室式结焦过程.pptx

室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程第一节第一节 煤的结构及煤的热解过程煤的结构及煤的热解过程第二节第二节 煤的黏结和成焦机理煤的黏结和成焦机理 第三节第三节 炭化室内的结焦过程炭化室内的结焦过程第四节第四节 炼焦过程的化学产品炼焦过程的化学产品第1页/共56页第2页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 第一节第一节 煤的结构及煤的热解过程煤的结构及煤的热解过程 一、煤的分子结构一、煤的分子结构 煤煤的的分分子子结结构构的的研研究究一一直直是是煤煤化化学学学学科科的的中中心心环环节节，受受到到了了广广泛泛的的重重视视。但但是是，由由于于煤煤炭炭组组成成的的复复杂杂性性，多多样样性性和和不不均均一一性性，所所以以难难于于分分离离成成简简单单的的物物质质进进行行结结构构和和性性质的研究分析。质的研究分析。目前煤结构的研究方法大致可归纳为三类：目前煤结构的研究方法大致可归纳为三类：(1)(1)物物理理研研究究法法 如如红红外外光光谱谱、核核磁磁共共振振波波谱谱、射射线线衍衍射射、显显微微分分光光光光度度法法扫扫描描电电镜镜和和各各种种物物理理性性质质研研究究以以及及利用物理常数进行利用物理常数进行统计结构分析统计结构分析；(2)(2)物理化学方法物理化学方法 如溶剂抽提和吸附性能研究等；如溶剂抽提和吸附性能研究等；(3)(3)化化学学研研究究方方法法 如如氧氧化化、加加氢氢、卤卤化化、水水解解、热热解和官能团分析等方法。解和官能团分析等方法。第3页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 长长期期以以来来，对对煤煤的的结结构构研研究究，始始终终未未能能获获得得突突破破性性的的结结论论，只只是是根根据据实实验验结结果果分分析析推推测测，提提出出了了煤煤的的分分子子结结构构模模型型化化学学结结构构模模型型和和物物理理结结构构模模型型。近近年年来来，对对煤煤的的结结构构研研究究取取得得一一些些进进展展。由由于于煤煤的的显显微微组组分分中中往往往往以以镜镜质质组组分分为为主主，再再加加上上它它在在成成煤煤过过程程中中变变化化比比较较均均匀匀以以及及矿矿物物质质含含量量低低等等优优点，点，一般采用煤的镜质组分作为研究结构的对象。一般采用煤的镜质组分作为研究结构的对象。1 1煤的基本结构单元煤的基本结构单元 煤是以有机体为主，并具有不同的分子量，不同化学结煤是以有机体为主，并具有不同的分子量，不同化学结构的一组构的一组“相似化合物相似化合物”的混合物。的混合物。第4页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 它它不不象象一一般般的的聚聚合合物物，是是由由相相同同化化学学结结构构的的单单体体聚聚合合而而成成的的。因因此此构构成成煤煤的的大大分分子子聚聚合合物物的的“相相似似混混合合物物”被被称称作作基基本本结结构构单单元元。也也就就是是说说，煤煤是是许许许许多多多多的的基基本本结结构构单单元元组组合合而而成成的的大大分分子子结结构构。基基本本结结构构单单元元包包括括规规则则部部分分和和不不规规则则部部分分，规规则则部部分分为为结结构构单单元元的的核核心心部部分分，由由几几个个或或十十几几个个苯苯环环、脂脂环环、氧氧化化芳芳香香环环及及杂杂环环（含含氮氮、氧氧、硫硫）组组成成；在在苯苯核核的的周周围围连连接接着着各各种种含含氧氧基基团团和和烷烷基基侧侧链链，属属于于基基本本结结构构的的不规则部分。不规则部分。随随着着煤煤的的煤煤化化程程度度的的提提高高，苯苯核核逐逐渐渐增增多多，而而不不规规则则部部分则逐渐减少，如图。分则逐渐减少，如图。第5页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程图不同煤的结构单元(或部分)模第6页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 2 2煤基本结构单元的边缘基团煤基本结构单元的边缘基团 在在煤煤基基本本结结构构单单元元的的边边缘缘属属于于不不规规则则部部分分，主主要要有有含含氧氧官官能能团团和和烷烷基基侧侧链链，还还有有少少量量的的氮氮和和硫硫的的官官能能团团以以及及桥桥键键。一一般般其其数数量量随随着着煤煤化化度度的的增增加加而而减减少少。