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1、炼焦配煤概述 摘要：主焦煤在世界范围内日益短缺，因而扩大炼焦煤资源的问题受到各国的重视。配煤是冶金行业焦化厂生产的重要环节，配煤系统控制以及炼焦过程的好坏直接影响到炼焦工艺的生产。我国煤炭资源具有如下特点:主焦煤少,且灰分高,可选性差;肥煤、肥气煤储量大,但硫含量高,且大部分难洗;高挥发分的气煤储量最大,在炼焦煤中占60%,但其粘结性差,用常规工艺炼焦时不宜多配。因此,如何根据我国煤炭资源的特点进行综合利用,已成为当前炼焦行业的主要任务。 本次论文基于炼焦配煤工艺与国内煤资源的现状上做出讲述，根据单一的煤种的结焦特性、配煤要求、配煤质量的指标、制定配合煤的依据、炼制冶金焦的配合煤指标、以及综合
2、考虑炼焦配煤工艺整个过程进行选煤。通过合理的配煤方案，提高配煤质量;充分考虑煤炭资源的平衡及供应情况，不断扩大弱粘结性煤的用量，扩大用煤基地，合理使用煤场煤炭资源，降低配煤成本；有效降低高炉焦比;保证配煤生产和配煤设备正常运行，稳顺生产，提高信息管理水平，实现效益最大化。同时讲述了配煤技术的发展前景。关键词：配煤，炼焦，配煤方法，黏结性，结焦性目 录1 绪 论11.1 研究背景与研究意义11.2 国内现状22 炼焦配煤简介22.1 中国煤炭资源22.1.1 煤炭种类32.1.2 煤炭资源分布32.1.3 煤的特质32.2 配煤的必要性52.3 配煤方法52.3.1 正常情况下52.3.2 在某
3、些特殊情况下52.4 配煤意义62.5 炼焦配煤的优点82.6 配煤的原则83 煤炭的各项技术指标93.1 水分93.1.1 全水分(Mt)93.1.2 空气干燥基水分(Mad)93.2 灰分93.3 煤的挥发分(全称为挥发份产率)V93.4 固定碳103.5 全硫St103.6 发热量(Q)103.7 胶质层最大厚度(Y)103.8 粘结指数(G)103.9 煤灰灰熔融性温度(灰熔点)103.10 哈氏可磨指数(HGI)113.11 焦渣特征(CRC)114 配煤理论114.1 配煤原理124.1.1 胶质层重叠原理124.1.2 互换性配煤原理124.1.3 共炭化原理134.2 配煤理论
4、的发展134.2.1 经验配煤134.2.2 煤岩配煤134.2.3 现代配煤145 煤的工艺性质指标145.1 煤的粘结性和结焦性145.2 影响煤的黏结性和结焦性的因素165.3 单种煤的结焦性165.3.1 褐煤165.3.2 长焰煤165.3.3 气煤175.3.4 肥煤175.3.5 气肥煤175.3.6 1/3焦煤(1/3JM)175.3.7 焦煤185.3.8 瘦煤185.3.9 贫煤185.3.10 无烟煤185.4 配合煤的指标185.4.1 水分Mt195.4.2 配合煤的细度195.4.3 配合煤灰分195.4.4 配合煤的硫分205.4.5 配合煤的挥发分205.4.6
5、 煤化度205.4.7 配合煤的胶质层205.4.8 膨胀压力215.5 配合煤的选择215.6 焦炭质量预测215.6.1 焦炭灰分、硫分预测215.6.2 焦炭冷态强度预测215.6.3 热态性质预测法215.6.4 人工智能和专家系统的应用226 炼焦配煤工艺简介226.1 工艺流程236.2 配煤236.2.1 细度分布情况246.2.1 先配后粉流程246.2.2 先粉后配流程(分组粉碎)246.2.3 选择粉碎流程256.2.4 结论：256.3 基础工程256.3.1 煤场256.3.2 煤槽256.3.3 栈桥266.4 配煤机械266.4.1 皮带机266.4.2 堆取料机2
