應用煤巖學在煉焦生產(chǎn)中的應用

運用煤巖學

在煉焦消費中的運用石焦集團王寧_mail:heb_wangning@163主要內(nèi)容概述煤巖學根本概念各個顯微組分在結焦過程中的變化煤巖學配煤原理與焦炭質(zhì)量運用實例運用留意的問題第一部分煤巖學的根本概念主要引見煤的構成過程，顯微組分及煤的鏡質(zhì)組反射率等。一、概述運用煤巖學是近代煤化學的重要組成部分。它經(jīng)過測定煤的顯微組分組成及各顯微組分性質(zhì)，客觀地反映出來了煤的有機成分的復雜混合體的豐質(zhì)，運用于煤分類和煤加工工藝．獲得了顯著成果。在煉焦工業(yè)中，運用煤巖學豐富了配煤實際和焦炭質(zhì)量預測實際，提高了配煤煉焦技術。尤其是發(fā)現(xiàn)了小球體和構成中間相概念后，奠定了最有壓服力的成焦機理的新實際，大大推進了現(xiàn)代煉焦工業(yè)技術的提高。運用煤巖學已成為一門獨立的學科。煤巖學，不僅僅是幾個目的問題，更重要的煤巖學內(nèi)涵，煤巖學的研討方法，應將煤巖學提高到理念高度，將煤巖學貫穿于煉焦消費的各個環(huán)節(jié)。主要研討工具：顯微鏡煤的形過程植物殘骸→泥炭→褐煤→煙煤→無煙煤泥炭化作用變質(zhì)作用成巖作用成煤作用在整個地質(zhì)年代中，三個主要的成煤期：1、古生代的石炭紀和二迭紀，成煤植物主要為孢子植物，主要煤種為煙煤和無煙煤2、中生代的侏羅紀，成煤植物主要是裸子植物，3、新生代的第三紀，成煤植物主要為被子植物，主要煤種為褐煤和煙煤我國煤炭資源成煤期特點：1、成煤期多，從泥盆紀前就開場構成石煤到第三紀的泥炭，繼續(xù)時間六億年，其中有十幾次成煤期，以侏侏羅紀的石炭二迭紀成煤最為豐富2、分布廣泛類型復雜。陰山以北主要為晚侏羅紀及第三紀煤，陰山以南至昆侖——秦嶺之間，主要是石炭二迭紀煤及早、中侏羅世煤，昆侖——秦嶺以南，以二迭節(jié)煤為主，還有早古生代煤，早石炭世煤，晚三迭世及第三紀煤以煉焦為主的有機顯微組分分類分類的原那么：從中國煤特點出發(fā)，采用成因與工工藝性質(zhì)相結合原那么，以反光油浸下的特征為主，結合透光及熒光特征進展分類。分類根據(jù)：在顯微鏡下顏色，突起，反射率，構造，形狀特征，成因及物理化學，工藝性質(zhì)劃分為四個顯微組分組，即，鏡質(zhì)組，半鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組，殼質(zhì)組，再根據(jù)細胞構造保管程度，形狀我大小〔個別時按反射率〕的差別，將顯微組分再細分為假設干個組分和亞組分<國標GB/Ir15588-2001煙煤顯微組分分類>對各個顯微組分都有詳細的描畫，但最好在有閱歷的人來指點煙煤有機組分分類表組代號組分代號亞組分代號鏡質(zhì)組V結構鏡質(zhì)體無結構鏡質(zhì)體碎屑鏡質(zhì)體TCVD結構鏡質(zhì)體1結構鏡質(zhì)體2均質(zhì)鏡質(zhì)體基質(zhì)鏡質(zhì)……T1T2C1C2半鏡質(zhì)組SV結構半鏡質(zhì)體無結構半鏡質(zhì)體碎屑半鏡質(zhì)體STSCSVD惰質(zhì)組I半絲質(zhì)體絲質(zhì)體微粒體粗粒體……SFFMiMa粗粒體1粗粒體2……殼質(zhì)組E孢粉體角質(zhì)體樹脂體……SPCuRe大孢子體小孢子體一些煤的照片同一顯微組分具有相近的成因過程，不同顯微組分有成因上的聯(lián)絡鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組主要由植物的木質(zhì)纖維細胞構成，但經(jīng)受的早期分解作用不同。