含含氧氧官官能能团团含含有有羟羟基基、羧羧基基、羰羰基基、甲甲氧氧基基和和醌醌基基等等，煤煤中中含含氧氧官官能能团团随随煤煤的的变变质质程程度度加加深深而而减减少少，在在年年老老的的褐褐煤煤中中基基本本不不存存在在；其其次次是是羧羧基基，褐褐煤煤具具有有羧羧基基是是它它的的特特征征，到到了了烟烟煤煤阶阶段段，羧羧基基的的数数量量已已大大为为减减少少，中中变变质质烟烟煤煤（含含碳碳量量85%85%左左右右）时时，羧羧基基已已基基本本消消失失；羟羟基基和和羰羰基基在在整整个个烟烟煤煤阶阶段段都都存存在在，甚甚至至在在无无烟烟煤煤阶阶段段都都存存在在。羰羰基基的的含含量量在在煤煤中中虽虽少少，但但随随着着煤煤化化程程度度的的增增加加而而减少的幅度并不大。减少的幅度并不大。第7页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 煤中的氧相当一部分是以非活性状态（即比较不易起化学煤中的氧相当一部分是以非活性状态（即比较不易起化学反应和不易热分解的那部分氧）存在，主要是醚键和杂环中的反应和不易热分解的那部分氧）存在，主要是醚键和杂环中的氧，它们整个存在于成煤过程中，这一部分氧无法用直接方法氧，它们整个存在于成煤过程中，这一部分氧无法用直接方法测定。有人认为，有一部分非活性氧经测定。有人认为，有一部分非活性氧经KOHKOH的酒精溶液水解之后，的酒精溶液水解之后，可以转化为活性氧，因为，它们变成了羟基或羧基。可以转化为活性氧，因为，它们变成了羟基或羧基。在褐煤阶在褐煤阶段含氧官能团含量最高，在烟煤阶段其含量就大大降低，而且段含氧官能团含量最高，在烟煤阶段其含量就大大降低，而且以非活性氧为主，到无烟煤阶段，含氧量则更低。以非活性氧为主，到无烟煤阶段，含氧量则更低。煤中除含氧煤中除含氧官能团之外，还存在着含氮官能团和含硫官能团。官能团之外，还存在着含氮官能团和含硫官能团。煤中含氮量煤中含氮量在在1 12%2%，主要是以胺基、亚胺基、五元杂环，六元杂环，吡啶主要是以胺基、亚胺基、五元杂环，六元杂环，吡啶和咔唑等形式存在。和咔唑等形式存在。含硫官能团主要以硫醇、硫醚、二硫醚、含硫官能团主要以硫醇、硫醚、二硫醚、硫醌及杂环硫等形式存在硫醌及杂环硫等形式存在。煤的基本结构单元上连接着烷基侧。煤的基本结构单元上连接着烷基侧链。烷基侧链的平均长度，是随煤化程度的增加而迅速减少。链。烷基侧链的平均长度，是随煤化程度的增加而迅速减少。第8页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 二、煤的热解过程二、煤的热解过程 1 1煤的热解过程煤的热解过程所谓煤的热解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，所谓煤的热解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，煤在不同温度下发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过煤在不同温度下发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程。程。其结果生成气体（煤气），液体（焦油）和固体（半焦其结果生成气体（煤气），液体（焦油）和固体（半焦或焦炭）等产品。煤的热解也称为煤的干馏或热分解。或焦炭）等产品。煤的热解也称为煤的干馏或热分解。目目前前煤煤加加工工的的主主要要工工艺艺仍仍是是热热加加工工。按按热热解解最最终终温温度度的的不不同同可可分分为为：高高温温干干馏馏（95095010501050），中中温温干干馏馏（700700800800）和和低低温温干干馏馏（500500600600）。煤煤的的热热解解是是煤煤热热化化学学加工的基础。有黏结性的烟煤热解过程如图加工的基础。有黏结性的烟煤热解过程如图2-22-2所示。所示。第9页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 图图2-2 有黏结性烟煤的热解过程有黏结性烟煤的热解过程 第10页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 由由图图可可见见：有有黏黏结结性性的的烟烟煤煤热热解解过过程程大大致致可可分分为为三三个个阶阶段：段：（1 1）第第一一阶阶段段（室室温温300300）主主要要是是煤煤干干燥燥、脱脱吸吸阶阶段，煤没有发生外形上的变化。段，煤没有发生外形上的变化。120 120前，煤脱水干燥；前，煤脱水干燥；120120200200，煤煤释释放放出出吸吸附附在在毛毛隙隙孔孔中中的的气气体体，如如CHCH4 4、COCO2 2、COCO和和N N2 2等，是脱吸过程；等，是脱吸过程；近近300300时时，褐褐煤煤开开始始分分解解，生生成成COCO2 2、COCO、H H2 2S S，同同时时放出热解水及微量焦油。