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![浅析配煤炼焦技巧[精华]](https://img.taocdn.com/s1/m/425b9b58ff4733687e21af45b307e87101f6f80d.png)
浅析配煤炼焦技术【摘要】系统介绍了近几十年来配煤炼焦技术的发展及其应用情况,也介绍了焦炭质量预测的几种方法,重点介绍了专家配煤系统,并探讨了当前配煤的研究方向。
【关键词】配煤炼焦灰分硫分原理质量预测建议应用配煤是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。
从前，炼焦只用单种焦煤，由于炼焦工业的发展，焦煤的储量开始感到不足。
而且还存在着煤炼的焦饼收缩小，推焦困难；焦煤膨胀压力很大，容易胀坏炉体；焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率小等缺点。
为了克服这些缺点，采用了多种煤的配煤炼焦。
配煤炼焦扩大了炼焦煤资源，把不能单独炼成合格冶金焦的煤，经过几种煤配合可炼出优质焦炭，还可以降低煤料的膨胀压力，增加收缩，利于推焦，并可提高化学产品产率。
配煤炼焦可以少用好焦煤，多用结焦性差的煤，使国家资源不但利用合理，而且还能获得优质产品。
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。
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。
一、配煤理论简介：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。
粘结剂组分对型煤性能影响的实验研究实验型煤的抗压强度、跌落强度、防水性是衡量型煤物理性能的重要指标。
型煤的抗压强度、跌落强度都是型煤的机械强度。
抗压强度是指常温下按标准实验条件在压力机上测得的型煤冷球的机械强度，反映了型煤冷球的抗压能力。
跌落强度是在特定条件下测定的型煤脆性指标，反映了煤球抗冲击的能力。
型煤作为一种商品必须经过生产的各个阶段以及贮存、装卸、人炉等诸多环节，而在此过程中不可避免地要受到各种挤压力和冲击力，只有具备了较高的抗压强度和跌落强度，才能避免型煤在使用前就产生破碎。
因为抗压强度较高而跌落强度较低的煤球受到冲击力时仍易破碎，所以考察型煤的强度时不能只考虑抗压强度而忽视了其跌落强度。
防水性反映了型煤在经过水浸或雨淋后其物理性能的变化，防水性好的型煤经水浸后还具有较高的机械强度，仍能满足运输、使用的要求；防水性较差的型煤遇水散裂或受力极易破碎，将部分或完全失去其应有的使用价值。
由于目前我国的型煤生产和使用单位大多使用露天煤场，且在运输过程中也时常遇到阴雨天气，所以型煤具有较好的防水性是非常重要的。
另外，在型煤的气化过程中要通入水蒸气，如防水性差也会影响气化的正常进行。
型煤的抗压强度、跌落强度和防水性是反映型煤质量的重要指标，是决定型煤能否满足储运要求，实现商品化的关键因素。
而型煤的这些质量指标与生产型煤的粘结剂有着直接的关系，因此，研究粘结剂各组分对型煤物理性能的影响有着重要的理论和现实意义。
l 实验原料煤取自济源产无烟煤，其工业分析见表1。
表1 原煤工业分析1．1 实验仪器及设备HG型万能材料试验机、500ml烧杯、金属网、跌落强度测定装置。
1．2 测试方法1．2．1 型煤抗压强度的测定方法按MT／T748—1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法进行测定。