6、66.4.3 定量给料设备276.4.4 电磁除铁器276.5 炼焦设备276.5.1 焦炉简介276.5.2 捣固焦炉简介286.6 成焦过程296.7 炼焦的产品处理307 配煤技术的应用及发展前景307.1 配煤技术现状307.2 配煤方法307.3 配煤技术的关键317.4 配煤实验工具317.5 现行配煤技术的不足317.6 配煤技术的发展趋势317.6.1 区域性配煤317.6.2 精确配煤327.6.3 扩大炼焦煤范围327.6.4 开发配煤专家系统32总 结34参考文献35致 谢361 绪 论1.1 研究背景与研究意义我国的炼焦煤资源相当丰富，不仅生产规模是世界最大的，而且也是
7、世界最大的焦炭出口国。2003年焦炭出口至30多个国家，在出口总量上欧盟占1/3、亚洲占1/3，巴西、美国、南非各占14.5%、6%和4.1%，印度、意大利、德国和巴西等国焦炭进口量的80%来自我国。焦炭在高炉炼铁、铸造、电石、气化及有色金属冶炼等方面得到了广泛的应用，可以说焦炭工业具有广阔的发展前景。在高炉炼铁过程中，焦炭除了用作熔解铁矿石的热源使用外，还起到把氧化铁还原成金属铁和确保高炉炼铁具有良好透气性的作用，因此焦炭在高炉中的骨架作用尤为重要，随着高炉大型化、富氧喷吹技术的发展，钢铁企业迫切要求提高焦炭质量。因此，焦炭的质量控制是非常重要的。为了生产符合高炉炼铁要求的焦炭，需要满足一定
8、质量要求的煤。这种煤通常是通过配煤过程来获得的。配煤过程是以强粘结性煤的粘结组分含量和纤维状组分强度为标准，其他煤种按此标准来配。若粘结组分不足，就加入粘结组分，若纤维强度不足，就加入补强材料配好的煤投入到焦炉进行炼焦，形成焦炭。从单种煤结焦特性可知，大多数单种煤在焦炉内不易炼出机械强度较高的优质冶金焦。因此，如何精确地确定各单种煤的配比，并按确定的配煤比进行配煤操作是冶金工业中炼焦配煤控制需要解决的关键问题。配煤是冶金行业焦化厂生产的重要环节，配煤系统控制以及炼焦过程的好坏直接影响到炼焦工艺的生产。目前世界各国高炉冶炼所用的燃料主要是用烟煤炼制的焦炭。但是炼焦用煤的品种很多，它们的性质差别很
9、大，因此应当有一个炼焦用煤的分类方法。我国地区广大、资源丰富，故地区煤质情况各不相同，灰、硫含量亦有差别，因此结合各地区的特点，采用不同煤种配合，不但扩大了资源的有效利用并且可以调整焦炭中的灰、硫含量，以满足冶金工业对焦炭质量和数量的要求。解放以来，炼焦工业的生产实践证明，炼焦配煤对炼焦工业的发展有重大意义同时炼焦配煤可以有效的解决以下问题： 焦煤资源缺乏,用配合煤方法可以大量节约主焦煤。 焦煤的结焦性虽好,但有的主焦煤在炼焦时膨胀压力较大,损害炉体,有的含杂质较多,用配合煤的方法可以解决上述问题。 焦煤的价格较高,用配合煤炼焦可以降低焦炭成本。 本文的研究目的是通过合理的配煤方案，提高配煤质
10、量;充分考虑煤炭资源的平衡及供应情况，不断扩大弱粘结性煤的用量、扩大用煤基地、合理使用煤场煤炭资源、保持合适库存、降低配煤成本、对配煤生产和配煤设备，稳顺生产，提高信息管理水平，实现效益最大化。1.2 国内现状目前在常规焦炉中提高不粘煤或弱粘煤的配煤比例的手段主要有捣固炼焦和配型煤炼焦，这些工艺能够提高不粘煤或弱粘煤的配煤比例的原理就是能够提高装炉煤的堆密度。传统的装炉手段的装炉煤堆密度在0.70t/m左右，通过捣固法可以将装炉煤堆密度提高到0.951.15t/m，配型煤炼焦的装炉煤堆密度也在0.80t/m。我国的上海宝钢以及日本的一些钢铁企业采用配型煤的方法来提高焦炭质量、扩大不粘煤或弱粘煤