在泥炭階段曾經(jīng)確立下來，成煤以后不再發(fā)生變化鏡質(zhì)組：腐植化作用＋凝膠化作用，近于復原環(huán)境；惰質(zhì)組：絲炭化作用、緩慢氧化作用；不完全氧化產(chǎn)物過渡組分：凝膠化作用或絲炭化作用交替進展；殼質(zhì)組：植物器官、組織的殘植化作用；各個顯微組分在性質(zhì)是顯著的差別，在結焦過程中所起的作用也是不同。鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組是活性組分惰質(zhì)組和礦物是惰性組分半鏡質(zhì)組是過渡性組分，在性質(zhì)上和結結焦過程中所起的作用更接近惰性組分在煉焦煤中，鏡質(zhì)組性質(zhì)對煉焦煤性質(zhì)起決議性作用鏡質(zhì)組殼質(zhì)組惰質(zhì)組揮發(fā)分中等高低粘結性高中低反射率中等低高碳含量中等低高氫含量中等高低樣品Mad%Ad%Vdaf%FCdaf%原料煤7.434.4336.4363.57鏡質(zhì)組6.402.3739.6060.40惰質(zhì)組6.883.5425.3074.70樣品Cdaf%Hdaf%Odaf%Ndaf%Sdaf%原料煤79.774.6714.370.990.20鏡質(zhì)組77.835.0315.941.010.19惰質(zhì)組82.633.7712.620.800.18中國煉焦煤的顯微組分特征中國煉焦煤中顯微組分布特征與成煤時代親密相關，即鏡質(zhì)組以侏羅紀最高，惰質(zhì)組以石炭，二疊紀煤最高，殼質(zhì)組以晚二疊紀樂平煤系最高經(jīng)統(tǒng)計，我國主要煉焦煤產(chǎn)地的巖相組成鏡質(zhì)組含量小于70％的占62%大于80的只需12%。假設含量以惰質(zhì)組〔惰質(zhì)組＋2/3半鏡質(zhì)組＋礦物〕進展統(tǒng)計，大于30%煤樣占一半以上，而小于20%的為18.3％巖相不均一，惰性組分含量高是我國主要煉焦煤礦區(qū)的根本特征之一。主要煉焦煤中鏡質(zhì)組含量〔上圖〕與總惰質(zhì)組含量〔以下圖〕的分布煤的鏡質(zhì)組分射率及反射率分布反射率定義：礦物對垂直入射于磨光面上的光線反射才干。常用的反射率種類：鏡質(zhì)體最大反射率：在單偏光下轉(zhuǎn)動物臺所測得的鏡質(zhì)體反射率的最大值。用Rmax表示鏡質(zhì)體隨機反射率：是把在非偏光下，不轉(zhuǎn)動物臺把測得的鏡質(zhì)體反射率。用Rran表示Rmax<2.5%時：Rran=0.938RmaxRmax為2.5~6.5時Rran=0.777Ramx+0.3082同一種煤，不同點的反射率的值是不同的。但分布范圍很窄，接近正態(tài)分布，方差小于0.1，這用于鑒定混煤。一切煤的顯微組分均隨煤的蛻變程度的提高而增大鏡質(zhì)體的數(shù)量在煤中占絕對位置鏡質(zhì)組較均一，同一煤鏡質(zhì)組的反射率健在反射率是反映蛻變程度的最準確的目的。隨著煤蛻變程度的提高，鏡質(zhì)組的反射率有規(guī)律的增大方差，是表示煤的反射率分布范圍即混洗混配程度的一個目的，反射率分布范圍越寬，其值越大鏡質(zhì)組反射率分布情況比平均最大反射率值更有用，它能表達全部鏡質(zhì)組質(zhì)量的細節(jié)。煤的結焦性除了和煤的蛻變程度及炭相結成影響外，還有其它要素有著，如成煤植物種類，年代，所處的環(huán)境有關。