2010年第3期 doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2010.03.046 能源技术与管理 粘结剂配煤炼焦研究进展 郑志磊，吴国光，孟献梁，曹勇飞，季伟 （中国矿业大学化工学院煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室，江苏徐州221008）［摘要］通过向煤中加入粘结性添加剂可以部分替代强粘结煤或增加炼焦煤中不粘结煤的用量，达到节约炼焦煤资源的目的。从所添加粘结剂性质以及粘结剂对煤炭的改质 效果和对焦炭质量的影响等几方面阐述了近年来在配煤炼焦中粘结性添加剂研究 方面所取得的进步，并指出今后应加强机理研究，以更好的指导炼焦生产。 ［关键词］粘结剂；配煤炼焦；煤沥青 ［中图分类号］TQ520.62［文献标识码］B［文章编号］1672-9943(2010)03-0111-03 0引言 焦炭是重要的工业原料，广泛应用于冶金、铸造、化工等行业。近年来，中国焦炭产量多年位居世界首位，但是由于优质炼焦煤的短缺，我国焦炭生产质量和成本已经受到严重制约，合理开发和利用炼焦煤资源是中国焦化工业持续、健康发展的重要基础［1］。提高焦炭质量和扩大炼焦煤源的新工艺有煤预热、捣固、型焦、配型煤和加入添加剂等。与其它工艺相比，加入添加剂的特点是工艺变动不大，操作简单灵活，成本低、焦炭质量提高且稳定。焦化用添加剂可分为两类，一类是粘结性添加剂，主要有煤沥青、煤焦油及石油残渣等；另一类是惰性添加剂，包括焦粉、无烟煤及无机惰性物质等。 日本新日铁和住友钢铁公司利用石油改质沥青与弱粘性煤进行配型煤炼焦实验收到了很好的效果，将煤料与焦油渣按9∶1的比例压型煤，然后配煤炼焦，使焦炭强度和反应性得到了改善［2－3］。 1焦化常用粘结剂 上世纪就有学者利用诸如重油之类的有机添加物将低粘结性煤料润湿得到较好质量焦炭的实例。现阶段利用添加物改善炼焦煤质的方法在共碳化及中间相理论的指导下，粘结剂研究使用的热点已经扩展到焦油沥青类粘结剂，主要包括煤焦油沥青、石油沥青、石油残渣、煤焦油、焦油渣等。此类粘结剂在型煤工艺中已经广泛使用，得到较好的发展。但是在顶装煤配煤中的研究方兴未艾［4］。煤沥青与焦油渣作为焦化工艺两种主要的副产物，和石油类添加剂相比与煤在结构、组成上有着更多的相似之处，因此，对炼焦煤改质效果也更好。 煤沥青是煤焦油加工的主要产品之一,是煤焦油蒸馏提取各种馏分后的残留物。在常温下密度为1.25~1.35g/cm3的黑色固体，加热可软化。加热温度不同，沥青既可以处于胶体状态或呈玻璃状态。通常认为其由高分子量的焦化馏分、低分子量的塑化剂以及不溶的固体物质三部分组成［5］，而这些部分的组合控制着煤沥青的特能。高分子量的焦化馏分是煤沥青炭化时结焦成炭的关键组分，这部分组分在高温下的流动性虽不及塑化组分，但当温度升高到一定程度时，对煤沥青的粘度也不会产生有害的影响；低分子量的塑化组分炭化时，虽不会结焦成炭，但与焦化组分形成共溶体，在高温下赋予沥青良好的流动性，即控制着煤沥青的高温粘度；不溶的固体物质在炭化时基本不发生变化。沥青类粘结剂按软化点不同可分为软沥青（＜70℃）、中温沥青（70℃~80℃）和硬沥青（＞85℃），作为强粘结性煤代用品的改质粘结剂一般应采用软化点100℃以上的沥青，使得其既起到粘结剂的功效，又能在炭化时具有较高的残炭率，提高焦炭强度和改善焦炭反应性。准确评价煤沥青粘结剂的性能还需要全方面分析诸如QI、TI、β树脂含量、结焦值、C/H原子比等性能指标。 焦油渣为粘稠状废渣，主要由煤尘、焦粉、沥青粉、炭化室顶部热解产生的游离碳及清扫上升管和集气管时所带入的多孔物质、焦油和沥青的聚合物等含碳物质等组成。渣内固定碳含量约60％，挥发分产率约33％、灰分约4％、硫含量约1.6％。焦油渣是一种炼焦工业废渣，含有苯类等 111
炼焦配煤优化 1炼焦配煤概念及相关指标 1.1基本概念 （1）炼焦用煤是指在焦炉炼焦条件下，用于生产一定质量焦炭的原料煤。 （2）炼焦煤是指单种煤炼焦时，可以生成具有一定块度和机械强度的焦炭的煤。这类煤具有一定粘结性（能够在高温条件下融化、粘接其他物质）。炼焦煤按变质程度可以划分为气煤、肥煤、气肥煤、1/3焦煤、焦煤和瘦煤。 （3）炼焦是将炼焦煤在密闭的焦炉内隔绝空气高温加热放出水分和吸附气体，随后分解产生煤气和焦油等，剩下以碳为主体的焦炭。 （4）炼焦配煤是指将几种不同类别的炼焦用煤，按一定比例配合作为加入炼焦炉炼焦的过程。 1.2炼焦煤的相关指标 （1）水分 将煤加热到105～110℃并保持恒温，直至煤样处于恒重时，煤样的失重即为煤样水分的质量，该质量占煤样质量的百分比即为水分。配合煤的水分大小稳定性对焦炉操作、焦炭产量和质量以及环保、炉体寿命有很大影响。配合煤的水分一般在4～12%。 （2）细度 炼焦用煤使用小于3mm 粒级所占的含量（细度）作为入炉煤的细度。炼焦用煤的粒度组成对焦炭质量影响很大，要根据不同煤种进行粉碎和筛分。对于硬度较高的气煤等煤种要细破碎，对于易粉碎的焦煤和肥煤可有较大的粒度。常规炼焦（顶装煤）时为75%~80%，配型煤炼焦时约85%，捣固炼焦时为90%以上。 （3）灰分 将煤在815℃的条件下完全燃烧后所得的残渣作为煤的灰分，残渣占煤样质量的百分数，称为煤的灰分产率。焦炭的灰分主要来自配合煤，配合煤灰分可按各单种煤灰分用加和计算，也可直接测定。在炼焦过程中，煤的灰分全部转入焦炭，配合煤的灰分控制值可根据焦炭灰分要求按下式计算： ,%coal coke A KA (1-1) 其中，coal A 、coke A 分别为煤和焦炭的灰分，K 为全焦率，% （4）硫分 配合煤硫分可以按单种煤硫分加权得到，也可以直接测定。在炼焦过程中，煤中的部分硫酸盐和硫化铁转化为FeS 、CaS 、FenSn+1而残留在焦炭中，另一部分如有机硫则转化为气态硫化物，在流经高温焦炭层缝隙时，部分与焦炭反应生
