动态配煤下焦炭质量预测模型的研究

武汉科技高校硕士毕业论文 1 文献综述 1.1 探讨背景 近几十年，随着高炉的大型化、富氧喷吹煤粉等技术的发展，高炉生产对焦炭质量的要求愈来愈高，稳定和改善焦炭质量已成为焦化行业所面临的主要课题之一。但用配煤炼焦试验来指导配煤存在工作量大、试验周期长等特点，生产上须要寻求更为快速、精确、科学的预料焦炭质量的方法。宝钢配煤工作主要依靠炼焦试验和生产阅历为主，缺乏精确的焦炭强度模型进行预料，然而依据煤质数据预料焦炭质量，在世界范围已经引起重视。日本新日铁采纳煤的最大流淌度和煤灰碱度指数AI来预料CSR和CRI,美国内陆钢铁公司应用新日铁方法进行焦炭预料时，由于原料煤胶质体流淌度过高，且灰成分中含碱过多导致新日铁模型不适用,于是采纳煤的硫分和煤的塑性温度范围以及煤灰碱度指数来预料焦炭强度，并认为仅依据煤岩特征并不能精确预料焦炭的热性质。日本钢管公司则考虑了炼焦工艺条件对焦炭质量的影响，增加了火道温度这一工艺因素对焦炭质量的影响。加拿大炭化探讨所CCRA则采纳膨胀度，协作煤挥发分和碱度指数来预料焦炭热性质；英国钢铁公司还采纳煤的反射率和铁、钙、硅含量来预料。我国酒钢采纳以煤的挥发分或反射率和惰性成分含量预料。可见，由于配煤实践和工艺条件不同，已有的预料方法和模型有各自的适用范围，且需在大生产实践中不断修正。目前可供预料焦炭质量的不同模型应考虑到配煤的种类。 1.2 配煤炼焦技术 1.2.1 配煤炼焦的意义 配煤炼焦就是将几种不同类别的炼焦用煤按肯定比例协作作为加入炼焦炉炼焦的原料。配煤炼焦在合理利用炼焦煤资源、保证炼焦生产的顺当进行和提高焦炭质量等方面有重要的意义。 1中国炼焦用煤产量较多，约占全国原煤总产量的40％以上，煤种也较全，但中国煤炭储量中，炼焦用煤只占27％。在炼焦用煤资源中高挥发分、黏结性中等的1/3焦煤和气煤约占45％，中等挥发分、黏结性较好的烟煤如焦煤、肥煤约占21％和15％，低挥发分的瘦煤和贫瘦煤也占20％左右。由此资源特点可以看出，在炼焦用煤中，黏结性好的焦煤和肥煤资源比例比较小，必需采纳配煤的方法和多用气煤和1/3焦煤的技术，扩大炼焦用煤资源，配煤炼焦的主要意义就在于此。 2在炼焦技术上，大多数炼焦用煤单独炼焦都不能炼出符合高炉对焦炭强度的质量要求的焦炭，而黏结性较好的主焦煤即使能用其单煤练出强度合格的焦炭，但由于在炼焦过程中要产生较强的膨胀压力，而影响焦炉的寿命或造成推焦困难的问题，而肥煤虽有较好的黏结性，但单独炼焦时，练成的焦炭易形成部分蜂窝焦而影响焦炭强度，因此在炼焦生产上都不采纳单种煤炼焦，而是将几种类别的炼焦用煤协作运用，发挥各类煤在炼焦时的特点，扬长避短，优势互补，从而以经济合理的配煤方案练出质量符合要求的焦炭。 3中国炼焦用煤中的焦煤、肥煤虽然黏结性好，但这两类煤在中国一般都是较难洗选的煤，洗精煤的灰高、硫高，使其用量受到肯定限制，而中国所产的气煤和弱黏结性煤在炼焦中虽然黏结性差，但他们易选，灰低、硫低，其资源又较丰富，储量大、产量高、煤价相对较低，因而在配煤炼焦中，在肯定比例的焦煤和肥煤基础上配入适量的气煤和弱黏结煤，因其挥发分高、收缩度大、便于推焦，且煤气焦化产品回收也多，有利于焦化产品的回收利用，又能使焦炭质量符合炼铁高炉的技术要求。 因此，现代化炼焦厂一般都依据资源特点采纳配煤炼焦，使炼焦用煤资源得到合理利用，同时也改善了焦炭的质量，还可优化生产、降低成本，从而使配煤炼焦成为炼焦工业必定采纳的基本措施。 