测定方法提要为：从型煤试样中取若干个煤球，在材料试验机上对试样匀速加压，直至试样破碎为止。
记录试样破碎前承受的最大压力，并取所有数据的平均值作为型煤的冷强度(单位：N／个)。
浅谈如何提高配煤炼焦技术近年来，我国国民经济的持续、高速发展，极大地刺激了对钢铁的需求，也拉动了炼焦生产的高速发展。
焦炭产能的快速扩张，导致了炼焦煤供应紧张，此外，由于当前高炉的大型化对焦炭质量及其稳定性的要求也越来越高，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。
如何合理利用煤资源，满足焦化生产需求是我们长期面临的任务。
一、配煤炼焦技术目前世界各国的焦化行业为稳定提高焦炭质量，合理利用炼焦煤资源降低生产成本，主要采取以下几种配煤炼焦技术：1、捣固炼焦技术，根据中国炼焦行业协会焦炭资源专业委员会的调研，捣固焦炉可以大量配用价格低的气煤、三分之一焦煤、瘦煤，明显降低了炼焦配煤成本，合理利用了煤炭资源，为企业带来了明显的经济效益并产生了良好的社会效益。
2、配型煤炼焦技术：将炼焦装炉煤的一部分从备煤系统切出配加粘结剂后压制成型煤，再与其余散装煤料混合装炉炼焦，此技术由于煤料堆积密度的提高和粘结剂对煤料的改制作用，开显著改善焦炭质量。
3、煤调湿工艺：煤调湿工艺是上世纪80年代开发的技术，旨在降低装炉煤的水分，减少由于洗煤厂脱水工艺及气候影响造成的装炉煤水分波动。
经煤调湿后，配煤水分控制在6%左右。
用此工艺技术有助于提高焦炭质量（包括冷态强度和热态强度）、增加焦炉生产能力、降低炼焦耗能、稳定焦炉操作、减少炼焦污水、延长焦炉寿命。
其缺点是运煤过程易扬尘、炭化室易结石墨、焦油渣量增大。
二、配煤煉焦技术的应用（一）粘结剂添加的技术控制根据相关实验和实际生产经验表明，粘结添加剂的添加，确实可以很好的弥补炼焦煤的粘结性，因此可以通过添加粘结剂和低廉的弱粘煤来代替部分高粘结性煤，同样可以达到很好的效果，炼出优质的焦煤。
实验证明配煤炼焦过程中粘结剂的添加可以提高炼焦过程中的配煤流动度，改善焦炭的结晶组织，提高配煤的粘结性。
实际应用时，可以采用改质沥青作为炼焦添加剂，并适当增加配煤中瘦煤和弱粘煤的比例，这样炼出的焦炭，不但质量不低于高粘结性煤所炼的焦炭，相比之下其冷强度与热性质也有一定的改善。
总第191期2021年第1期山西化工SHANXI CHEMICAL INDUSTRYTotal191No.1,2021奏题讨谑DOI：10.16525/l4-1109/tq.2021.01.43炼焦煤及配煤结构优化试验研究侯瑞芳（山西西山煤气化有限责任公司，山西太原030205）摘要：为进一步达到提升炼焦企业所得焦炭产品质量，降低生产成本，最终提高企业竞争力的目的。
在阐述先进配煤管理系统的基础上，对当前配煤结构比例下对应的现状进行分析，并采用40kg小焦炉对不同配煤结构比例下的生产成本和焦炭产品性能进行综合对比，最终得出适合公司的最佳配煤结构比例，为后续提升其企业竞争力具有重要意义。
关键词：炼焦煤；焦煤；气煤；瘦煤；冷态强度；热态强度中图分类号.TQ520.61文献标识码:A文章编号:1004-7050（2021）01-0117-02引言炼焦是对煤炭再加工的工艺，能够为不同的应用行业获得不同品质的焦煤。
在实际炼焦过程中存在优质焦煤配用比例较高导致最终所得焦炭产品的成本较高。
与此同时，目前焦炭市场处于供大于求的现状导致各大炼焦企业出现亏损，为提升炼焦企业的竞争力需对配煤炼焦技术进行优化⑴。