配煤炼焦工艺 配煤的目的与意义 高炉焦和铸造焦等要求灰分低、含硫少、强大、各向民性程度高。在室式炼焦条件下，单种煤（焦煤除外）炼焦很难满足上述要求，各国煤炭资源也无法满足单种煤炼焦的需求，中国煤炭资源虽然十分丰富，但煤种和储量资源分布不均，因此必采用配煤炼焦。所谓配煤就是将两种以上的单种煤料，按适当比例均匀配合，以求制得各种用途所要求的焦炭质量。采用配煤炼焦，既可保证焦炭质量符合要求，又可合理利用煤炭资源，节约优质炼焦煤，同进增加炼焦化学产品产量。配煤方案的制定是焦化厂生产技术管理的重要组成部分，也是焦化厂规划设计的基础，在确定配煤方案时，应遵循下列原则。 配合煤性质与本厂煤预处理工艺及炼焦条件相适应，焦炭质量按品种要求达到规定指标。符合本地区煤炭资源条件，有利扩大炼焦煤源。 有利增加炼焦化学产品；防止炭化室中煤料结焦过程产生的侧膨胀压力超过炉墙极限负荷，避免推焦困难。 缩短煤源平均运距，便于调配车皮，避免煤车对流，在特殊情况下有一定调节余地。 来煤数量和质量稳定，最终达到生产满足质量要求的焦炭的同时，使企业取得可观的经济效益。 不同品种焦炭对配合煤的质量指标要求 不同用途的焦炭，对配煤的质量指标要求不同，为保证炼出质量合格的焦炭，必须保证配煤的质量。中国20世纪50年代初的配煤方案是以气煤、肥煤、焦煤和瘦煤四种煤为基础煤按照一定比例配合确定的。但由于中国炼焦煤资源分布不均衡，不可能在所有地区满足四种煤配合的原则，因而开发了各种配煤技术如用配煤质量指标确定配煤方案。在进行炼焦配煤操作时，对配合煤的主要质量指标要求包括：化学成分指标即灰分、硫分和磷含量，工艺性质指标即煤化度和黏结性，煤岩组分指标和工艺条件指标即水分、细度、堆密度等。 炼焦基本工艺参数：
配煤炼焦
配煤炼焦基础知识 第一章煤的基础知识 一、煤的形成 大约三十多亿年以前，地球上就已经有单细胞低等植物存在了。在整个地质年代中的某些时期内，出于地球的气候温暖、潮湿，而且有丰富的矿物养料，因此植物生长得持别高大和繁茂。这些落群生长的陆生植物，构成了成煤的物质基础。在漫长的地质年代里，地球的造山运动和地壳不断的变动，使有些落群生长的植物随着地壳下沉，后来慢慢地被水淹没，或者被山石覆盖。在多水缺氧的情况下，堆积在水中的植物残骸受一种“厌氧细菌”(不靠空气而靠夺取植物遗体里的养份而生成的微生物)的作用，脱去不稳定的含氧物质(一般以二氧化碳和水的形式除去)，使残留物的氧和氢的含量减少，碳含量相对增高。与此同时，植物残骸还受到其他生物化学作用，产生大量的腐植酸及沥青类物质。这种既合有植物残骸未被分解的族组成部份(如根、茎、叶、树皮
等)，又含有腐植酸，而且碳含量比植物残骸高、水份比较大的物质称为泥炭。在泥炭形成的过程中，往往出现植物生此交替和地壳不断变动的情况。如果地壳垂直下沉的速度与泥炭堆积的速度差不多，泥炭层就会不断地变厚；如果地壳垂直下沉的速度比泥炭堆积的速度大，随着时间的推移。泥炭层的上面就会被沙土覆盖而形成顶板，顶板越厚，泥炭受压力和地热的作用就越大。由于地热和压力的作用，使得泥炭中大分子缩合和构化程度提高，C/H原子比增大氢和氧含量减少，泥炭就变成了褐煤。褐煤如果继续不断地受到增高的温度和压力的作用，就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的进一步变化，褐煤就逐渐变成了烟煤或无烟煤了。第一章煤的基础知识 二、煤的分类 ? 1、腐植煤 ? 根据成煤的原始物质条件不同，自然界的煤可分为三大类，即腐植煤、残植煤和腐泥煤。腐植煤是由高等植物形成的，在自然界中分布最广，蕴藏量最大，用途最广；残植煤是由高等植物中稳定组份(树皮、孢子、角质、树
《捣固炼焦技术规范》标准编制说明 1 工作简况 1.1 任务来源 根据工业和信息化部2010年第一批行业标准制修订计划（项目编号：2010-2465T-YB），由中冶焦耐工程技术有限公司负责制定《捣固炼焦技术规范》标准。 1.2 主要起草单位及其所做工作情况 根据标准制定计划要求,为了完成本标准的编制，我们专门成立了标准起草小组，明确分工、学习标准编制的有关规定、讨论通过编制大纲，开展研究、调研工作，安排该标准的起草工作方案。本规范在编制过程中，进行了深入的调查研究，认真总结了多年来捣固炼焦工艺的设计和生产经验，吸取了近年国内外捣固炼焦工艺新技术和新成果，并在广泛征求意见的基础上，经反复讨论、认真修改，最后经审查定稿。本标准在起草过程中邀请国内相关大学、焦化企业、相关设备制造单位的专家参与编制，发挥各自优势长项。主要起草人进行了标准起草前的调研、资料整理，承担标准起草工作以及汇总、征询意见等。在此过程中收集了国内各焦化企业的捣固焦主要生产情况，掌握第一手资料。整理归纳我公司五十余年积累的的设计经验，分析研究攀枝花钢铁集团公司煤化工厂、北京燃气集团唐山佳华煤化工有限公司等捣固焦工艺使用企业多年的生产经验及各自工艺技术路线优劣及操作参数情况，同时分析研究大连重工·起重集团有限公司等设备制造厂关键设备生产情况。为本标准草稿内容的确定提供了依据。 在捣鼓炼焦配煤和清洁除尘方面的技术内容的编制，结合国家863科技项目重大课题“符合清洁生产要求的现代大型捣固焦炉工艺技术研究”的课题研发成果（课题编号：2009AA063302），为标准的编制提供了强大的支撑。 此外，我们还多次召开了标准草稿的研讨会，相关专家对标准草稿提出了许多建设性的意见。, 2011年5月召开召开第一次编制工作会议，成立编制组、确定分工、学习标准编制的有关规定、讨论通过编制大纲； 2012年11月完成编写标准初稿； 2012年12月开展征求意见并不断补充完善。 参编单位主要有：武汉科技大学、辽宁科技大、攀枝花钢铁集团公司煤化工、北京燃气集团唐山佳华煤化工有限公、大连重工·起重集团有限公、天津新港船舶重工有限责任公、咸阳四环工业装备有限公、大连华宇冶金设备有限公、中国一冶集团工业炉公司。 2标准化对象简要情况 我国煤资源分析来看，随着炼焦工业的快速发展，优质炼焦煤资源的供应日趋紧张，炼焦成本不