而烟煤和无烟煤此时变化不大。放出热解水及微量焦油。而烟煤和无烟煤此时变化不大。第11页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 （2）第第二二阶阶段段（300550或或600）该该阶阶段段以以煤煤热热分分解、解聚为主，形成胶质体并固化而形成半焦。解、解聚为主，形成胶质体并固化而形成半焦。300300450450，此此时时煤煤剧剧烈烈分分解解，解解聚聚，析析出出大大量量的的焦焦油油和和气气体体，焦焦油油几几乎乎全全部部在在这这一一阶阶段段析析出出。气气体体主主要要是是CHCH4 4及及其其同同系系物物，还还有有H H2 2、COCO2 2、COCO及及不不饱饱和和烃烃等等。这这些些气气体体称称为为热热解解一一次次气气体体。在在450450时时析析出出焦焦油油量量最最大大，在在此此阶阶段段由由于于热热解解，生生成成气气、液液（焦焦油油）、固固（尚尚未未分分解解的的煤煤粒粒）三三相相为为一一体体的的胶胶质质体体，使使煤煤发发生生了了软软化化、熔熔融融、流流动动和和膨膨胀胀。液液相相中有液晶（或中间相）存在。中有液晶（或中间相）存在。450450550550（或或600600）时时，胶胶质质体体分分解解、缩缩聚聚、固固化成半焦。化成半焦。第12页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 （3）第第三三阶阶段段550（600）1000 该该阶阶段段以以缩缩聚聚反反应为主体，由半焦转变成焦炭。应为主体，由半焦转变成焦炭。550（或或600）750，半半焦焦分分解解析析出出大大量量气气体体。主主要要是是H2和和少少量量CH4，称称为为热热解解的的二二次次气气体体。一一般般在在700时时析析出出的的氢氢气气量量最最大大，在在此此阶阶段段基基本本上上不不产产生生焦焦油油。半半焦焦因因分解出气体收缩而产生裂纹。分解出气体收缩而产生裂纹。7501000，半半焦焦进进一一步步分分解解，继继续续析析出出少少量量气气体体主主要要是是H2，同同时时分分解解的的残残留留物物进进一一步步缩缩聚聚，芳芳香香碳碳网网不不断断增增大大，排列规则化，半焦转变成具有一定强度和块度的焦炭。排列规则化，半焦转变成具有一定强度和块度的焦炭。第13页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 第二节第二节 煤的黏结和成焦机理煤的黏结和成焦机理 具具有有黏黏结结性性的的煤煤，在在高高温温热热解解时时，从从粉粉煤煤分分解解开开始始，经经过过胶胶质质状状态态到到生生成成半半焦焦的的过过程程称称为为煤煤的的黏黏结结过过程程。而而从从粉粉煤煤开开始始分分解解到到最最后后形形成成焦焦块的整个过程称为结焦过程。块的整个过程称为结焦过程。由由图图可可见见煤煤的的结结焦焦过过程程大大体体可可分分为为黏黏结结过过程程和和半半焦焦收收缩缩两两个个阶阶段段。煤的黏结性取决于胶质体的生成和胶质体的性质。煤的黏结性取决于胶质体的生成和胶质体的性质。图图 黏结与成焦过程阶段示意图黏结与成焦过程阶段示意图第14页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 一、胶质体的生成及性质一、胶质体的生成及性质 1胶质体液相的来源胶质体液相的来源 胶胶质质体体中中的的液液相相是是形形成成胶胶质质体体的的基基础础。胶胶质质体体液液相相的的来来源源是是多多方方面面的的，煤煤分分子子结结构构单单元元之之间间各各种种桥桥键键的的断断裂裂形形成成自自由由基基碎碎片片，其其中中分分子子量量不不太太大大的的、含含氢氢较较多多的的生生成成液液态态产产物物，且且以以芳芳香香族族化化合合物物居居多多。脂脂肪肪化化合合物物的的分分解解，其其中中分分子子量量较较大大的的那那部部分分形形成成液液态态产产物物，分分子子量量小小的的部部分分生生成成气气态态析析出出，液液相相产产物物中中，以以脂脂肪肪化化合合物物居居多多。基基本本结结构构单单元元周周围围的的脂脂肪肪族族侧侧链链和和各各官官能能团团脱脱落落，其其中中小小部部分分可可形形成成液液体体，而而绝绝大大部部分则形成气态产物析出。分则形成气态产物析出。残残留留煤煤（未未分分解解的的煤煤）在在胶胶质质体体液液相相中中部部分分溶溶解解，使使胶胶质体液相增加。质体液相增加。第15页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 2 2胶质体的性质胶质体的性质 在在热热解解过过程程中中，胶胶质质体体的的液液相相分分解解、缩缩聚聚和和固固化化而而生生成成半焦，如图。