煤的黏结和成焦机理.ppt

室式结焦过程 第一节煤的黏结和成焦机理 具有黏结性的煤 在高温热解时 从粉煤分解开始 经过胶质状态到生成半焦的过程称为煤的黏结过程 煤的黏结性取决于胶质体的生成和胶质体的性质 从粉煤开始分解到最后形成焦块的整个过程称为结焦过程 煤的结焦过程大体可分为黏结过程和半焦收缩两个阶段 室式结焦过程 一 胶质体的生成及性质1 胶质体液相的来源 1 煤分子结构单元之间各种桥键的断裂形成自由基碎片 其中分子量不太大的 含氢较多的生成液态产物 2 脂肪化合物的分解 其中分子量较大的那部分形成液态产物 3 基本结构单元周围的脂肪族侧链和各官能团脱落 其中小部分可形成液体 4 残留煤 未分解的煤 在胶质体液相中部分溶解 室式结焦过程 2 胶质体的性质温度间隔 透气性 流动性 膨胀性概念及对粘结性的影响 室式结焦过程 二 煤的黏结过程要形成黏结好的半焦 必须具备以下条件 1 有足够数量的液相 能使分解的煤粒表面润湿并充满颗粒间的空隙 2 胶质体的温度间隔足够大 3 胶质体的流动性好 4 胶质体有一定的黏度 能产生一定的膨胀压力 将软化的煤粒压紧 5 液相分解缩聚所形成的固相产物和未分解为液相的固体颗粒 本身应具有足够的强度 6 黏结性不同的煤粒在空间要均匀分布 室式结焦过程 三 煤的成焦机理形成半焦后 温度继续升高 半焦进一步分解 1 析出分子量最小的气态产物而不生成焦油 2 产生许多游离基 游离基发生缩聚反应 随着温度的升高 缩聚反应不断加强 使芳香碳网不断增大 碳网间的排列也越来越规则化 当温度达到1000 时 形成具有一定机械强度和一定块度的银灰色并具有金属光泽的焦炭 室式结焦过程 半焦外型的变化产生裂纹 半焦热缩聚必然引起体积收缩 而焦块的刚性阻止其收缩 半焦内便产生了内应力 随着温度的升高 其内应力不断增加 当内应力大于半焦本身的强度时 使半焦破裂形成裂纹 室式结焦过程 第三节炭化室内的结焦过程炭化室内煤料结焦过程的基本特点有 单向供热 成层结焦结焦过程中传热性能随炉料的状态和温度而变化 煤料水分愈多 结焦时间愈长 炼焦耗热量愈大 因为 水的汽化潜热大而煤的导温系数小 水汽汇集膨胀压力 最大膨胀压力 影响膨胀压力的因素 煤种 加热速度 堆比重 添加瘦化剂或高挥发性气煤 室式结焦过程 三 工艺条件对结焦过程的影响1 加热速度提高加热速度使煤料的胶质体温度范围加宽 流动性增加 从而改善煤料的黏结性 使焦块致密 利用快速加热 可以提高弱黏结性的气煤 弱黏煤甚至长焰煤的黏结性 这就扩大了炼焦煤源 但快速加热对半焦收缩是不利的 收缩应力大 产生的裂纹多 故合理的加热速度应是黏结阶段快 收缩阶段慢 室式结焦过程 现代焦炉炭化室内的结焦过程无法调节各阶段的加热 且实际上湿煤 干煤 胶质体由于导热性能差 加热速度慢 半焦和焦炭反而加热快 这是现代炭化室的根本缺点 室式结焦过程 2 煤料细度煤料粉碎度和焦炭强度呈如下关系 同一种煤的粉碎度增加 焦炭强度增加 当煤粉碎度达到某极限值后 继续增加时焦炭强度反而降低 不同的煤种 和其焦炭强度的极大值对应的粉碎度取决于煤的黏结性 黏结性愈好的煤 与其焦炭强度极大值对应的煤粉碎度愈高 但对配合煤而言一般情况为增加弱黏结煤的用量 则应对强黏结煤粗粉碎以保持其黏结性 弱黏结煤细粉碎以利于分散 室式结焦过程 3 堆密度增加装炉煤的堆密度 使煤粒间隙减小 膨胀压力增大 填充间隙所需的液态物质减少 在胶质体数量和性质一定时 可以改善煤的黏结性 但堆密度的增大 收缩应力的增加 使焦炭的裂纹增加 因此 只有当黏结性差的气煤配用量较大时 采用增加堆密度的方法来提高焦炭的强度 室式结焦过程 4 填加物煤料黏结性不好时 可以加入沥青等黏结剂 增加结焦过程中的液相以改善黏结性 但这种黏结剂应要求在煤料胶质体阶段有较好的热稳定性 故最好采用高沸点沥青 当煤料收缩性很大时 可在不使煤黏结性降低很多的情况下 加入经细粉碎的无烟煤粉 焦粉等瘦化剂以减少收缩内应力 从而提高焦炭块度 室式结焦过程 四 煤料硫分 灰分与焦炭硫分 灰分的关系1 硫的动态与焦炭硫分煤中的硫约有60 70 转入焦炭中 2 焦炭灰分煤中灰分全部转入焦炭 室式结焦过程 一 影响化学产品的因素1 原料煤的影响 1 煤化程度 第四节炼焦过程的化学产品 室式结焦过程 对加热产物及产率的影响表现为 煤化程度低的煤 如褐煤 热解时 煤气 焦油和热解水产率高 但由于没有黏结性 或很小 不能结成块状焦炭 中等变质程度的烟煤 热解时煤气 焦油产率高而热解水少 黏结性强 能形成强度高的焦炭 煤化程度高的煤 贫煤以上 煤气量少 基本没有焦油 由于没有黏结性 故生成大量焦粉 室式结焦过程 2 岩相组成的影响不同煤岩成分其热解产物及产率不同 煤气产率 稳定组为最高 丝质组最低 镜质组居中 焦油产率 稳定组为最高 丝质组最低 镜质组焦油产率居中 焦炭产量 丝质组最高 镜质组居中 稳定组最低 室式结焦过程 2 外界条件的影响 1 热解最终温度的影响随着热解最终温度的升高 焦油和焦炭的产率下降 煤气产率增加 但煤气中氢含量增加 而烃类减少 焦油中的沥青和芳烃增加 酚类和脂肪烃含量降低 焦炉的生产实践表明 700 800 之间最适宜生产贵重的芳烃 苯 甲苯和二甲苯 此时产率最高 室式结焦过程 2 炉顶空间温度和容积的影响从化学产品的产率和质量来说 炉顶空间温度以750 左右为宜 但生产上为使焦饼中心温度达到950 1050 炉顶空间温度总是大于750 只能力求降低 不能完全满足 炉顶空间温度超过900 焦油中含游离碳 萘 蒽 沥青增加 密度增大 含酚减少 在平煤操作良好 荒煤气导出顺利的条件下 炉顶空间容积应尽可能小 以减少荒煤气在此停留时间 使二次热解适当 室式结焦过程 3 升温速度的影响随着加热速度的增加 气体开始析出的温度和气体析出最大速度的温度迅速提