配煤炼焦基础知识 第一章煤的基础知识 一、煤的形成 大约三十多亿年以前，地球上就已经有单细胞低等植物存在了。在整个地质年代中的某些时期内，出于地球的气候温暖、潮湿，而且有丰富的矿物养料，因此植物生长得持别高大和繁茂。这些落群生长的陆生植物，构成了成煤的物质基础。在漫长的地质年代里，地球的造山运动和地壳不断的变动，使有些落群生长的植物随着地壳下沉，后来慢慢地被水淹没，或者被山石覆盖。在多水缺氧的情况下，堆积在水中的植物残骸受一种“厌氧细菌”(不靠空气而靠夺取植物遗 体里的养份而生成的微生物)的作用，脱去不稳定的含氧物质(一般以二氧化碳和水的形式除去)，使残留物的氧和氢的含量减少，碳含量相对增高。与此同时，植物残骸还受到其他生物化学作用，产生大量的腐植酸及沥青类物质。这种既合有植物残骸未被分解的族组成部份(如根、茎、叶、树皮等)，又含有腐植酸，而且碳含量比植物残骸高、水份比较大的物质称为泥炭。在泥炭形成的过程中，往往出现植物生此交替和地壳不断变动的情况。如果地壳垂直下沉的速度与泥炭堆积的速度差不多，泥炭层就会不断地变厚；如果地壳垂直下沉的速度比泥炭堆积的速度大，随着时间的推移。泥炭层的上面就会被沙土覆盖而形成顶板，顶板越厚，泥炭受压力和地热的作用就越大。由于地热和压力的作用，使得泥炭中大分子缩合和构化程度提高，C/H原子比增大氢和氧含量减少，泥炭就变成了褐煤。褐煤如果继续不断地受到增高的温度和压力的作用，就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的进一步变化，褐煤就逐渐变成了烟煤或无烟煤了。 第一章煤的基础知识 二、煤的分类 ? 1、腐植煤 ?根据成煤的原始物质条件不同，自然界的煤可分为三大类，即腐植煤、残植煤和腐泥煤。腐植煤是由高等植物形成的，在自然界中分布最广，蕴藏量最大，用途最广；残植煤是由高等植物中稳定组份(树皮、孢子、角质、树脂)富集而形成的；腐泥煤是由低等植物和少量浮游生物形成的（藻类、菌类、地衣等），分布范围小，煤层厚度不大。由于腐植煤分布范围广，且煤层厚度厚，是我国煤炭开采的主要对象，
第20卷第4期 洁净煤技术 Vol.20No.42014年 7月 Clean Coal Technology July 2014 煤炭转化 中高硫瘦煤配煤炼焦试验及应用研究 张立岗 1，2 （1．陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南714100；2．陕西陕焦化工有限公司，陕西渭南711712） 摘 要：为扩大炼焦煤资源，降低配煤成本，采用鄂尔多斯盆地南部渭北煤田西部矿区10号煤层的中 高硫瘦煤为试验煤样，分析了煤样基本性质，说明其具有高硫、低灰的特点，黏结指数和胶质层厚度较一般瘦煤高，活惰比接近2，黏结性和结焦性较好。通过中高硫瘦煤单独成焦试验、煤岩学模拟配煤、工业焦炉炼焦试验，验证中高硫瘦煤配煤炼焦的可行性，确定中高硫瘦煤配煤炼焦优化方案。结果表明：中高硫瘦煤配煤炼焦可行，应尽量控制中高硫瘦煤配入量在10%以下，多配入强黏结性煤，以提高焦炭的热态强度。中高硫瘦煤配煤炼焦工业应用表明：配入中高硫瘦煤3% 7%可生产出质量合格的焦炭，扩大了炼焦用煤范围，降低了配煤成本。 关键词：中高硫瘦煤；基本性质；工业焦炉试验；配煤；炼焦；焦炭中图分类号：TD849；TQ520.5 文献标志码：A 文章编号：1006－6772（2014）04－0047－04 Experiment and application of middle and high sulfur lean coal blending coking technology ZHANG Ligang 1， 2 （1．Shaanxi Shaanhua Coal Chemical Group Co．，Ltd．，Weinan 714100，China ；2．Shaanxi Coke Chemical Co．，Ltd．，Weinan 711712，China ） Abstract ：In order to expand the coking coal resources and reduce the cost of coal blending ，taking the middle and high sulfur lean coal as the test sample ，which is taken from No.10coal seam of western areas of Weibei coalfield in the southern of Erdos Basin．