半焦，如图。图图 胶质体的生成及转化示意图胶质体的生成及转化示意图I软化开始阶段；软化开始阶段；II开始形成半焦阶段；开始形成半焦阶段；III煤粒强烈软化和半焦破裂阶段煤粒强烈软化和半焦破裂阶段 1煤；煤；2胶质体；胶质体；3半焦半焦第16页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 液液膜膜外外层层开开始始固固化化生生成成半半焦焦，中中间间仍仍为为胶胶质质体体，内内部部有有没没分分解解的的煤煤粒粒，这这种种状状态态维维持持时时间间很很短短。因因为为半半焦焦随随着着温温度度升升高高而而分分解解，收收缩缩形形成成裂裂纹纹，胶胶质质体体顺顺着着裂裂纹纹流流出出，又又固固化化成成半半焦焦，直直到到煤煤粒粒全全部部转转变变成成半半焦焦。形形成成的的半半焦焦质质量量决决定定胶胶质体的性质。质体的性质。（1 1）温温度度间间隔隔 煤煤开开始始固固化化温温度度（）与与开开始始软软化化温温度度（）之之间间的的范范围围为为胶胶质质体体的的温温度度间间隔隔（），即即 。它它表表示示煤煤粒粒处处在在胶胶质质体体状状态态所所停停留留的的时时间间，也也反反映映了了胶胶质质体体的的热热稳稳定定性性。如如果果温温度度间间隔隔大大，则则胶胶质质体体停停留留时时间间长长，其其热热稳稳定定性性好好，煤煤粒粒间间有有充充分分的的时时间间互互相相接接触触，有有利利于于黏黏结结。反反之之，胶质体停留时间短，很快分解，煤粒间的黏结性也差。胶质体停留时间短，很快分解，煤粒间的黏结性也差。第17页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 （2 2）透透气气性性 煤煤热热解解的的挥挥发发产产物物，通通过过胶胶质质体体时时克克服服所所受受到到的的阻阻力力而而析析出出的的能能力力，表表示示胶胶质质体体的的透透气气性性。透透气气性性对对煤煤的的黏黏结结性性影影响响较较大大，若若透透气气性性差差，则则膨膨胀胀压压力力大大，有有利利于于黏黏结结。反反之之，若若胶胶质质体体的的透透气气性性好好或或液液相相少少，液液相相不不能能充充满满颗颗粒粒之之间间，气气体体容容易易析析出出，则则膨膨胀胀压压力力小小，不不利利于黏结。于黏结。（3 3）流流动动性性 煤煤在在胶胶质质状状态态下下的的流流动动性性，对对黏黏结结性性影影响响较较大大。常常以以胶胶质质体体的的流流动动度度来来衡衡量量。如如果果胶胶质质体体的的流流动动性性差差，不不利利于于煤煤粒粒间间或或与与惰惰性性物物质质之之间间的的相相互互接接触触，则则煤煤的黏结性差。反之则有利于煤的黏结。的黏结性差。反之则有利于煤的黏结。第18页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 （4 4）膨膨胀胀性性 煤煤在在胶胶质质状状态态下下，由由于于气气体体析析出出和和胶胶质质体体的的不不透透气气性性，使使胶胶质质体体产产生生膨膨胀胀。若若体体积积膨膨胀胀不不受受限限制制，则则称称自自由由膨膨胀胀，若若体体积积膨膨胀胀受受到到限限制制，就就会会产产生生一一定定的的压压力力，称称为为膨膨胀胀压压力力。一一般般膨膨胀胀性性大大的的煤煤，黏黏结结性性好好，反反之之则则较较差差。胶胶质质体体的的性性质质主主要要是是由由胶胶质质体体中中的的液液相相的的数数量量和和性性质质所所决决定定的的，它它直直接接影影响响煤煤的的黏黏结结。同同时时，胶胶质质状状态态下下气气体体析析出出量量及及析析出出的的速速度度，以以及及固固相相产产物物数数量量等等均均对对煤煤的的黏结性有重要的影响。黏结性有重要的影响。第19页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 二、煤的黏结性二、煤的黏结性 胶胶质质体体是是煤煤粒粒间间进进行行黏黏结结的的基基础础，当当煤煤受受热热时时，煤煤的的大大分分子子结结构构发发生生热热分分解解和和氢氢的的重重新新分分配配，生生成成富富氢氢而而分分子子量量小小的的液液相相及及焦焦油油蒸蒸汽汽和和气气体体烃烃类类。当当热热解解产产品品的的分分子子量量在在4001500的的变变化化范范围围内内时时，热热分分解解产产生生的的液液相相才才能能使使分分解解后后的固相软化，并生成呈胶体状的胶质体。的固相软化，并生成呈胶体状的胶质体。