定奧亞、基氏流動(dòng)度時(shí)等到，在測(cè)定Y值時(shí)，也可以有所反應(yīng)。Y值只能反應(yīng)膠質(zhì)體的數(shù)量（對(duì)氣肥煤，有夸大現(xiàn)象），但不能反膠質(zhì)體的質(zhì)量。反應(yīng)膠質(zhì)體質(zhì)量最合適的指標(biāo)，就是煤的反射率分布。當(dāng)變質(zhì)程度R＝1.1時(shí)，質(zhì)量最好，其塑性溫度區(qū)間寬，適應(yīng)性好。在加熱速度會(huì)對(duì)膠質(zhì)的塑性溫度區(qū)間產(chǎn)生影響。加熱速度，會(huì)使煤的塑性溫度區(qū)間變寬。石焦引進(jìn)的40kg試驗(yàn)焦?fàn)t模擬性不好，經(jīng)分析，其原因就是加熱速度慢造成，經(jīng)調(diào)整，已解決。一焦化廠，焦炭質(zhì)量差，通過提高標(biāo)準(zhǔn)溫度，解決。。3)煤粒結(jié)合，不是簡(jiǎn)單的互融，而是煤粒間的界面反應(yīng)。正因如此，參與配煤的所有煤種必須有連續(xù)的塑性溫度區(qū)間，理想的配合煤反射率分布必須是連續(xù)的，最忌諱的是在1.0~1.2位置出現(xiàn)明顯的凹口甚至斷口。在結(jié)焦過程中，只有保證良好的塑性溫度區(qū)間，方能保證良好有因而反應(yīng)。不同的煤種在一起加熱時(shí)，不同變質(zhì)程度的煤的塑性溫度區(qū)間是不一樣的，這就是煤的交互作用。G值、Y值的加合性不好，就可能與此有關(guān)。4)關(guān)于焦炭質(zhì)量焦炭的M40和M10。M40主要是取決于焦炭裂紋，M10主要取決與煤的膠質(zhì)體的質(zhì)量。裂紋的生成與惰性物質(zhì)不足有關(guān)外，還與惰性物質(zhì)的粒度有關(guān)。M10除受當(dāng)膠質(zhì)體質(zhì)量差影響外，還與焦炭惰性物質(zhì)不足有關(guān)。搗固煉焦對(duì)改善M10總是有好處的，但對(duì)M40卻有區(qū)別，所以搗固煉焦對(duì)煤粘結(jié)性的要求不能太高。CRI和CSR焦炭在1100℃與CO2反應(yīng)，正好處于反應(yīng)動(dòng)學(xué)向分子擴(kuò)散學(xué)過渡階段，所以CRI受反應(yīng)速度和分子擴(kuò)散速度共同影響。反應(yīng)速度由焦炭的顯微決定。搗固煉焦所得焦炭視比重大，氣孔率低，在一定程度上可以降低焦炭的CRI，這需要通過試驗(yàn)而進(jìn)行進(jìn)一步研究。推焦電流的問題推焦電流，除了操作和焦?fàn)t本身的原因外，最重要的，還是煤的關(guān)系。焦?fàn)t的原因如：機(jī)側(cè)裝煤缺角，爐墻石墨，爐框變形，加熱制度的原因外，主要還是由煤決定的。排除焦?fàn)t操作的原因外，可以著手從以下兩方面來(lái)考慮：焦餅的收縮，裂紋，平行于爐墻的橫裂紋過多，焦炭偏碎，也可以影響推焦電流焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)。盡管許多單位在時(shí)行配煤專家系統(tǒng)的研究，目前，最終還離不開人的干預(yù)。影響焦炭質(zhì)量的因素太多，有時(shí)不經(jīng)意的一個(gè)環(huán)節(jié)，就可以對(duì)焦炭質(zhì)量造成較大的影響。同時(shí)，對(duì)于目前的焦化企業(yè)，煤源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤質(zhì)波動(dòng)不穩(wěn)定，同時(shí)企業(yè)的生產(chǎn)很難做到長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)穩(wěn)定，所以，目前還不能說算成熟，但也是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。四、應(yīng)注意的幾個(gè)問題煤巖設(shè)備的自動(dòng)化問題。雖目前還無(wú)法完成對(duì)煤的顯微組分的測(cè)定，但已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤的鏡質(zhì)組最大平均反射率及反射率分布的測(cè)定，其測(cè)定精度，已經(jīng)完全滿足國(guó)要求，更能滿足企業(yè)需要。在國(guó)內(nèi)，煤巖自動(dòng)分分析系統(tǒng)，已經(jīng)有十余年歷程，十余年間，也在不斷科學(xué)完善，在國(guó)內(nèi)數(shù)十家企業(yè)已經(jīng)推廣。其最大的優(yōu)點(diǎn)，效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，對(duì)于反射率及反射率分布測(cè)定，對(duì)于測(cè)定者的專業(yè)知識(shí)要求門坎，可適當(dāng)放寬，這一點(diǎn)對(duì)于企業(yè)非常重要。在焦化企業(yè)中，最需要最基礎(chǔ)的煤巖測(cè)定項(xiàng)目就是煤的鏡質(zhì)組最大平均反射率和反射率分布。這樣，對(duì)于煤巖基礎(chǔ)薄弱的，可以先入門，再深造，通過積累和交流學(xué)習(xí)，再逐漸提高。目前，自動(dòng)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：煤的鏡質(zhì)組反射率及半自動(dòng)煤的鏡質(zhì)組反射率及 反射率分布的測(cè)定，煤的顯微組分的測(cè)定，焦炭的光學(xué)組強(qiáng)的測(cè)定等等，而手動(dòng)系統(tǒng)與自動(dòng)系統(tǒng)相比較而言，無(wú)論測(cè)定煤的反射率、反射率分布還是測(cè)定對(duì)測(cè)定都要求要有相應(yīng)的扎實(shí)煤巖基礎(chǔ)理論，需要長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)，對(duì)于非焦化專業(yè)的人而言，更是困難吃力。在焦化生產(chǎn)企業(yè)，往往需要每天需要測(cè)定數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)樣品，對(duì)于自動(dòng)系統(tǒng)而言完全可以實(shí)現(xiàn)，對(duì)于手動(dòng)，那是不可想象的。全自動(dòng)測(cè)定人工測(cè)定勞動(dòng)強(qiáng)度小大效率2~4小時(shí)10分鐘（10000點(diǎn)）測(cè)定點(diǎn)數(shù)250個(gè)幾千個(gè)人的要求相對(duì)較低相對(duì)較高人為誤差無(wú)有混煤判定自動(dòng)完成不能自動(dòng)完成測(cè)定精度達(dá)到國(guó)標(biāo)要求達(dá)到國(guó)標(biāo)要求測(cè)定鏡質(zhì)組反射率時(shí)全自動(dòng)系統(tǒng)人工系統(tǒng)的比較對(duì)于煤巖學(xué)不能寄以過高的期望。因?yàn)樵诮够髽I(yè)最經(jīng)常最基礎(chǔ)測(cè)定的煤的鏡質(zhì)組平均最大反射率、反