The middle and high sulfur lean coal contains low ash ，its bond index and thickness of plastic layer is higher than that of generally lean coal ，the inert and alive of petrography is close to 2，and the coking property is well．Through the coking test of middle and high sulfur lean coal ，simulated coal blending of coal petrography ，industrial coke oven coking test ，verify the feasibility and determine the optimizations of middle and high sulfur lean coal blending coking．The results show that middle and high sulfur lean coal can be used in coal blending for coking ，the blend-ing content of middle and high sulfur lean coal should be controlled below 10%， and high content of strong caking index blending coal can enhance the thermal state index of coke．According to coal blending coking in industrial application of middle and high sulfur lean coal ，show that using middle and high sulfur lean coal coking can produce quality qualified coke blending ratio of 3% 7%，expand coking coal resources and reduce the cost of blending coal using middle and high sulfur lean coal coking． Key words ：middle and high sulfur lean coal ；basic properties ；industrial coke oven test ；coal blending ；coking ；coke 收稿日期：2014－04－02；责任编辑：白娅娜 DOI ：10．13226/j．issn．1006－6772．2014．04．015 基金项目：陕西煤业化工集团科技计划资助项目（2014SMHKJ －B －J －23） 作者简介：张立岗（1964—），男，陕西富平人，高级工程师，从事煤化工技术开发应用和管理工作。E －mail ：stc315@126．com 引用格式：张立岗．中高硫瘦煤配煤炼焦试验及应用研究［ J ］．洁净煤技术，2014，20（4）：47－50，72．ZHANG Ligang．Experiment and application of middle and high sulfur lean coal blending coking technology ［J ］．Clean Coal Technology ，2014，20（4）：47－50，72． 0引言 中国是钢铁生产大国，焦炭是钢铁工业的“基 本食粮”。随着中国焦炭产量的逐年增长，对炼焦煤资源的需求不断加大，炼焦煤供应紧张，扩大炼焦 用煤资源已是当务之急。因此，研究新的配煤技术， 扩大炼焦用煤，优化、节约炼焦煤，提高煤炭资源利用效率尤为重要。中国中高硫煤总量大，约占全国煤炭总量的9.33%，是重要的煤炭资源，主要用于硫煤液化、高硫煤制甲醇、生产煤制橡胶填料等［1］ 。 炼焦方面，高硫煤因硫分较高，被称为劣质资源，价 格低廉 ［2］ 。通过配入一定量的高硫煤，控制焦炭硫
捣固炼焦的配煤试验 2005-7-4 分享到：QQ空间新浪微博开心网人人网 摘要：对不同的配合煤用试验焦炉进行捣固炼焦，捣固炼焦可以提高焦炭机械强度，改善焦炭热性质，多配高挥发分气煤。细度约90％的煤捣固炼焦效果较好。 关键词：捣固炼焦；配煤比；细度 目前炼焦煤的供应非常紧张，特别是优质的焦煤和肥煤。在满足高炉生产的前提下，寻找一种能减少焦煤、肥煤用量的炼焦技术很重要。采用煤调湿(煤干燥)、配型煤、煤预热、煤捣固炼焦等技术都能起到节省炼焦煤的效果。从工艺简单、技术成熟、效果显著和造价较低等方面综合比较，煤捣固炼焦技术的效果最好[1]。 煤捣固炼焦利用专门的煤捣固机械，把配合煤捣固成煤饼，然后装入焦炉炼焦(常规顶装焦炉是散装煤装炉)。用40 kg的试验焦炉来验证煤捣固炼焦的效果，研究煤捣固炼焦对焦炭机械强度及热性质的影响，分析配煤细度的影响，配煤时多配高挥发分煤。 1 试验方法与结果 ①配制煤样 单种煤在配煤槽下煤时取样，按要求的配煤比(见表1)配煤。按试验要求的细度粉碎，单种煤及配合煤煤质分析指标见表2。