第20页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 煤在热解中要形成黏结好的半焦，必须具备以下条件：煤在热解中要形成黏结好的半焦，必须具备以下条件：（1 1）有有足足够够数数量量的的液液相相，能能使使分分解解的的煤煤粒粒表表面面润润湿湿并并充满颗粒间的空隙；充满颗粒间的空隙；（2 2）胶质体的温度间隔足够大；）胶质体的温度间隔足够大；（3 3）胶质体的流动性好；）胶质体的流动性好；（4 4）胶胶质质体体有有一一定定的的黏黏度度，能能产产生生一一定定的的膨膨胀胀压压力力，将软化的煤粒压紧；将软化的煤粒压紧；（5 5）液液相相分分解解缩缩聚聚所所形形成成的的固固相相产产物物和和未未分分解解为为液液相相的固体颗粒，本身应具有足够的强度；的固体颗粒，本身应具有足够的强度；（6 6）黏结性不同的煤粒在空间要均匀分布。）黏结性不同的煤粒在空间要均匀分布。第21页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 三、煤的成焦机理三、煤的成焦机理 在在550550左左右右形形成成半半焦焦，温温度度继继续续升升高高，半半焦焦进进一一步步分分解解，析析出出分分子子量量最最小小的的气气态态产产物物（主主要要是是氢氢，也也有有少少量量甲甲烷烷），而而不不生生成成焦焦油油，其其原原因因是是由由于于C C脂脂H H和和C C芳芳H H断断裂裂的的结结果果。半半焦焦分分解解同同时时还还产产生生许许多多游游离离基基，游游离离基基发发生生缩缩聚聚反反应应，随随着着温温度度的的升升高高，缩缩聚聚反反应应不不断断加加强强，使使芳芳香香碳碳网网不不断断增增大大，碳网间的排列也越来越规则化。碳网间的排列也越来越规则化。第22页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程第三节第三节 炭化室内的结焦过程炭化室内的结焦过程 炭炭化化室室内内煤煤料料结结焦焦过过程程的的基基本本特特点点有有二二，一一是是单单向向供供热热、成成层层结结焦焦，二二是是结结焦焦过过程程中中传传热热性性能能随随炉炉料料的的状状态态和和温温度度而而变化。变化。一、温度变化与炉料动态一、温度变化与炉料动态 1 1成层结焦过程及炼焦最终温度成层结焦过程及炼焦最终温度 由由于于单单向向供供热热，炭炭化化室室内内煤煤料料的的结结焦焦过过程程所所需需热热能能是是以以高高温温炉炉墙墙侧侧向向炭炭化化室室中中心心逐逐渐渐传传递递的的。煤煤的的导导热热能能力力很很差差（尤尤其其是是胶胶质质体体），在在炭炭化化室室中中心心面面的的垂垂直直方方向向上上，煤煤料料内内的的温温度度差差较较大大，所所以以在在同同一一时时间间，距距炉炉墙墙不不同同距距离离的的各各层层煤煤料的温度不同，炉料的状态也就不同，如图料的温度不同，炉料的状态也就不同，如图2-72-7。第23页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 各各层层处处于于结结焦焦过过程程的的不不同同阶阶段段，总总是是在在炉炉墙墙附附近近先先结结成成焦焦炭炭而而后后逐逐层层向向炭炭化化室室中中心心推推移移，这这就就是是所所谓谓的的成成层层结结焦焦。炭炭化化室室中中心心面面上上炉炉料料温温度度始始终终最最低低，因因此此结结焦焦末末期期炭炭化化室室中中心心面面温温度度（焦焦饼饼中中心心温温度度）可可以以作作为为焦焦饼饼成成熟熟程程度度的的标标志志，称称为为炼炼焦焦最最终终温温度度。据据此此，生生产产上上常常测测定定焦焦饼饼中中心心温温度度以以考考察焦炭的成熟程度，并要求测温管位于炭化室中心线上。察焦炭的成熟程度，并要求测温管位于炭化室中心线上。图图2 27 7 不同结焦时间炭化室内各层煤料的温度与状态不同结焦时间炭化室内各层煤料的温度与状态 第24页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 2 2各层炉料的传热性能对料层状态和温度的影响各层炉料的传热性能对料层状态和温度的影响 各各层层煤煤料料的的温温度度与与状状态态由由于于单单向向供供热热和和成成层层结结焦焦，各各层层的的升升温温速速度度也不同，如图也不同，如图2-82-8。结结焦焦过过程程中中不不同同状状态态的的各各种种中中间间产产物物的的热热容容、导导热热系系数数、相相变变热热、反反应应热热等等都都不不相相同同，所所以以炭炭化化室室内内煤煤料料中中是是不不均均匀匀、不不稳稳定定温温度度场场，其其传热过程属不稳定传热。传热过程属不稳定传热。图图28 炭化室内各层煤料的温度变化炭化室内各层煤料的温度变化1炭化室表面温度；炭化室表面温度；2炭化室墙附近煤料温度；炭化室墙附近煤料温度；3距炉墙距炉墙50mm60mm处煤料温度；处煤料温度；4距炉墙距炉墙130mm140mm处的煤料温度；处的煤料温度；5炭化室中心部位的煤料温度炭化室中心部位的煤料温度第25页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 湿湿煤煤装装炉炉时时，炭炭化化室室中中心心面面煤煤料料温温度度升升到到100100o oC C以以上上所所需需时时间间相相当当于于结结焦焦时时间间的的一一半半左左右右。