不同時代煤中活性組分粘結性差別圖中■為古生代煤●中生代煤不僅僅是G值，其它Y值，基氏流動度等也有類似的規(guī)律。而且硫含量也有明顯的差別。中國不同類別煉焦煤的鏡質(zhì)體最大平均反射率中國各類煤的Rmax及Vdaf的分布范圍煤種RmaxVdaf煤種RmaxVdaf氣煤0.600~0.8060.704（12）34.4～50.540.1焦煤1.035~1.5151.228(21)18.0~28.023.2氣肥煤0.650～0.8100.711（6)37.8～50.544.8瘦煤1.384~1.6321.450(5)14.5~19.817.11/3焦煤0.725~1.0830.915（52)37.5~50.544.8貧瘦煤1.318~1.6921.580(20)13.4~18.516.0肥煤0.947～1.4081.050(32)25.6~36.831.2中國煤分類〔煉焦煤〕16肥煤2636氣肥煤56轉(zhuǎn)換指標Y＝25mm8515焦煤25351/3焦煤45氣煤655014瘦煤SM243444351323?中粘煤33433042長焰煤CY2022弱粘煤32512貧瘦煤PS011貧煤PM21不粘煤BN314110202837粘結指數(shù)G揮發(fā)分VdafRomax/% 能夠煤類〔按出現(xiàn)頻率陳列〕<0.5 褐煤、長焰煤0.5~<0.6 長焰煤、不粘煤、氣煤0.6~<0.7 1/3焦煤、氣煤、長焰煤、不粘煤、氣肥煤0.7~<0.8 1/3焦煤、氣煤、氣肥煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤0.8~<0.9 1/3焦煤、氣煤、弱粘煤、不粘煤、肥煤、氣肥煤0.9~<1.01/3焦煤、肥煤、氣煤、1/2中粘煤、氣肥煤1.0~<1.1 肥煤、焦煤1.1~<1.2 肥煤、、焦煤1.2~<1.3焦煤、肥煤、1.3~<1.4焦煤、肥煤1.4~<1.5焦煤1.5~<1.6焦煤、瘦煤、貧瘦煤1.6~<1.7 瘦煤、焦煤、貧瘦煤1.7~<1.8 瘦煤、貧瘦煤、焦煤、貧煤1.8~<1.9貧瘦煤、瘦煤、貧煤1.9~<2.0 貧瘦煤、貧煤、瘦煤2.0~<2.5 貧煤煤的蛻變程度與中國煤分類在運用反射率及反射分布鑒定時就留意的幾個問題混煤鑒定，不能得到很準確的混煤比。假設兩種煤的顯微組分差別很大，所得到的結果也是很不令人稱心如兩種煤，A、B兩種煤按1:1的比例混勻，A的鏡質(zhì)組含量為60％，B煤鏡質(zhì)組含量為40，能過鏡質(zhì)組反射率分布得到的混主煤比能夠為6:4。但煤焦煤中，鏡質(zhì)組普通占約大多數(shù)，在組分含量相差不大的情況下，剝離出的鏡質(zhì)組比例可近似看作是原混入煤的比例。。反射率不能準確判別煤種，中國煉焦煤分類主要根據(jù)煤的工藝性質(zhì)還分類，不是按照煤的蛻變程度。反射率與煤種只需一個大致的對應關系。反射率測定應留意的幾個問題粘結劑和煤樣比例問題制樣時破碎方式及粒度掌握控制光片的質(zhì)量儀器的穩(wěn)定時間固定的點行間距，符合數(shù)學統(tǒng)計學原理一但開場測定，顯微鏡光路等不能再動保證一定的區(qū)域假設人工和半自動測定，必需保證點數(shù)。鏡質(zhì)組反射率及反射率測定自動化目前，世界頂級的蔡司顯微鏡配合顯微光度計系統(tǒng)曾經(jīng)實現(xiàn)對鏡質(zhì)組反射率反射率分布的自動化測定，在全國范圍內(nèi)曾經(jīng)廣泛推行，數(shù)十家焦化企業(yè)的運用證明，其測定精度曾經(jīng)完全滿足國標<GB6948－86煤的鏡質(zhì)組反射率測定方法>要求，具有省時、省力，效率高等優(yōu)點，也降低了煤巖測定的門檻要求，可以在較短的時間內(nèi)開展任務，在任務實際中再學習，提高，特別適宜企業(yè)的根底不太好的企業(yè)運用。