1.2.2 配煤炼焦原理 多年来，炼焦配煤理论发展较快，形成了多种配煤原理或配煤技术。最直观的配煤原理是胶质层重叠原理，以烟煤的大分子结构及其热解过程中由于胶质状塑性体的形成，使固体煤粒粘结的塑性成焦，由于不同烟煤所形成胶质状塑性体的数量和质量不同，导致粘结的强弱差别，并随气体析出数量和速度的差异，得到不同质量的焦炭；其次类是基于煤的岩相组成不同，确定煤粒有活性组分和非活性之分，煤粒之间的粘结是在其表面进行，则以活性组分为主的煤粒相互间成流淌状结合型，固化后不再存在粒子的原形，而以非活性组分为主的煤粒相互间的粘结则呈接触结合型，固化后保留粒子的轮廓，从而确定最终形成焦炭的质量，即所谓的表面结合成焦原理；第三类是20世纪60年头后期发展起来的中间相成焦原理认为烟煤在热解过程中产生的各向同性液体中，随热解进行会形成由大分子的片状分子排列而成的聚合液晶，即新的各向异性流淌相态中间相，成交过程就是这种中间相在各向同性胶质体基体中的长大、融并和固化过程，不同的烟煤表现为不同的中间相发展深度，最终形成不同质量和不同光学组织的焦炭。近年来由于计算机的发展和应用，以信息和计算机为主的配煤专家系统，其原理更加考虑单种煤的特性，包括常规的粘结性和煤的光学组织对焦炭质量的贡献，把模糊的配煤理论数值化，引入性能价格比、质量权重、炼焦专家阅历等概念，为焦炭质量预料奠定了较好的基础。 围绕上述配煤理论形成了一系列的焦炭质量预料方法。 1 胶质层重叠原理 配煤炼焦时除了按加和方法依据单种煤的灰分、硫分限制协作煤的灰分、硫分以外,要求协作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，这样可使协作煤在炼焦过程中，能在较大的温度范围内煤料处于塑性状态，从而改善粘结过程，并保证焦炭的结构匀称。不同牌号炼焦煤的塑性温度区间见表1.1所示，各种煤的塑性温度区间不同，其中肥煤的起先软化温度较早，塑性温度区间最宽,瘦煤固化温度最晚，塑性温度区间最窄，气煤、1/3焦煤、肥煤、瘦煤适当协作可扩大协作煤的塑性温度范围。这种以多种煤相互搭配、胶质层彼此重叠的配煤原理，曾长期指导我国的配煤技术。 表1.1不同煤化度煤的塑性温度范围 煤种 挥发分范围Vdaf％ 塑性温度范围/℃ 气煤 37 290420 肥煤 290450 1/3焦煤 330430 气肥煤 310400 焦煤 370430 瘦煤 420480 周师庸教授曾提出以两种煤炼焦的界面结合指数来评价其界面结合的好坏，并认为各种煤的胶质体之间事实上均有肯定的重叠，只不过不同类型单种煤之间的结合状况差异很大。同样他认为配煤中肯定要求有肯定量的基础炼焦煤，既能够包涵低挥发份的弱黏煤，也能够包涵高挥发分的弱黏煤。 2 互换性配煤原理 依据煤岩学原理，煤的有机质可分为活性组分和非活性组分惰性组分两大类。日本城博提出用粘结组分和纤维质组分来指导配煤,依据他的观点，评价炼焦配煤的指标，一是粘结组分相当于活性组分的数量，这标记煤粘结实力的大小；另一是纤维质组分相当于非活性组分的强度，它确定焦炭的强度.煤的吡啶抽出物为粘结组分，残留部分为纤维质组分，将纤维质组分与肯定量的沥青混合成型后干馏，所得焦块的最高耐压强度表示纤维质组分强度。要制得强度好的焦炭，协作煤的粘结组分和纤维质组分应有相宜的比例，而且纤维质组分应有足够的强度。当协作煤达不到相应要求时，可以用添加粘结剂或瘦化剂的方法加以调整，据此提出了图互换性配煤原理图，由图1.1可形象地看出 图1.1 互换性配煤原理 1 获得高强度焦炭的协