这这是是因因为为水水的的汽汽化化潜潜热热大大而而煤煤的的导导温温系系数数小小；同同时时由由于于结结焦焦过过程程中中湿湿煤煤层层始始终终被被夹夹在在两两个个塑塑性性层层中中，水水汽汽不不易易透透过过塑塑性性层层向向两两侧侧炭炭化化室室墙墙的的外外层层流流出出，致致使使大大部部分分水水汽汽窜窜入入内内层层湿湿煤煤中中，并并因因内内层层温温度度更更低低而而冷冷凝凝下下来来，使使内内层层湿湿煤煤中中水水分分增增加加，从从而而使使炭炭化化室室中中心心煤煤料料长长期期停停留留在在110110o oC C以以下下。煤煤料料水水分分愈愈多多，结焦时间愈长，炼焦耗热量愈大。结焦时间愈长，炼焦耗热量愈大。第26页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 由由于于成成层层结结焦焦，两两个个大大体体上上平平行行于于两两侧侧炭炭化化室室墙墙面面的的塑塑性性层层也也从从两两侧侧向向炭炭化化室室中中心心面面逐逐渐渐移移动动，又又因因炭炭化化室室底底面面温温度度和和顶顶面面温温度度也也很很高高，在在煤煤料料的的上上层层和和下下层层也也会会形形成成塑塑性性层层。这这样样，塑塑性性体体及及其其周周围围煤煤粒粒就就构构成成了了一一个个膜膜袋袋，膜膜袋袋内内的的煤煤热热解解产产生生气气态态产产物物使使膜膜袋袋膨膨胀胀，又又通通过过半半焦焦层层和和焦焦炭炭层层而而施施与与炭炭化化室室墙墙以以侧侧压压力力（即即膨膨胀胀压压力力）。膨膨胀胀压压力力是是随随结结焦焦过过程程而而变变化化的的，当当塑塑性性膜膜袋袋的的两两个个侧侧面面在在炭炭化化室室中中心心面面汇汇合合时时，两两边边外外侧侧已已是是焦焦炭炭和和半半焦焦，由由于于焦焦炭炭和和半半焦焦需需热热少少而而传传热热好好，致致使使塑塑性性膜膜袋袋的的温温度度急急剧剧升升高高，气气态态产产物物迅迅速速增增加加，这这时时膨膨胀压力达到最大值，通常所说的膨胀压力即指最大值而言。胀压力达到最大值，通常所说的膨胀压力即指最大值而言。第27页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 煤煤料料结结焦焦过过程程中中产产生生适适当当大大小小的的膨膨胀胀压压力力有有利利于于煤煤的的黏黏结结，但但要要考考虑虑到到炭炭化化室室墙墙的的结结构构强强度度。炼炼焦焦炉炉组组的的相相邻邻两两个个炭炭化化室室总总处处于于不不同同的的结结焦焦阶阶段段，每每个个炭炭化化室室内内煤煤料料膨膨胀胀压压力力方方向向都都是是从从炭炭化化室室中中心心向向两两侧侧炭炭化化室室墙墙面面。所所以以相相邻邻两两个个炭炭化化室室施施于于其其所所夹夹炉炉墙墙的的侧侧负负荷荷是是膨膨胀胀压压力力之之差差P P。为为了了保保证证炉炉墙墙结结构构不不致致破破裂裂，焦焦炉炉设设计计时时，要要求求P P小小于于导导致致炉炉墙墙结结构构破破裂裂的的侧侧负负荷荷值值极极限限负负荷荷W W。第28页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 二、炭化室不同部位的焦炭质量及裂纹特征二、炭化室不同部位的焦炭质量及裂纹特征 1不同部位的焦炭特征不同部位的焦炭特征从从图图2-8可可以以看看出出，当当炉炉料料温温度度达达到到350500时时，靠靠近近炉炉墙墙的的煤煤料料（曲曲线线2）升升温温速速度度很很快快（约约5/min），即即使使装装炉炉煤煤的的黏黏结结性性较较差差，靠靠近近炉炉墙墙的的焦焦炭炭也也表表现现为为熔熔融融良良好好，结结构构致致密密，耐耐磨磨强强度度高高；距距炉炉墙墙越越远远，升升温温速速度度越越慢慢，则则焦焦炭炭结结构构就就越越疏疏松松，耐耐磨磨强强度度也也更更低低，炭炭化化室室中中心心部部位位的的升升温温速速度度最最慢慢（约约2/min），故故焦焦炭炭质质量量相对较差。相对较差。第29页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 在在半半焦焦收收缩缩阶阶段段（500以以后后），炉炉墙墙附附近近半半焦焦升升温温速速度度快快，产产生生焦焦炭炭裂裂纹纹多多且且深深，并并产产生生“焦焦花花”（与与炉炉墙墙表表面面接接触触的的煤煤层层形形成成胶胶质质体体固固化化后后，形形体体扭扭曲曲，外外型型如如菜菜花花，故故称称“焦焦花花”）；距距炉炉墙墙较较远远的的内内层层，由由于于升升温温速速度度较较慢慢，产产生生焦焦炭炭裂裂纹纹较较少少，也也较较浅浅。