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电石生产用无烟煤型焦制备工艺研究

作　者: 魏涛
导　师: 沈强华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 无烟煤粘结剂成型型焦电石
分类号: TQ522
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着综采水平的提高和下组煤开采比例的增多,粉煤含量不断增加,加之长途运输,到达用户手中的原煤有相当一部分是粉煤,从而导致块煤供不应求和大量粉煤积压的矛盾日益加剧。在我国型焦产品无国家统一标准,技术保密,不能交流,不能公开,这在很大程度上也制约了型焦技术的发展。云南是煤炭资源大省。粉煤的大量积压和难以利用以成为一个难题,研究将具有云南特色煤质的粉煤制成型煤或型焦,使其适合运用到相应的行业中去具有重要的意义。电石生产是用生石灰与含碳原料(焦炭、无烟煤、石油焦等)为主要原料在电石炉内,依靠电弧高温熔化反应而生成电石。在焦炭资源匮乏的地区,型焦可用来作为生产电石用还原剂的替代原料之一。本文阐述了以我省无烟煤粉料为原料,通过加入适当的粘结剂,经粘结、加压成型,再经炭化得到型焦,使其成为适用于电炉生产电石的优质还原剂,为实现工业化运作奠定技术及理论基础；通过能量平衡计算确定炭化炉的选择并对整体工艺进行设计。试验过程主要有粘接成型试验、高温炭化、熄焦试验。粘接成型试验包括对有机粘接剂、钙系列的无机粘接剂进行试验；配制复合粘接剂进行粘接试验；选用主焦煤与有机粘接剂混合用型焦试验。炭化熄焦试验研究了炭化温度、升温速率、熄焦方式对型焦产品质量的影响。试验表明了有机粘结剂的型煤冷强度高；无机粘结剂的型煤冷强度低；钙系列的复合粘接剂试验中在保证型焦具有一定高温强度的情况下粘接剂代人的灰分过大,型焦产品不易作为电石生产的原料。将少量烟煤配入无烟煤中与有机粘接剂经混捏、成型、高温炭化后可得到符合指标的型焦产品。即当无烟煤中配入15%～20%粘结指数GR·I为78的主焦煤,同时添加2%淀粉粘结剂加压成型后,在温度900℃以上、炭化时间2h时,得到的型焦产品的强度和工业成分都可以满足电石生产用焦的要求。本论文还通过能量恒算确定型焦的炭化方式,通过市场调研确定炭化窑型的选择,通过工艺设计来对工业实际投产做生产指导。试验所采用的工艺过程简捷、投资省、成本低,原料适应性广。采用该方法成型的型焦抗压强度高、挥发分低、固定碳含量高能满足电石生产要求。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-27
  1.1 引言  10-11
  1.2 我国及云南省无烟煤资源及分布  11-15
    1.2.1 彝良县煤炭资源  11-13
    1.2.2 彝良县煤矿分布  13-15
  1.3 电石生产  15-18
    1.3.1 电石的性质、用途  15-16
    1.3.2 电石的反应机理  16-18
  1.4 电石生产用还原剂  18-22
    1.4.1 电石生产用还原剂原料  18
    1.4.2 碳素材料在电石生产中的作用及要求  18-22
  1.5 课题的提出、研究目标内容  22-23
    1.5.1 课题的提出  22
    1.5.2 研究目标和内容  22-23
  1.6 国内外研究现状  23-25
    1.6.1 型焦技术定义  23
    1.6.2 国外型焦技术发展现状  23-24
    1.6.3 国内型焦技术发展现状  24-25
  1.7 本项目的意义  25-27
第二章理论分析  27-42
  2.1 粉煤成型机理  27-28
  2.2 配煤型焦机理  28-33
    2.2.1 煤的组成和结构  28-29
    2.2.2 烟煤焦化过程的工业层次认识  29-31
    2.2.3 焦化过程的分子机理  31-32
    2.2.4 烟煤黏结性的化学本质  32-33
  2.3 型焦的本质  33-36
    2.3.1 型焦与焦炭的关系  33-35
    2.3.2 电石生产对型焦的本质要求——高温热强度  35
    2.3.3 配煤型焦的可选高温粘结剂  35-36
  2.4 焦炭具有高温热强度的机理  36-38
    2.4.1 焦炭机械强度  36-37
    2.4.2 机械强度与分子间作用力和化学键的关系  37
    2.4.3 焦炭具有高温热强度的分子机理  37-38
  2.5 试验原料白煤、标煤热值分析  38-40
    2.5.1 热值分析原理  38-39
    2.5.2 检测结果分析  39-40
  2.6 型焦制备原理  40-42