表中A d—干燥基灰分，％ V daf—干燥无灰基挥发分，％ S t，d—干燥基全硫分，％ X—测Y时得到的最终收缩度，mm Y—胶质层厚度，mm α—测奥亚膨胀度b时得到的收缩度，mm b—奥亚膨胀度，％ C—粘结指数 ②炼焦试验 按要求的堆密度将配合煤装入焦炉，按表3控制40kg试验焦炉的试验条件。不同的配合煤在不同细度下炼得焦炭机械强度(M40、M10)、反应性(CRl)及反应后强度(C SR)见表4。对捣固炼焦，尽管配比相同，由于细度不同，炼得焦炭的M40、M10、C PI和CSR也不同。细度指配煤中粒度＜3mm的煤颗粒占全部煤颗粒的质量比例。细度是捣固炼焦配煤的重要参数之一，直接影响焦炭的质量。
1配煤的必要 配煤作为炼焦煤准备的工序之一。炼焦或碳化前煤料的一个重要准备过程。即为了生产符合质量要求的焦炭，把不同煤牌号的炼焦用煤按适当的比例配合起来。炼焦用煤品种较多，应用配煤技术，不仅能保证焦炭质量，还能合理地利用煤炭资源，节约优质炼焦煤，扩大炼焦煤资源。配煤技术涉及煤的多项工艺性质、结焦特性和灰分、硫分、挥发分的配合性质和煤的成焦机理等。长期以来，配煤试验一直是选定配煤方案、验证焦炭质量的不可缺少的配煤技术程序 早期炼焦只用单种煤，随着焦化行业的发展，炼焦煤储量的明显不足，高炉用焦要求的提高，单种煤已不可能用来炼焦，走配煤之路已势在必行。如济源金马焦化配煤比：35%ZJM，35%JM,15%FM,15%SM,可练出供济钢用的一级冶金焦，同时加入了肥煤，增加了化产回收，成本在1000元/t，而只用主焦煤炼焦成本在1200元/t，同时降低了化产回收，配煤效益可见一斑。 2 配煤的选择及方法 各单种煤的结焦性 （1）褐煤 褐煤的变质程度高于泥煤而低于分类方案中的其它所有煤种。在分类方案中，它的可燃基挥发分大于40%，煤中含有多量水分，加热时它不能产生胶质体，因此没有粘结性，在现代炼焦炉中不结焦，我们不将它划分在炼焦煤范围内。在某些炼焦煤非常缺乏的国家，他们是通过复杂的工艺，利用褐煤制造型块炼成型焦，这已不属配煤炼焦的范畴，故不多述。 （2）长焰煤 长焰煤的变质程度比褐煤高，在分类中其可燃基挥发分大于37%，胶质层厚度小于5毫米，这种煤粘结性极弱，在现代炼焦炉中不能单独结成焦炭。在某些长焰煤多的地区，可以少量配用，但配入量稍多时，常会使焦炭强度和耐磨变坏，尤其是配煤中肥煤不够多时更为明显。所以长焰煤也不列入炼焦煤范围内。 (3) 气煤 气煤的变质程度较长焰煤高。在分类图中气煤是一大类，它包括可燃基挥发分在30%~37%、胶质层厚度大于9~25毫米以及可燃基挥发分大于37%、胶质层厚度大于5~25毫米两区域。前者属肥气煤，有一定的结焦性，其中二号肥气煤在现代焦炉中能单独炼焦，但质量较差，只能供中、小高
捣鼓焦 近几年，我国捣固装煤炼焦有较快发展。焦炉炭化室高度已由过去的2.8m、3.2m、3.8m增加到4.3m、5m、5.5m以及6.25m，捣固焦炭产能己超过8000万吨。捣固装煤炼焦是适合我国炼焦煤资源中粘结性肥煤和焦煤不足状况的炼焦工艺。在当前较快发展中提出以下有关捣固炼焦配煤和焦炭质量的关系、捣固强度与配煤的关联性以及需要在生产实践中探索的几个问题进行一些讨论，供业界参考。 1 焦炭质量的基础是配煤质量，不会因煤准备和炼焦工艺等有根本性的改变 这里说的焦炭质量是指焦炭强度(不包括灰分和硫分等)，焦炭强度与配煤的关系，经过长期研究和实践己有了明确而科学的结论：焦炭强度从其本质而言，决定于焦炭气孔壁厚薄及其组成、所形成气孔的均匀程度和所占有的体积。这个概念指导着传统的、经典的煤质指标和以此为依据的煤分类，以及按此分类形成的以煤种为基础的配煤原则。 焦炭是多孔体，这个多孔体的强度可分成气孔壁强度、孔状体强度和块焦强度。孔状体强度是指含有气孔，但几乎没有裂纹的焦炭颗粒的机械抗性。孔状体强度和气孔壁强度经常合称焦炭结构强度，这就是M10的内涵。块焦强度中的M40，即依服于结构强度又决定于焦炭中裂纹和裂纹数量与特性。目前评价焦炭强度，既有冷强度，又有热强度。M40和M10属于冷强度，用中等变质程度、粘结性肥煤和焦煤占50%以上的配煤，其生成的焦炭气孔壁厚而牢固，裂纹少，
故M40和M10指标好。而热强度以CRI和CSR为指标，理论和实践表明，以低变质程度、高挥发分的炼焦煤(气煤类煤)为主的配煤，其焦炭显微结构在光学上各向同性占优势，其CRI和CSR指标差。以中等变质程度、粘结性肥煤和焦煤占50%以上的炼焦配煤，其焦炭显微结构在光学上各向异性占优势，其CRI和CSR指标好。 基于上述，即炼焦界周知的决定焦炭冷、热强度的基础是炼焦配煤，而对煤准备，如煤调湿和捣固等工艺以及干熄焦等对焦炭质量的作用，在于对气孔壁厚度、气孔率大小和均匀程度以及裂纹等有影响，这些影响对焦炭质量(特别是冷强度)在不同程度上有一定改善。而对热强度，由于不能改变焦炭显微结构的组成，故基本影响不了焦炭的热强度。当然，并不是说改进煤准备和炼焦工艺没有必要，而只是对焦炭质量不会有根本性的改变。这里需要提出的是宝钢配入型煤炼焦，在增加装煤堆密度的同时，主要是增加了粘结剂，相当增加了配煤中的粘结组分。因而在宝钢炼焦配煤中，虽然粘结性的肥煤和焦煤只占50%左右，但由于粘结组分的增加，提高了焦炭质量，生产出可满足大于4000m3高炉需要的焦炭。 2 捣固炼焦的亮点是多用低变质程度、高挥发分气煤类的炼焦煤，生产出一定质量的焦炭 捣固炼焦是用机械力将煤料的粒子压紧，因压紧而导致：①增加煤料堆密度；②因粒子的压紧而使胶质体填充的空隙减少，而相对扩展了粘结范围；③由于堆密度的增加单位体积内析出的煤气量增加，而提高了膨胀压力。这些因素导致了焦炭多孔体的气孔壁增厚，气孔
40kg试验焦炉与工业焦炉对应关系研究 山西焦化配煤实验中心 二〇一四年十一月三日