在在炭炭化化室室中中心心部部位位，当当两两个个胶胶质质层层在在中中心心汇汇合合后后，由由于于热热分分解解的的气气态态产产物物不不能能通通过过被被胶胶质质体体浸浸润润的的半半焦焦层层顺顺利利析析出出而而产产生生膨膨胀胀，将将焦焦饼饼压压向向炉炉墙墙两两侧侧，形形成成与与炭炭化化室室中中心心面面重重合合的的焦焦饼饼中中心心裂裂纹纹；此此后后，由由于于外外层层已已经经形形成成焦焦炭炭，不不需需要要热热能能，且且焦焦炭炭导导热热性性较较好好，能能迅迅速速将将热热量量传传向向炭炭化化室室中中心心，加加以以热热气气流流直直接接经经焦焦饼饼中中心心裂裂缝缝通通过过，使使这这里里的的升升温温速速度度加加快快，故故处处于于炭炭化化室室中中心心部部位位的的焦焦炭炭裂裂纹纹也较多。也较多。第30页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 2不同煤种的焦炭裂纹特征不同煤种的焦炭裂纹特征造造成成焦焦炭炭裂裂纹纹多多的的根根本本原原因因是是半半焦焦的的热热分分解解和和热热缩缩聚聚反反应应。由由于于相相邻邻层层的的升升温温速速度度不不同同，导导致致热热分分解解和和热热缩缩聚聚的的速速度度不不同同，进进而而使使半半焦焦收收缩缩速速度度不不同同，收收缩缩速速度度相相对对较较小小的的那那一一层层阻阻碍碍收收缩缩，由由此此产产生生内内应应力力，当当此此内内应应力力大大于于焦焦炭炭多多孔孔体体结结构构强强度度时时，焦焦炭炭就就产产生生裂裂纹纹。气气煤煤的的胶胶质质体体温温度度间间隔隔较较窄窄，故故半半焦焦层层较较薄薄，加加以以气气孔孔率率大大，焦焦炭炭物物质质脆脆，往往往往是是本本层层内内部部由由于于收收缩缩产产生生的的拉拉应应力力使使半半焦焦或或焦焦炭炭破破裂裂，因因此此气气煤煤焦焦炭炭的的裂裂纹纹，主主要要是是垂垂直直于于炭炭化化室室墙墙的的纵纵裂纹，即气煤焦炭多呈细条状。裂纹，即气煤焦炭多呈细条状。第31页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 肥肥煤煤由由于于胶胶质质层层温温度度间间隔隔宽宽，半半焦焦层层厚厚，加加以以本本层层内内部部黏黏结结性性强强，其其拉拉应应力力的的破破坏坏作作用用居居于于次次要要地地位位，而而相相邻邻层层间间因因收收缩缩速速度度不不同同产产生生切切应应力力，且且相相邻邻层层间间黏黏结结力力不不强强，故故切切应应力力的的破破坏坏作作用用是是主主要要的的，所所以以肥肥煤煤焦焦炭炭中中以以平平行行于于炭炭化化室室墙墙的的横横裂裂纹纹居居多多。纵纵横横裂裂纹纹使使炭炭化化室室内内的的焦焦饼饼碎碎成成不不同同块块度度的的焦焦炭炭，也也就就具具有有不不同同的的抗抗碎碎强强度度。炭炭化化室室内内由由于于单单向向供供热热必必然然造造成成各各层层升升温温速速度度不不同同，从从而而使使各各层层焦焦炭炭的块度、耐磨强度和抗碎强度也就不同。的块度、耐磨强度和抗碎强度也就不同。第32页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 三、工艺条件对结焦过程的影响三、工艺条件对结焦过程的影响 1 1、加热速度、加热速度 提提高高加加热热速速度度使使煤煤料料的的胶胶质质体体温温度度范范围围加加宽宽，流流动动性性增增加加，从从而而改改善善煤煤料料的的黏黏结结性性，使使焦焦块块致致密密。实实验验证证明明这这是是因因为为改改变变了了煤煤的的热热解解动动态态过过程程，即即快快速速加加热热使使侧侧链链断断裂裂形形成成液液相相的的速速度度和和碳碳网网增增加加，液液相相显显出出速速度度之之差差值值增增加加，从从而而加加大大了了胶胶质质体体的的温温度度停停留留范范围围，改改善善了了胶胶质质体体的的流流动动性性，同同时时单单位位时时间间内内产产生生的的气气体体增增加加，增增大大了了膨膨胀胀压压力力，因因而而提提高高了了煤煤的的黏黏结结性性。利利用用快快速速加加热热，可可以以提提高高弱弱黏黏结结性性的的气气煤煤、弱弱黏黏煤煤甚甚至至长长焰焰煤煤的的黏黏结结性性，这这就就扩扩大大了了炼炼焦焦煤煤源源，热热压压型型焦焦就就属属于于这这一一基基本本原原理理。但但快快速速加加热热对对半半焦焦收收缩缩是是不不利利的的，因因为为提提高高加加热热速速度度使使收收缩缩速速度度加加快快，相相邻邻层层的的联联接接强强度度加加大大，从从而而收收缩缩应应力力大大，产产生生的的裂裂纹纹多多，故故合合理理的的加加热热速速度度应应是是黏黏结结阶段快阶段快，收缩阶段慢收缩阶段慢。