11、的配入量，型煤的配入量为30%左右。完全型煤炼焦在国内以利用无烟煤粉煤为代表，它的最初目的是解决优质炼焦煤来源紧张的问题，原理也是以型煤密度大为主，型煤密度可达1.20 t/m以上，主要炉型为竖炉和斜底炉，最早曾在我国的上海，近年来在我国的山西、河南等地开始得到应用，能够生产出冶金焦和铸造焦，但产量都不大。在国外有日本的DKS法、美国的FMC法及罗马尼亚的ICEM法为代表，其代表炉型为斜底炉和底开门的箱式炉，主要原料为不粘煤或弱粘煤，其型焦产品可部分取代常规冶金焦炭。采用冷压成型的型焦工艺：在煤料入炉之前先将原料煤经过配料、粉碎、混合搅拌、成型以及干燥工序将煤粉加工成粒度均匀并具有一定强度的型
12、煤，型煤再入焦炉焦化。该工艺首先在山西省某型焦示范厂得到应用，型焦产品达到二级冶金焦标准，已通过国家科技部验收。近年来，型煤研究设计所又开发研究了常规焦炉上实现完全型煤炼焦技术。2 炼焦配煤简介2.1 中国煤炭资源中国煤炭资源状况：我国煤炭探明可采储量居世界第三位，仅次于美国、俄罗斯。资源主要分布于华北地区(约50%)和西北地区(约30%)，其余四大区之和也只占全国的20%。 在我国“查明资源储量”中，动力煤和炼焦煤分别占72%和26%。炼焦煤中气煤和1/3焦煤比例最大，达46%，肥煤和气肥煤比例最少，只占13%，焦煤和“瘦煤、贫瘦煤”分别占第二、三位。 我国炼焦煤资源以山西最多，其次是安徽省
13、和山东省，居第四第七位的依次是贵州、黑龙江、河北和河南省。2.1.1 煤炭种类在漫长的地质演变过程中，煤田受到多种地质因素的作用；由于成煤年代、成煤原始物质、还原程度及成因类型上的差异，再加上各种变质作用并存，致使中国煤炭品种多样化，从低变及程度的褐煤到高变质程度的无烟煤都有储存。按中国的煤种分类，其中炼焦煤类占27.65%，非炼焦煤类占72.35%，前者包括气煤(占13.75%)，肥煤(占3.53%)，主焦煤(占5.81%)，瘦煤(占4.01%)，其它为未分牌号的煤(占0.55%)；后者包括无烟煤(占10.93%)，贫煤(占5.55%)，弱碱煤(占1.74%)，不缴煤(占13.8%)，长焰煤
14、(占12.52%)，褐煤(占12.76%)，天然焦(占0.19%)，未分牌号的煤(占13.80%)和牌号不清的煤(占1.06%)。2.1.2 煤炭资源分布中国在地质历史上的成煤期共有14个，其中有4个最主要的成煤期，即广泛分布在华北一带的晚炭纪早二叠纪，广泛分布在南方各省的晚二叠纪，分布在华北北部、东北南部和西北地区的早中侏罗纪以及分布在东北地区、内蒙东部的晚侏罗纪早白垩纪等四个时期。它们所赋存的煤炭资源量分别占中国煤炭资源总量的26%、5%、60%和7%，合计占总资源量的98%。上述四个最主要的成煤期中，晚二叠纪主要在中国南方形成了有工业价值的煤炭资源，其他三个成煤期分别在中国华北、西北和东
15、北地区形成极为丰富的煤炭资源。中国煤炭资源北多南少，西多东少，煤炭资源的分布与消费区分布极不协调。从煤炭资源的分布区域看，华北地区最多，占全国保有储量的49.25%，其次为西北地区占全国的30.39%，依次为西南地区占8.64%，华东地区5.7%，中南地区占3.06%，东北地区占2.97%。按省、市、自治区计算，山西、内蒙、陕西、新疆、贵州和宁夏6省区最多，这6省的保有储量约占全国的81.6%。从各大行政区内部看，煤炭资源分布也不平衡，如华东地区的煤炭资源储量的87%集中在安徽、山东，而工业主要在以上海为中心的长江三角洲地区；中南地区煤炭资源的72%集中在河南，而工业主要在武汉和珠江三角洲地区