40kg试验焦炉与工业大炉对应关系研究 1、选题背景及意义 由于煤的复杂性，煤与煤之间的性质千差万别，不同煤田的煤质差别较大，即使是同一煤田中不同煤层之间的煤质，其差异性也很大；成煤阶段的不同，成煤地质条件的不同，也造就了煤与煤之间性质的千差万别，到目前为止，还没有那个化验指标能准确反映煤的炼焦结果，有时还出现反常的现象：分类牌号为焦煤的煤，在配煤中却不能做为焦煤使用，煤的镜质组反射率相同的煤种，却炼出机械强度明显差异的焦炭，奥亚膨胀度差异明显的煤种，却又能得到焦炭强度相似的结果，如何合理利用各种炼焦煤特性，全面指导炼焦配煤，进行经济配煤，实现利润最大化，就是对各种煤通过实验焦炉进行炼焦试验，建立相关数据库模型，才能更好的指导生产。 试验焦炉最大限度模拟工业焦炉生产的工况条件，尽量贴近工业生产状态，使得试验结果能直接表示生产结果，或者使试验结果与生产结果建立良好的相关性。 实验焦炉类似缩小的工业焦炉，它的特点是与工业焦炉的模拟性好，结焦过程与工业焦炉相似。工艺参数检测较全面，焦炭机械强度测定设备与工业生产一样，试验结果直观，重现性好、区分性好，相关性好。 山焦焦化配煤实验中心自2013年11月23日成立以来，对中心40kg试验焦炉与工业焦炉之间的对应关系进行了重点研究，初
步找到了40kg试验焦炉与工业大炉之间焦炭机械强度、热性质的对应性，自2014年7月份以来应用该数学模型指导生产取得了较好的经济效益。 2、 40kg试验焦炉与工业焦炉焦炭质量的对应关系 配煤实验中心自2014年2月40KG试验焦炉正式投入运行以来，对三个系统装炉煤、凉焦台焦炭进行了质量跟踪、对比实验，并利用数学工具LINEST函数对40KG试验焦炉与工业焦炉实验数据进行了线性回归分析。 2.1 40kg试验焦炉、工业焦炉焦炭的M40、M10对应性实验 2.1.1实验数据 40KG小焦炉与凉焦台焦炭质量对比实验数据 序列系 统 40kg试验焦炉凉焦台M40 M10 ≥80 60～80 40～60 25～ 40 ≤25 M40 M10 1 一82.60 9.5 23.20 40.03 27.28 4.71 4.78 76.20 8.2 2 一82.90 9.9 39.0 3 36.67 17.12 2.95 4.23 76.00 10.7 3 二79.90 8.6 36.18 33.0 4 21.47 4.42 4.90 73.60 8.4 4 三83.10 9. 5 32.51 36.39 21.63 4.01 5.45 76.78 11 5 一81.20 9 32.51 36.39 21.63 4.01 5.45 74.20 9.2 6 三81.90 8.6 40.33 31.8 7 19.60 3.87 4.34 75.80 9.1 7 二79.60 9.6 35.28 36.98 20.31 1.98 5.45 73.60 9.8 8 一83.70 9 37.47 34.42 20.23 3.92 3.95 76.60 9.6 9 一80.60 9.6 27.09 41.93 24.50 2.48 3.97 74.80 9.8 10 二77.90 9 44.36 29.66 16.35 3.71 5.92 72.00 9.6 11 一81.40 9 32.51 36.39 21.63 4.01 5.45 75.00 9.4 12 三81.80 8.5 28.85 31.83 29.67 4.20 5.45 76.40 8.6 13 一81.40 8.9 38.76 32.54 18.53 4.54 5.64 75.40 9.6 14 二79.10 10.2 33.31 34.89 20.02 4.55 7.24 73.60 10.2 15 一80.60 9.4 23.14 32.13 31.63 7.21 5.89 74.80 10 16 二81.00 10 28.58 42.46 19.88 3.59 5.48 73.20 10 17 一81.90 10.3 26.93 42.56 19.87 3.74 6.90 76.00 9.8 18 二79.20 8.5 33.10 37.90 20.76 3.26 4.98 73.60 9.4 19 一81.90 9.4 24.61 43.40 18.93 5.01 8.05 75.40 9.2
捣固炼焦技术的开发应用与发展趋势 1、现代煤焦化发展的趋势与特点 1.1 焦炉大型化 2003年德国投产了炭化室高8.3m、单孔容积93m3、年产焦炭264万吨的世界上最大的焦炉。2006年我国太钢引进建造了7.63m的焦炉，2007年马钢两座7.63m焦炉投产，武钢、京唐公司、沙钢等在建7.63m焦炉。 结构特点:结构型式仍以多室的蓄热室焦炉为主，并在扩大容积，采用致密硅砖，减弱炭化室墙，均匀加热等方面作为主要的技术发展方向。 窄炭化室，结焦时间短，结焦率高; 宽炭化室,有助于减少NOX排放量和提高焦炭反应后的强度。我国最宽的炭化室为500mm；德国85年后所建焦炉炭化室宽度均在600mm左右。 1.2 捣固炼焦技术 捣固炼焦技术的发展趋向： 1）推广炭化室高度4m以上的系列捣固焦炉； 2）总结巩固炭化室高5.5m系列的捣固焦炉，并向更高的捣固焦炉发展； 3）研制预热捣固炼焦技术并应用于工业化生产。 4) 炭化室高6米的捣固焦炉而言，因企业生产管理水平落后、维修力量薄弱、建设资金匮乏等多种原因，在近期内市场不是太看好，只能作为储备技术。 目前国内山西大同富嘉焦化、云南曲靖云维集团均建设了5.5米捣固焦炉，规模分别为年产冶金焦100万吨和200万吨。 