第33页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 现现代代焦焦炉炉炭炭化化室室内内的的结结焦焦过过程程无无法法调调节节各各阶阶段段的的加加热热，且且实实际际上上湿湿煤煤、干干煤煤、胶胶质质体体由由于于导导热热性性能能差差，加加热热速速度度慢慢，半焦和焦炭反而加热快，这是现代炭化室的根本缺点。半焦和焦炭反而加热快，这是现代炭化室的根本缺点。2 2煤料细度煤料细度实实验验表表明明，煤煤料料粉粉碎碎度度和和焦焦炭炭强强度度呈呈如如下下关关系系：同同一一种种煤煤的的粉粉碎碎度度增增加加，焦焦炭炭强强度度增增加加，当当煤煤粉粉碎碎度度达达到到某某极极限限值值后后，继继续续增增加加时时焦焦炭炭强强度度反反而而降降低低。对对不不同同的的煤煤种种，和和其其焦焦炭炭强强度度的的极极大大值值对对应应的的粉粉碎碎度度取取决决于于煤煤的的黏黏结结性性，黏黏结结性性愈愈好好的的煤煤，与与其其焦焦炭炭强强度度极极大大值值对对应应的的煤煤粉粉碎碎度度愈愈高高。这这是是因因为为粉粉碎碎度度提提高高时时，煤煤粉粉的的分分散散表表面面积积增增加加，由由于于固固体体颗颗粒粒对对液液体体的的吸吸附附作作用用使使胶胶质质体体黏黏度度增增大大，不不利利于于气气体体的的析析出出，使使黏结阶段的膨胀压力增大，因而使煤的黏结性提高。黏结阶段的膨胀压力增大，因而使煤的黏结性提高。第34页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 煤煤料料越越肥肥，对对焦焦炭炭强强度度的的影影响响趋趋向向于于收收缩缩应应力力的的降降低低，故故细细粉粉碎碎有有利利于于得得到到裂裂纹纹少少、块块度度大大、质质量量均均一一的的焦焦炭炭。但但对对配配合合煤煤而而言言，应应根根据据单单种种煤煤的的特特性性，确确定定粉粉碎碎度度。一一般般情情况况为为增增加加弱弱黏黏结结煤煤的的用用量量，则则应应对对强强黏黏结结煤煤粗粗粉粉碎碎以以保保持持其其黏结性，弱黏结煤黏结性，弱黏结煤细粉碎细粉碎以利于分散。以利于分散。因因此此对对于于不不同同的的煤煤料料，为为得得到到强强度度最最好好的的焦焦炭炭，应应寻寻找找各自最适合的细度。各自最适合的细度。3 3、堆密度、堆密度 增增加加装装炉炉煤煤的的堆堆密密度度，使使煤煤粒粒间间隙隙减减小小，膨膨胀胀压压力力增增大大，填填充充间间隙隙所所需需的的液液态态物物质质减减少少，在在胶胶质质体体数数量量和和性性质质一一定定时时，可可以以改改善善煤煤的的黏黏结结性性。但但堆堆密密度度的的增增大大，使使相相邻邻层层的的联联接接强强度度加加强强，且且伴伴随随着着收收缩缩应应力力的的增增加加，使使焦焦炭炭的的裂裂纹纹增增加加。因因此此，只只有有当当黏黏结结性性差差的的气气煤煤配配用用量量较较大大时时，采采用用增增加加堆堆密密度度的方法来提高焦炭的强度。的方法来提高焦炭的强度。第35页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 4 4填加物填加物 煤煤料料黏黏结结性性不不好好时时，可可以以加加入入沥沥青青等等黏黏结结剂剂，增增加加结结焦焦过过程程中中的的液液相相以以改改善善黏黏结结性性。但但这这种种黏黏结结剂剂应应要要求求在在煤煤料料胶胶质质体体阶阶段段有有较较好好的的热热稳稳定定性性，故故最最好好采采用用高高沸沸点沥青。点沥青。当当煤煤料料收收缩缩性性很很大大时时，可可在在不不使使煤煤黏黏结结性性降降低低很很多多的的情情况况下下，加加入入经经细细粉粉碎碎的的无无烟烟煤煤粉粉、焦焦粉粉等等瘦瘦化化剂剂以以减少收缩内应力，从而提高焦炭块度。减少收缩内应力，从而提高焦炭块度。第36页/共56页室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程室式结焦过程 四四、室室式式结结焦焦过过程程中中煤煤料料硫硫分分、灰灰分分与与焦焦炭炭硫硫分分、灰分的关系灰分的关系 1 1硫的动态与焦炭硫分硫的动态与焦炭硫分 配配合合煤煤硫硫分分既既可可按按单单种种煤煤硫硫分分用用加加和和计计算算，也也可可直直接接测测定定。在在炼炼焦焦过过程程中中，煤煤中中的的部部分分硫硫如如硫硫酸酸盐盐和和硫硫化化铁铁转转化化为为FeSFeS、CaSCaS、FeFen nS Sn+1n+1而而残残留留在在焦焦炭炭中中（S S残残），另另一一部部分分硫硫如如有有机机硫硫则则转转化化为为气气态态硫硫化化物物，在在流流经经高高温温焦焦炭炭层层缝缝隙隙时时，部部分分与与焦焦炭炭反反应应生生成成复复杂杂的的硫硫碳碳复复合合物物（S S复复）而而转转入入焦焦炭炭，其其余余部部分分则则随随煤煤气气排排出出（S S气气），随随焦焦炉炉煤煤气气带带出出的的硫硫量量因因煤煤中中硫硫的的存存在在型型态态及及炼炼焦焦最最终终温温度度而而异。异。