此外，本系統(tǒng)還功能豐富，提供了確實混煤比，半自動測定，測定焦炭氣孔率等功能，對煤巖的普及，提高焦化企業(yè)對煤認識程度和配煤程度，起到了推進作用。煤巖測定自動化是開展趨勢第二部分煤的各個顯微組分在結焦過程中的作用主要引見煤的結焦過程及各個顯微組分的衍生物及煤巖學配煤的根本原理鏡質(zhì)組在成焦過程中的作用鏡質(zhì)組是成焦的主體原料，由它性質(zhì)和數(shù)量決議的。它是成焦過程中顆粒外表產(chǎn)生非揮發(fā)性液相的主體。煤粒表而的非揮發(fā)性液相是構成焦塊的絕對緣由。鏡質(zhì)組質(zhì)量主要表如今產(chǎn)生的膠質(zhì)體的質(zhì)量和數(shù)量上差別，主要由煤的蛻變程度決議。測定最大膠質(zhì)層厚度主要表達在膠質(zhì)體的數(shù)量上，而不能反響膠質(zhì)體的質(zhì)量。Rmax在1.1附近時，產(chǎn)生的膠質(zhì)體的質(zhì)量是最好的。焦炭多孔體的構成鏡質(zhì)組受熱處于軟化形狀，分解氣體的內(nèi)壓小于膠質(zhì)體的阻力，那么構成封鎖氣孔，如氣體能沖破膠質(zhì)體的阻力，固化那么構成開放氣孔，后者約占90％以上，假設備煤和煉焦工藝條件固定，氣孔參數(shù)主要決議于鏡質(zhì)組的反射率及反射率分布。由鏡質(zhì)組衍生的焦炭是微組構對焦炭強度的影響。鑲嵌構造多的焦炭冷態(tài)強度好，同性構造反響性較高，分子層片來不及陳列就趨向固化，強度不高，層狀構造的流動形和片狀構造內(nèi)部的層片陳列趨向有序，比各向同性致密，但光學構造單元而結合不一定結實。鏡質(zhì)組構成的光學構造蛻變程度由低到高構成各向同性、細粒、粗粒，流動、葉片，根底各向異性，光學各向異性構造單元尺過依序均與，與CO2的反響性依次減弱。惰質(zhì)組及其焦化后的衍生物惰質(zhì)組的惰性景象惰質(zhì)組在加熱過程中有分解反響，但不軟化，不會出現(xiàn)中間相過程。它參與成焦必需在其外表吸附一定量的非自生的非揮發(fā)液相。惰質(zhì)組在成焦過程中的兩面性主要決議于它的大小和數(shù)量。顆粒大，構成裂紋中心。顆粒細，參與氣孔壁構成，使氣孔壁增厚，提高焦焦炭強度顆粒過細，比外表過大，要吸附更多的非揮發(fā)性液相，影響焦炭強度，特別是耐磨強度M10惰質(zhì)組是煤中天然瘦化劑。惰質(zhì)組對焦炭成焦后氣孔參數(shù)的影響惰質(zhì)質(zhì)組衍生物的光學性質(zhì)：絲炭和破片，為各向同性。半鏡質(zhì)組及其焦化后的衍生物半鏡質(zhì)組是一種鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組兩者之間過渡性組分，其性質(zhì)介于兩者之間半鏡質(zhì)組在加熱過程中的動態(tài)和光學性質(zhì)更接近惰質(zhì)組。在加熱過程中，棱角不再鋒利，有些軟化傾向外，其它一切均同惰質(zhì)組。成焦后的衍生物是碎片，為光學各向同性。殼質(zhì)組組及其焦化后的衍生物低蛻變程度煤中殼質(zhì)組分解溫度低，膠質(zhì)體多而稀，揮發(fā)分和氫含量高，固化溫度低，殘留炭少中蛻變程度煉焦煤中的殼質(zhì)組結焦性逐漸類似于其共生的鏡質(zhì)組，在加熱過程也近似于鏡質(zhì)組。