经研究影响焦炭质量的因素包括有炼焦原煤的质量的均衡性、在炼焦过程中的控制能力以及炼焦配煤结构的合理性。
本文着重对炼焦煤及配煤结构进行优化研究。
1配煤管理系统概述针对影响焦炭质量的三大因素包括:原煤质量、炼焦的控制以及配煤结构的合理性。
本节着重对炼焦过程的控制进行优化，传统采用人工手段对其进行控制，为进一步保证对炼焦的控制，公司设计了配煤管理系统。
基于配煤管理系统能够实现对炼焦煤各个工艺环节的科学、优化管理，为后续配煤方案的指定和优化提供一定的依据。
配煤管理系统的基本构架框图，如图1所示。
如图1所示，配煤管理系统主要功能包括有数字化煤场、料仓的管理、焦炭质量的信息、供应管理和配煤质量的预测和优化方案⑵O|外部数据库|~£通讯服务T系统数据库系数刷新服务Net TepV煤场|服务料仓服务Wei）服乡质量服务专家服务J L1配化煤|场丨煤管J供模块机汶［互界-面专家系统图1配煤管理系统结构框架图2炼焦煤及配煤结构的优化在配煤管理系统的基础上，只有通过进一步优化炼焦煤和配煤的结构才能够提升焦炭的质量，降低焦炭生产的成本。
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)03-0111-030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1112010年第3期郑志磊，等粘结剂配煤炼焦研究进展多种有毒致癌物质，直接外排，不但影响大气环境，而且由地表渗入地下后，会污染地下水源。
多年来一直没有一种较合适的方法来处理这些焦油废渣。
导致这些焦油废渣堆积在焦化厂内，既占用场地，又污染环境。
因此，利用焦油渣作为焦化原料，不仅能够废物利用，而且使之能够在焦化工艺内实现闭路循环，对减少环境污染具有重要意义。
2粘结剂对炼焦煤的改质效果及焦炭质量的影响2.1粘结剂对炼焦煤的改质效果高挥发分的煤中添加某些有机物料（如高芳烃石油沥青、焦油沥青、溶剂精制煤、煤溶剂抽提物等）进行共炭化时，这些物料不仅作为粘结剂将煤粘结在一起，而且能够使其产物的各向异性得到发展。
有关研究表明各种石油沥青对同一种煤或同一沥青对不同种煤具有不同的改质效应［6］。
挥发分相对较高，喹啉不溶物低，溶煤能力强，能形成高芳构化结构，具有供氢效能以控制化学聚合活性以免在中间相成长过程中形成高粘度的流动相的石油沥青对煤具有相对较好的改质效果。
沥青对弱粘煤的改质效应优于强粘煤，对无烟煤一般无改质效应。
同时还发现具有传氢能力的粘结剂在中间相阶段可以去掉煤裂解产物的含氧官能团，使热解分子化学活性降低，从而得到低粘度的中间相体系，有利于液晶的融并和成长，促进流动型和广域型结构的形成。
U.Stwietlik等［7］分别利用煤焦油沥青和类沥青残渣作为添加剂进行了对比焦化试验，发现煤焦油沥青增强了煤样的溶胀和结焦能力，提高了煤样的膨胀度和流动性而类沥青残渣只是提高了煤的流动性。
Fernández等［8］利用非炼焦煤，焦油沥青，苯精馏塔底残渣，废旧轮胎和两种不同煤阶的烟煤共热解，发现具有最高挥发分产率和在煤塑性阶段以前释放出最大量挥发物的添加物对烟煤的热塑性能影响最为明显。
G.Collin等［9］利用废塑料与煤焦油沥青共热解得到反应活性沥青，将此反应活性沥青与弱粘煤共焦化能够提高煤样的结焦性能与成焦率，并且增强所得焦炭的机械强度和光学各向异性。
2.2粘结剂对焦炭质量的影响添加物与炼焦煤共炭化是以中间相理论和传氢理论作为理论基础的。
随着研究的深入，人们对添加粘结剂炼焦有了新的认识，粘结剂不单纯起着增加流动度、改善物理粘结的作用，更重要的是一些粘结剂能够与煤共炭化，在中间相阶段形成一种呈光学镶嵌结构、界面结合好的“中间焦炭”。