16、；西南煤炭资源的67%集中在贵州，而工业主要在四川；东北地区相对好一些，但也有52%的煤炭资源集中在北部。2.1.3 煤的特质判别煤炭质量优劣的指标很多，其中最主要的指标为煤的灰分含量和硫分含量。一般陆相沉积，煤的灰分、硫分普遍较低；海陆相交替沉积，煤的灰分、硫分普遍较高。中国煤炭灰分普遍较高，秦岭以北地区，晋北、陕北、宁夏、两淮、东北等地区，侏罗纪煤田为陆相沉积，煤的灰分一般为10%20%，有的在10%以下，硫分一般小于1%，东北地区硫分普遍小于0.5%。中国北方普遍分布的石灰纪、秦岭以南地区、湖南的黔阳煤系、湖北的梁山煤系等属海陆交替沉积的煤，灰分一般达15%25%，硫分一般高达2%5%。
17、广西合山、四川上寺等地的晚二叠纪煤层属浅海相沉积煤，硫分可高达6%10%以上。据统计，中国灰分小于10%的特低灰煤仅占探明储量的17%左右。大部分煤炭的灰分为10%30%。硫分小于1%的特低硫煤占探明储量的43.5%以上，大于4%的高硫煤仅为2.28%。中国的炼焦用煤一般为中灰、中疏煤，低灰和低硫煤很少。炼焦用煤的灰分一般都在20%以上；硫分含量大于2%的炼焦用煤占20%以上。中国炼焦用煤的另一大特点是：硫分越高，煤的动结性往往越强，其可选性一般较差。中国褐煤多属老年褐煤。褐煤灰分一般为20%30%。东北地区褐煤硫分多在1%以下，广东、广西、云南褐煤硫分相对较高，有的甚至高达8%以上。褐煤全水
18、分一般可达20%50%，分析基水分为10%20%，低位发热量一般只有11.7116.73MJ/kg。中国烟煤的最大特点是低灰、低硫；原煤灰分大都低于15%，硫分小于1%。部分煤田，如神府、东胜煤田，原煤灰分仅为3%5%，被誉为天然精煤。烟煤的第二个特点是煤岩组分中丝质组含量高，一般在40%以上，因此中国烟煤大多为优质动力煤。中国贫煤的灰分和硫分都较高，其灰分大多为15%30%，流分在1.5%5%之间。贫煤经洗选后，可作为很好的动力煤和气化用煤。中国典型的无烟煤和老年无烟煤较少，大多为三号年轻无烟煤，其主要特点是，灰分和硫分均较高，大多为中灰、中硫、中等发热量、高灰熔点，主要用作动力用煤，部分可
19、作气化原料煤。虽然我国煤炭资源比较丰富，但炼焦煤资源相对较少，主焦煤资源不足，强粘结性煤稀缺，而且分布不均匀。我国主要炼焦煤类 占20.43%，包括气煤(占9.76%) ，肥煤 (占5.03%) ，焦煤(占2.94%) ，瘦煤(占2.70%) 。四种主要的炼焦煤中，作为重要炼焦煤的主焦煤、瘦煤和肥煤的一半储量集中在山西省，而拥有大型钢铁企业的华东、中南、东北地区，炼焦煤很少。在东北地区，钢铁工业在辽宁，炼焦煤大多在黑龙江；西南地区，钢铁工业在四川，而炼焦煤主要集中在贵州。2.2 配煤的必要性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
20、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。2.3 配煤方法为了使配合煤符合上述基本质量指标要求，从而保证焦炭质量，并有利于焦炉操作和合理利用炼焦煤资源，应采用如下经验方法进行配煤。2.3.1 正常情况下在配