I各向同性Mf細粒鑲嵌Mc粗粒鑲嵌F流動狀L葉片B根底各向異性消費配合煤鏡質(zhì)組反射率分布及其與焦炭的光學組織組成的關系煤中不同蛻變程度鏡質(zhì)組與焦炭光學組織之間大致衍變關系焦炭光學組織相應的鏡質(zhì)組變質(zhì)程度各向同性鏡質(zhì)組反射率＜0.75%鑲嵌結構鏡質(zhì)組反射率0.75～1.5%纖維狀結構鏡質(zhì)組反射率1.1～1.6%片狀結構鏡質(zhì)組反射率1.4～2.0%基礎各向異性鏡質(zhì)組反射率＞2.0%第三部分煤巖學配煤原理與焦炭質(zhì)量煤巖學配煤根本原理煤不是均一物質(zhì)。每一種煤都是天然的配煤?；钚越M分即鏡質(zhì)組的反射率分布是決議煉焦煤性質(zhì)的首要要素?；钚越M分的質(zhì)量不均一，可以用反射率分布來表示。在1.1附近活性組分的質(zhì)量最好。塑性溫度區(qū)間寬，順應性好。決議煤性質(zhì)的另一個重要要素是惰性組分含量。在結焦過程中，惰性組分是必不可少的。結焦過程中煤粒之間不是簡單的互熔，是經(jīng)過界面反響鍵合結合起來的。煤中惰性組分與任何其它煤巖組分在成焦后的界面是明晰而鋒利蛻變程度接近的煤成焦化界面結合良好，界面不明晰兩種蛻變程度不同的煉焦煤的構成的界面明晰，結合的質(zhì)量取決于蛻變程度的差別。Rmax在1.1附近時，與其它煉焦煤均有不同程度的界面過渡帶界面質(zhì)量決議焦炭的質(zhì)量。理想的配合煤反射率布應是平滑斜降的，不應出現(xiàn)明顯的凹口，尤其是Rmax在1.1附近。膨脹壓力有利于促進界面反反響的進展一些焦炭圖片焦炭質(zhì)量焦炭抗碎強度M40，主要和裂紋的生成有關焦炭的耐磨強度M10：主要和膠質(zhì)體的質(zhì)量和數(shù)量有關。低蛻變程度和高蛻變程度煤都影響M10M10對煤質(zhì)的變化反響靈比M40靈敏焦炭的反響性CRI：除于焦炭的光學組織有關外，也和焦炭的氣孔構造如開放氣孔的比例，氣孔率及孔徑分布有關，由于這和氣體分子的分散速度有關。焦炭的反響后強度CSR：受焦炭的主要受反響性CRI影響。也受焦炭的光學組織構造有關。CO2對不同的顯微組構，破壞的情況是不同的。對于鑲嵌構造，構成麻點，對于根底各向異性，形生長的深的裂紋，可以解釋為什么有的焦炭反響性并不高，但反響后強度低的情況關于搗固煉焦：總是改善焦炭的M10但對M40的影響不一定。搗固煉焦雖然不能改動焦炭的光學構造組織，但是由于更為致密，也可以從分子分散速度上改善焦炭的反響性和反響后強度。第四部分運用實例一、石焦的情況石焦集團，自1996年起，就與鞍山科技大學周師庸教授協(xié)作開展了<運用煤巖學在煉焦消費中的運用>研討課題，獲得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。2000年該課題經(jīng)過了由煤炭科學研討總院北京分院、河北理工大學、鞍山科技大學等地的知名專家主持的省級鑒定，獲省科技提高二等獎，省冶金科技提高一等獎。當時的立項背景：1)進廠精煤的混洗混配;2)傳統(tǒng)的依托G值、Y值已無法滿足控制焦炭質(zhì)量的需求。其主要任務內(nèi)容包括：1)控制來煤質(zhì)量—將煤巖目的納入焦煤合同考核。假設配入其它非煉焦煤，其蛻變程度跨度變大，那么規(guī)范差也要變大。煤種都有混洗混配景象。最為費事的是，無煙煤等非煉焦煤的配入。雖然從總體配煤而言，配入量少，但可以影響全局。