1.3 干熄焦技术 最早1917年瑞士雪尔泽公司研究设计出一套将红焦置于竖炉内以逆流方向通人冷气体循环冷却焦炭的装置。 到1945年，全球干熄焦装置有54套之多。但由于投资高、工艺复杂，熄焦为间隙操作，所产蒸汽量、压力不稳等缺陷没有得到推广而搁浅。 20世纪60年代，前苏联设计具有工业价值的干熄焦装置，处理能力为45t/h干熄焦装置。 1976年以后，日本大量采用干熄焦技术，以应对世界能源紧张的局势。 20世纪80年代，干熄焦技术达到相对高的水平。世界范围内的广泛采用。21世纪初，重点扩大处理能力，每套处理红焦能力为107t/h。 ?我国于1985年，宝山钢铁公司首次从日本新日铁引进了处理能力为75t/h干熄焦装 置，。 ?1991年和1997年宝钢二期和三期工程相继建成了4ⅹ75t/h装置；总处理焦能力达 900t/h；可处理年产510万t焦炭。后期的建设采取“立足于国内”的方针，由国内负责设计和组织投产。 ?济南钢铁集团总公司干熄焦技术(简称济钢干熄焦) 1、2号干熄炉分别于1999年3 月2日和4月8日相继投入运行。 ?进入21世纪，首钢、武钢、马钢率先实现干熄焦国产化运行，吉林通钢、华北电力、 昆钢、莱钢、太钢、柳钢和宣钢等数十家企业建设干熄焦系统。 1.4 信息管理与优化控制技术 ●日本自97年开始至2001年间，该技术快速推广到90%的日本企业。 ●我国83年首次在上海焦化厂4号炉上试运行焦炉加热自动控制系统，以后鞍钢、重 钢、宝钢、酒钢、北焦、通化焦化厂等均先后实施过焦炉加热计算机控制系统，鉴
配煤 炼焦煤准备的工序之一。炼焦或碳化前煤料的一个重要准备过程。即为了生产符合质量要求的焦炭，把不同煤牌号的炼焦用煤按适当的比例配合起来。 炼焦用煤品种较多，应用配煤技术，不仅能保证焦炭质量，还能合理地利用煤炭资源，节约优质炼焦煤，扩大炼焦煤资源。配煤技术涉及煤的多项工艺性质、结焦特性和灰分、硫分、挥发分的配合性质和煤的成焦机理等。长期以来，配煤试验一直是选定配煤方案、验证焦炭质量的不可缺少的配煤技术程序。配煤方法有配煤槽配煤和露天配煤厂配煤两种。 配煤理论简介： 当前世界各国炼焦煤资源稀缺，高炉的大型化对焦炭质量及其稳定性的要求越来越高，而炼焦煤资源中强粘结性煤却越来越少，这一矛盾在我国尤为突出。考虑到经济效益及现实情况，国内外各焦化厂都在致力于配煤方案的研究。虽然方案千变万化，而配煤的原理却不外乎胶质层重叠原理、互换性原理、共炭化原理这三种。 1 胶质层重叠原理 要求配合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，这样可使配合煤在炼焦过程中，能在较大的温度范围内处于塑性状态，从而改善粘结过程，并保证焦炭的结构均匀。其中典型的方法是“J法”配煤技术。“J法”配煤技术是一种快速、准确、简单、经济、随机确定各种最佳（实用）配煤方案的新技术，以“煤的粘结能力测定法”为基础，以煤与焦相互统一变化规律为依据，准确预测焦炭强度，按Jb-Vdaf“米”字形配煤图及其原则进行操作，评估煤质，确定“主导煤”，辨明“添加剂煤”和“填充剂煤”，用简易“优选法”确定配煤比，定出配煤方案。 2 互换性配煤原理 焦炭质量取决于炼焦煤中的活性组分、惰性组分含量及炼焦操作条件。单种煤的变质程度决定其活性组分的质量，镜质组平均组最大反射率是反映单种煤的变质程度的最佳指标。目前应用煤岩学指导配煤，很多焦化厂都有自己的配煤方案，但一般都是镜质组平均随机反射率、反射率直方图及镜惰比三个参数作为煤岩学配煤参数。根据互换性配煤原理，当配煤有较强粘结性时，加入一定量焦粉或无烟煤有利于焦炭质量提高，回配3%～5%的焦粉代替瘦煤炼焦，技术上是可行的，但在同样煤质情况下不添加粘结剂，要保证焦炭质量，焦粉的细度至关重要。 3 共炭化原理 煤中加入非煤粘结剂进行炭化，称为共炭化。共炭化研究为采用低变质程度弱粘结煤炼焦时选用合适的粘结剂提供了理论依据，也为加入有机渣油﹑塑料类﹑橡胶类﹑沥青等与煤共炭化提供了可能性，并且为解决当前世界的环境污染问题做出了很大的贡献。国外Collin在400℃下将废塑料与煤焦油沥青共热解，收集热解油和气体产物，反应所得的残余物与弱
捣固炼焦值得关注的几个问题 近几年，我国捣固装煤炼焦有较快发展。焦炉炭化室高度已由过去的2.8m、3.2m、3.8m 增加到4.3m、5m、5.5m以及6.25m，捣固焦炭产能己超过8000万吨。捣固装煤炼焦是适合我国炼焦煤资源中粘结性肥煤和焦煤不足状况的炼焦工艺。在当前较快发展中提出以下有关捣固炼焦配煤和焦炭质量的关系、捣固强度与配煤的关联性以及需要在生产实践中探索的几个问题进行一些讨论，供业界参考。 1 焦炭质量的基础是配煤质量，不会因煤准备和炼焦工艺等有根本性的改变 这里说的焦炭质量是指焦炭强度(不包括灰分和硫分等)，焦炭强度与配煤的关系，经过长期研究和实践己有了明确而科学的结论：焦炭强度从其本质而言，决定于焦炭气孔壁厚薄及其组成、所形成气孔的均匀程度和所占有的体积。这个概念指导着传统的、经典的煤质指标和以此为依据的煤分类，以及按此分类形成的以煤种为基础的配煤原则。 焦炭是多孔体，这个多孔体的强度可分成气孔壁强度、孔状体强度和块焦强度。孔状体强度是指含有气孔，但几乎没有裂纹的焦炭颗粒的机械抗性。孔状体强度和气孔壁强度经常合称焦炭结构强度，这就是M10的内涵。块焦强度中的M40，即依服于结构强度又决定于焦炭中裂纹和裂纹数量与特性。目前评价焦炭强度，既有冷强度，又有热强度。M40和M10属于冷强度，用中等变质程度、粘结性肥煤和焦煤占50%以上的配煤，其生成的焦炭气孔壁厚而牢固，裂纹少，故M40和M10指标好。