21、合煤中，挥发分为2030%的强黏结性煤一般不能低于55%60%，这部分煤是生产优质焦的必要条件，是配合煤中的基础煤，其余40%45%的配入煤可以参照以下原则选定。 低挥发分配入煤以挥发分小于20%的低挥发分煤为主要的配入煤时，可得到典型的中、低挥发分配合煤。这种配合煤炼制的焦炭结构致密，强度高，反应性低。为了减小炼焦时的膨胀压力，可配入少量挥发分为30%以上黏结性中等的高挥发分煤，当炼制优质高炉焦和铸造焦时，常选用这类配合煤。 高挥发分配入煤以挥发分大于30%的高挥发分煤为主要配入煤时，应考虑其黏结性具体情况，以挥发分在30%37%之间，具有中等或较好黏结性，胶质体软固化温度区间宽的高挥发分煤
22、为主要配入煤可得到典型的中、高挥发分配合煤。这种配合煤炼制的焦炭冷态强度好，但反应性略高，内裂纹多，热稳定性较差。改善的办法是添加少量抗裂剂，如低挥发分煤、半焦或延迟焦粉。这种配合煤中如有一定比例的焦煤时也可生产出优质焦炭。在中国，挥发分大于37%的高挥发分煤可选性好，容易得到低灰低硫的精煤，若配合得当，是可以利用的。2.3.2 在某些特殊情况下在受煤的资源限制，某些煤种缺乏时，或对焦炭强度要求不高，或有特殊要求时，应采取以下配煤方法。 当焦煤不足时，应增加挥发分为26%30%的肥煤用量。这时，不宜再多用高挥发分煤，如有黏结性较好的低挥发分煤，则用肥煤与这种低挥发分煤为主的配合煤，也可得到强度
23、和理化性能较好的 。 有时为了降低配合煤的灰分和硫分，需配入低灰、低硫的弱黏煤，或因缺乏瘦煤资源，而不得不用贫瘦煤或贫煤代替时，必须增加黏结性好、并能与这些黏结性差的煤相容的肥煤，才能保证焦炭质量。 铸造焦要求块度大、气孔率低，在配煤中应配入一定量的瘦化剂(抗裂剂)，以减少裂纹生成。为了保证煤料的黏结性，必须有一定量的基础煤(焦煤和肥煤)，必要时，还需加入少量黏结剂，如沥青等。 气化焦、化工用焦，小高炉用焦等，对强度的要求不高，这时基础煤数量可以减少，可多配一些高挥发或黏结性较差的煤。有时可以利用挥发分为20%35%的煤单独炼焦。有的焦炭如电石用焦、铁合金焦等要求比电阻高，活性大，这时应多用高
24、挥发分煤，甚至全部采用中等黏结性的高挥发分煤。 当炼焦用煤的资源受到限制，致使配合煤的固有质量不够理想时，可在炼焦煤准备过程中采用某些预处理技术，以改善配合煤的性质或改善结焦条件，从而提高焦炭质量。常用的预处理技术有煤捣固工艺、配型煤工艺、煤干燥工艺，煤预热工艺和炼焦煤粒度、水分调整技术等。2.4 配煤意义我国地区广大，资源丰富，各地区煤质情况各不相同，灰、硫含量亦有差别，因此结合个地区的特点，采用不同煤种配合，不但扩大了资源的有效利用，并且可以调整焦炭中的灰，硫含量，以满足冶金工业对焦炭质量和数量的要求。解放以来，炼焦工业的生产时间证明：炼焦配煤对炼焦工业的发展有重大意义。 合理利用煤炭资源
25、，节约优质炼焦煤； 扩大炼焦煤资源； 提高焦炭质量； 有利于提高炼焦化产品产量目前世界各国高炉冶炼所用的燃料主要是用烟煤炼制的焦炭。但是炼焦用煤的品种很多，他们的性质差别很大，因此应当有一个炼焦，用煤的分类方法。我国目前还没有一个专为炼焦煤分类的方案“中国煤分类(以炼焦用煤为主)方案”见表2-1。表2-1 我国煤分类(以炼焦煤为主)方案大类别小类别分类指标名称符号名称符号V(%)Y(毫米)无烟煤A0-10贫 煤T10-200(粉状)瘦 煤C1号瘦煤C114-200(成块)-82号瘦煤C214-208-12焦 煤K痩焦煤K14-1812-25主焦煤K18-2612-25焦瘦煤K20-268-12