存在混混配的情況主要有：焦煤的混洗混配最為雜亂，可以長焰煤，1/3焦煤，不斷到無煙煤，反射率分布范圍從0.6到2.5以上1/3焦煤高揮發(fā)分強粘結性煤配入長焰煤不粘煤或弱粘煤，這種情況下，根本上還是一個峰，但峰變寬瘦煤的情況，主要是用貧煤等，配入粘結性煤，以提高總體的粘結性肥煤也存在類似的情況，但較少見，由于配入后，Y值達不到要求以上情況，大多時從Y值膨脹曲線上也有所反響，但遠不如煤的反射率分布表現(xiàn)的直觀。煤種RmaxSGY肥煤1.0820.18987.224.5煤種RmaxSGY1/3焦0.8130.13480.314.5煤種RmaxSGY焦煤1.3840.32679.414.0煤種RmaxSGY瘦煤1.6040.23556.24.52)合理堆放煤種;——堆入同一堆的煤必需接近這一堆煤的Rmax的中心值;同一堆煤各煤的反射率分布圍成的面積必需大部分重合。但目前情況下，有其局限性。由于煤資源的緊張，煤的采購不僅僅局限于一個較近地域范圍，采購范圍的擴展導致常有不同成煤年代，不同成因的情況，導致結焦性的差別。3)優(yōu)化配煤方案——理想的配煤方案反射率分布圖是延續(xù)的，平滑斜降的，不應有明顯的凹口，特別是1.0～1.2附近。分布范圍不能太寬，尤其是小于0.6和大于2.1的量不在占太大的比例。平均最大最小正離差負離差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所獲得的效果：瘦煤多配入10％;實施前后對比：采取措施前后M40的對比采取措施前后M40的對比實踐中遇到的一些問題的實例1、M40難以改善的問題當時的情況是，配煤G值為83，Y值17，所得到焦炭外觀顏色、塊度均正常，但M40不斷很低77～79，采取提高焦煤用量，等等多配入提高焦煤用量等等，無論如何也到到達80以上。其后察看轉(zhuǎn)鼓后的焦炭發(fā)現(xiàn)有不粒度約3~6mm范圍的不融物質(zhì)。搜集后做成光片，在正交偏光下察看為根底各向性，所以斷定混入無煙煤所致。對一切煤種進展反射率測定，發(fā)現(xiàn)有一供煤商在煤中配入無煙煤所致。調(diào)整配比后的G值為75，Y值為15.5，M40為82，問題得以處理。結論是：無煙煤混入后，假設不能粉碎到一定粒度后，會構成裂紋中心，影響焦炭的M402、M10難以改善的問題當時的情況是M10總在9左右，甚至有時超越10，但M40尚可，在80以上，如何降低M10成為一個因攏配煤配煤人員的一個棘手問題。對配入煤準確測定反射率健在，小于0.6范圍占到12.5％，焦炭外觀構造不均勻，粘結性組清楚顯缺乏，確定有或不弱粘結性煤參與。對一切煤的種進展反射率測定，找到膠質(zhì)層測定的原始記錄，確定某供應商混入不粘煤。調(diào)整配比后，M10得以降低。結論：M10和M40的影響要素雖然決議與煤質(zhì)，但影響機理要是有區(qū)別的，M10，M40兩者間沒有必然聯(lián)絡。3〕搗固煉焦焦炭碎，M25低問題:焦炭碎，M40低，G值62Y值12.3，M25為86，經(jīng)察看，判別除焦炭過火外，還惰性物質(zhì)缺乏的緣由。處理：原有的瘦煤質(zhì)量：揮發(fā)分為16.04，G值52，S為0.42，換為揮發(fā)分為14.12，G為26的另一種瘦〔貧〕煤，配入比例不變，M25提高至90.5，塊度增大，而且降低了本錢。結論：搗固煉焦更需求瘦化劑，但前提是粒度必需保證。4〕搗固煉焦焦炭塊度大，M10高問題景象：焦炭塊大，沒有棱角，構造疏松。經(jīng)過咨詢，在配合煤中配入3％未經(jīng)磨細的焦粉。導致結焦過程中氣體堅持不住，膨脹壓力變小。結論：焦粉作為一種惰性物質(zhì)，必需細粉碎，否那么作為一種多孔物質(zhì)它還會吸附一定量的膠