而热强度以CRI和CSR为指标，理论和实践表明，以低变质程度、高挥发分的炼焦煤(气煤类煤)为主的配煤，其焦炭显微结构在光学上各向同性占优势，其CRI和CSR指标差。以中等变质程度、粘结性肥煤和焦煤占50%以上的炼焦配煤，其焦炭显微结构在光学上各向异性占优势，其CRI和CSR指标好。 基于上述，即炼焦界周知的决定焦炭冷、热强度的基础是炼焦配煤，而对煤准备，如煤调湿和捣固等工艺以及干熄焦等对焦炭质量的作用，在于对气孔壁厚度、气孔率大小和均匀程度以及裂纹等有影响，这些影响对焦炭质量(特别是冷强度)在不同程度上有一定改善。而对热强度，由于不能改变焦炭显微结构的组成，故基本影响不了焦炭的热强度。当然，并不是说改进煤准备和炼焦工艺没有必要，而只是对焦炭质量不会有根本性的改变。这里需要提出的是宝钢配入型煤炼焦，在增加装煤堆密度的同时，主要是增加了粘结剂，相当增加了配煤中的粘结组分。因而在宝钢炼焦配煤中，虽然粘结性的肥煤和焦煤只占50%左右，但由于粘结组分的增加，提高了焦炭质量，生产出可满足大于4000m3高炉需要的焦炭。 2 捣固炼焦的亮点是多用低变质程度、高挥发分气煤类的炼焦煤，生产出一定质量的焦炭 捣固炼焦是用机械力将煤料的粒子压紧，因压紧而导致：①增加煤料堆密度；②因粒子的压紧而使胶质体填充的空隙减少，而相对扩展了粘结范围；③由于堆密度的增加单位体积内析出的煤气量增加，而提高了膨胀压力。这些因素导致了焦炭多孔体的气孔壁增厚，气孔率降低且趋向均匀，因而M40、M10都有所改善，CRI和CSR也略有改善。 我国比较传统性捣固炼焦用配煤大体是：Vdaf 30%～33%, G值58～72(平均～65), Y值14±2、膨胀序数≮2.5。这样的配煤如在顶装焦炉中炼焦，焦炭的M40～65, CSR<50。而捣固炼焦生产的焦炭(捣固堆密度0.9～0.95t/m3 )的M4o大体在70左右, CSR～50。这样的焦炭曾用到1000～1500m3高炉上。 这里需要特别提出攀钢的焦炭质量，攀钢成功地用大型高炉冶炼钒钛磁铁矿，攀钢炼焦配煤偏瘦、碱金属含量较高，所以高炉用焦炭热强度不高。但由于高炉炉料中有较高的钛含量，对焦炭的溶碳反应有较强的抑制作用，所以攀钢用捣固炼焦生产的焦炭，能适应～2000m3的高炉冶炼要求。
2kg铁罐配煤炼焦试验 1）添加高强度改质剂2kg铁罐试验各煤种配比见表1。 表1试验配煤比例ω/% 编号龟兹QM 托克逊1/3JM 25JM 15JM 改质剂1-0# 6 33 16 45 - 1-1# 6 33 16 45 0.20 1-2# 6 33 16 45 0.40 1-3# 6 33 16 45 0.60 1-4# 6 33 16 45 0.80 1-5# 6 33 16 45 1.00 注：改质剂用量= 试验用煤质量×改质剂用量百分数。 2）添加Al合金粉2kg铁罐试验各煤种配比见表2。 表2试验配煤比例ω/% 编号龟兹QM 托克逊1/3JM 25JM 15JM 合金2-0# 6 33 16 45 - 2-1# 6 33 16 45 0.20 2-2# 6 33 16 45 0.40 2-3# 6 33 16 45 0.60 2-4# 6 33 16 45 0.80 2-5# 6 33 16 45 1.00 注：合金用量= 试验用煤质量×合金用量百分数。 3）添加高各向异性炭粉2kg铁罐试验各煤种配比见表3。
表3试验配煤比例ω/% 编号龟兹QM 托克逊1/3JM 25JM 15JM 炭粉 3-0# 6 33 16 45 - 3-1# 6 33 16 45 0.20 3-2# 6 33 16 45 0.40 3-3# 6 33 16 45 0.60 3-4# 6 33 16 45 0.80 3-5# 6 33 16 45 1.00 注：炭粉用量= 试验用煤质量×炭粉用量百分数。 4）煤的热重分析 新疆各单种煤和疆外JM的差热分析（DTA）和热重分析（TGA）。 表4 煤的差热分析和热重分析 煤种A d%V daf%FC ad%G R. I.X,mm Y,mm R— max% CRI%CSR% QM 7.92 40.30 54.18 85 36.0 12.4 0.79 61.1 25.6 1/3JM 10.27 34.67 58.34 59 49.0 11.0 1.04 59.0 32.1 25JM 10.77 24.10 67.31 83 31.3 12.5 0.94 34.8 58.1 15JM 10.69 18.58 72.41 68 40.1 12.0 1.45 47.1 42.2 疆外JM1 10.87 19.50 71.47 83 36.9 13.7 1.51 12.6 78.4 疆外JM2 10.63 21.06 69.76 79 18.0 69.0 注：疆外JM1为疆外古交煤；疆外JM2为疆外薛国宁煤。 5）煤的元素分析 分析相同变质程度的新疆煤和内地煤C、H、O三种元素的含量，根据元素分析结果，可以进一步了解新疆煤与内地煤的差异所在。 煤种 煤质分析焦炭质量 A d%V daf%FC ad%G R. I.X,mm Y,mm S t,d%R— max A d%FC ad%CRI%CSR% 弘扬 15JM 10.69 18.58 72.41 68 40.1 12.0 0.57 1.45 12.30 86.3347.1 42.2 疆外 JM3 10.09 19.85 71.09 85 31.0 20.1 1.51 11.85 87.12 14.5 77.4