这种“中间焦炭”既非由煤形成的光学结构，也非由沥青类粘结剂形成的光学结构，而属于和二者结合较好的过渡结构，从而改善了焦炭的强度和反应性。
因此，添加物如果能够增加焦炭中光学各向异性结构的比例，形成界面结合较好的“中间焦炭”，增加焦炭的显微强度，降低反应活性和气孔率，减少或阻止微裂纹的扩张，就说明添加物的改质效果较好［10］。
2.2.1对焦炭组成的影响冶金焦中灰分与硫含量的高低直接影响到焦炭质量的好坏，因此，焦炭中灰分与硫的控制显得尤为重要。
由于现阶段实验研究中使用添加剂均为低灰低硫添加剂，因此，所得焦炭的灰分和硫含量均有不同程度的降低［11］。
2.2.2对焦炭显微结构的影响不同的添加物对焦炭的质量会产生不同的影响。
高挥发粘结煤添加具有一定挥发分的石油焦粉可以提高焦炭的显微强度，而热处理温度较高的石油焦与煤共碳化时形成明显的界面，且裂纹增多［12］。
R.Alvarez等［13］在6t焦炉中用不同粒径分布的石油焦为添加剂进行了半工业规模的焦化实验，发现焦炭孔隙变化取决于添加剂的粒径和添加比率；焦炭反应性下降的的主要因素之一是加入添加剂后冶金焦微孔的减少。
J.J.Pis等［14］研究了石油焦的加入对焦炭结构和反应性的影响，发现在配煤中加入石油焦使焦炭的微孔体积和反应性降低。
同时发现微孔体积降低导致反应性的降低。
2.2.3对焦炭冷热强度的影响焦炭在显微结构上的变化最终反映在焦炭冷热强度的变化。
多位学者［15－16］研究表明利用粘结性添加物配煤炼焦可以增加配合煤粘结性，提高焦炭的块度和抗碎强度，提高焦炭的冷、热强度，同时可降低焦炭的灰分。
邹祖桥［17］利用沥青、粉焦及两者的混合物为添加剂进行焦化试验。
发现加入沥青粘结剂有利于稳定煤质，提高焦炭质量，特别是有利于提高焦1122010年第3期炭M10。
当配煤有较强粘结性时，加入粉焦有利于焦炭质量提高。
当煤质粘结性差时，同时加入沥青和粉焦可改善焦炭质量。
孙喜民等［18］以低温煤焦油沥青和焦油渣为改质添加剂，按不同配比掺入炼焦配合煤中进行炼焦。
发现焦油和粗苯的产率都有不同程度提高，焦炭产率略有下降。
除焦油渣外，各种沥青都使焦炭强度有所改善，尤其是低温煤焦油沥青可使焦炭各向异性成分含量有明显增加，从而使焦炭转鼓强度有较大幅度地提高。
也有报道，当加入粘结性添加剂量过多时，会增加碳化室内积炭量，可能产生推焦困难，收缩过度等后果。
因此，各种添加物的加入比例一般不超过3％~5％［10］。
3结语添加粘结剂炼焦，可以提高配合煤的流动度，改善煤料的粘结性和焦炭的显微结构，提高焦炭冷、热强度，降低焦炭反应性。
而且粘结剂来源广泛，有可能只需通过简单的喷洒、混捏、配合过程，而不增加复杂的预处理装置，就能在现有焦炉实现扩大弱粘结性煤的用量。
由于粘结剂具有低灰、强粘结的特性。
大大降低了配合煤灰分，使冶金焦炭的灰分大幅度降低。
并且由于粘结剂的配入，使配合煤的流动度和抗风险能力增强，当某种炼焦煤质量不稳或质量较差时，依然能够保证焦炭质量的相对稳定。
加入粘结剂后，冶金焦冷强度、热性能指标得到大幅改善，提高了成焦率，同时对高炉的顺利运行起到了积极作用。
添加剂配煤炼焦对煤及焦炭具有较为明显的改质效果，因此应用前景很广泛。
目前人们对共炭化的机理认识仍然不够充分，仍需进行更进一步的研究，以找到更为合理的机理模型，从理论上认清添加剂与煤共炭化的本质，从而指导更为科学的配煤生产，为大规模的工业应用奠定理论基础。
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