    2.6.1 成型过程  40-41
    2.6.2 型焦制备工艺  41-42
第三章试验研究  42-83
  3.1 试验设备  42
  3.2 试验步骤  42
  3.3 样品指标检测方法  42-43
  3.4 白煤样品工业分析、元素分析  43
  3.5 粘结剂的分类与选择  43-50
    3.5.1 粘结剂分类  44-46
    3.5.2 常用粘结剂  46-50
    3.5.3 粘结剂的选择  50
    3.5.4 小结  50
  3.6 添加粘结剂试验研究  50-55
    3.6.1 粘结试验  50-53
    3.6.2 复合粘结剂探索试验  53-55
    3.6.3 小结  55
  3.7 其他粘结剂型焦试验  55-59
    3.7.1 ZJJ_1对型焦的影响  56
    3.7.2 ZJJ_2、ZJJ_3对型焦的影响  56-57
    3.7.3 不同炭化温度对型焦的工业成分影响  57-59
    3.7.4 小结  59
  3.8 采用主焦煤作为粘结剂进行型焦试验研究  59-68
    3.8.1 主焦煤用量试验研究  59-60
    3.8.2 主焦煤用量与型焦性能的关系  60-63
    3.8.3 添加主焦煤的型煤在中低温度下炭化试验  63-65
    3.8.4 主焦煤的配入量及粘结剂对型焦的影响  65-67
    3.8.5 型煤中水分对其强度的影响试验  67-68
    3.8.6 小结  68
  3.9 影响型焦质量的主要因素  68-83
    3.9.1 型煤成型压力对型煤强度的影响  68-69
    3.9.2 炭化温度及炭化时间对型焦强度的影响试验  69-70
    3.9.3 炭化升温速率对型焦强度的影响  70-72
    3.9.4 炭化温度及炭化时间对型焦工业成分的影响  72-73
    3.9.5 炭化温度及炭化气氛对型焦生产的影响  73-79
    3.9.6 熄焦温度及方式对型焦生产的影响  79-81
    3.9.7 小结  81-83
第四章工艺设计  83-98
  4.1 型焦炭化方式  83-84
    4.1.1 型焦生产需要消耗的热量  83
    4.1.2 型焦炭化过程中可提供的热量  83-84
  4.2 炭化窑型的选择  84-86
  4.3 型焦工艺流程简述  86-87
  4.4 型焦工艺关键设备  87-94
    4.4.1 成型系统  87-89
    4.4.2 立式干燥塔  89-90
    4.4.3 多孔立式炭化炉  90-92
    4.4.4 二级水洗塔  92-94
  4.5 型焦车间平面布局  94
  4.6 工艺存在的问题及解决方法  94-96
    4.6.1 工艺存在的问题  94-95
    4.6.2 解决方式  95-96
  4.7 建设规模  96-97
  4.8 建设周期期  97-98
第五章技术经济评价  98-102
  5.1 投资估算  98-99
  5.2 成本估算  99-100
  5.3 总成本费用及单位成本费用  100
  5.4 损益分析  100-101
  5.6 评价结论  101-102
第六章环境评估  102-105
  6.1 主要污染源和污染物  102
  6.2 改善炼焦生产操作环境措施  102-103
    6.2.1 装煤过程中的烟尘治理措施  102-103
    6.2.2 出焦时的烟尘治理措施  103
    6.2.3 熄焦时的粉尘治理措施  103
  6.3 使用执行环境标准  103-104
    6.3.1 环境质量标准  103
    6.3.2 污染物排放标准  103-104
  6.4 型焦生产过程中环保问题的解决方式  104
  6.5 本章小结  104-105
第七章结论与建议  105-109
  7.1 昭通小发路无烟煤成型特点  105
  7.2 型焦粘结剂的选择  105-106
  7.3 据实验结果建议型焦制备工艺流程  106
  7.4 试验确定的型煤配比  106-107
  7.5 型煤成型工艺  107
  7.6 型煤干燥的思路  107
  7.7 炭化工艺条件  107-108
  7.8 熄焦方式的探索  108-109
参考文献  109-112
致谢  112-113
附录作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  113

电石生产用无烟煤型焦制备工艺研究

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