26、1号肥焦煤K126-309-142号肥焦煤K226-3014-25肥 煤1号肥煤126-3025-302号肥煤226-30301号焦肥煤K125-302号焦肥煤K230气肥煤3725气 煤1号肥气煤130-379-142号肥气煤230-3714-251号气煤1375-92号气煤2379-143号气煤33714-25弱粘煤CC1号弱粘结煤CC120-260(成块)-82号弱粘结煤CC226-370(成块)-9不粘煤HC20-370(粉状)长焰煤370-5褐 煤47此方案的制订，主要以东北地区和华北地区的煤样作为依据，以煤的可燃基挥发分产率(V)和胶质层的最大厚度(Y)为分类指标，把各种工业用途的
27、从褐煤到无烟煤之间的所有煤种，划分成10个大类，24个小类。从方案制订后十多年来，尤其是文化大革命以来，煤炭工业和焦化工业有了很大发展，新的煤田不断发现，焦化厂炼焦用煤的新基地不断增加，炼焦用煤的试验研究水平有了提高。随着生产的发展，冶金、化工等部门对用煤的质量要求也不断提高，因此，把生产斗争和科学试验中的新情况和新经验加以总结，对现行煤分类进行必要的修订，使它更加适应生产发展的需要，达到更加合理地利用国家资源的目的。在分类方案中的焦煤(K)虽然可以单独炼出强度高，耐磨好的冶金焦炭，但是在世界各国象焦煤这样的优质炼焦煤，其储量一般说是不算多的，并且分布也不平衡，化学成分也有优劣，单用焦煤炼焦远
28、远不能满足工业发展的需要。为了节约优质的炼焦煤，必须把部分粘结性好的优质炼焦煤和其它中等的或弱的粘结性煤配合一起炼焦，以扩大各种不同牌号的烟煤的利用。至于其它牌号的烟煤在通常炼焦炉内大多不易单独炼出机械强度较高的优质冶金焦炭，个别煤种即使能炼出机械强度较好的焦炭，但其膨胀压力较大，容易胀坏炉室；还有些炼焦煤因为含灰，硫等有害杂质过高，也不能满足高炉冶炼的要求。另一方面，大、中、小高炉，铸造及其它工业对焦炭质量也有不同的要求，都不是凭单种煤炼焦所能解决的。因此，必须把不同牌号的煤进行配合使用，才能取长补短，炼出各种质量合格的焦炭，以适应各种不同的需要。炼焦用煤(烟煤)品种较多，应用配煤技术，不仅
29、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。2.5 炼焦配煤的优点 节约优质炼焦煤，扩大炼焦煤源 。 充分利用各种煤的结焦特性取长补短，改善冶金焦炭质量。 合理利用煤炭资源，在保证焦炭质量的前提下，增加炼焦化学产品的产率和炼焦煤气的发生量。 充分利用本地资源，因地制宜发展焦化企业。2.6 配煤的原则配煤工作者应当从实际出发，从我国各地区资源特点和当前条件出发，大兴调查研究，摸清煤源和煤质，通过小型试验、半工业试验，必要时进行大炉试验，多作方案对比，以确定合理配煤方案。所定方案必须满足以下各项要求： 焦炭质量应达到规定的指标，满足使用部门的要求； 最大限度地符合区域配
30、煤的原则，根据本区域煤炭资源的近期平衡和考虑远景规划，充分利用本区域的粘结煤和弱粘结煤； 不会产生对炉墙有危险的膨胀压力和引起推焦困难； 在满足焦炭质量的前提下，有较高的化学产品产量和质量； 合理调整炼焦用煤的运输流向和尽量防止对流，并尽可能缩短平均运距。这些要求是互相联系的，要因时、因地、因条件而定，寻找切实可行的炼焦配煤方案。3 煤炭的各项技术指标配煤技术涉及煤的多项指标：配合煤灰分、硫分、挥发分和煤的成焦机理、结焦特性以及煤的岩相分析资料等。常用的评价炼焦煤的技术指标有：挥发分Vdaf、灰分Ad、全硫Std、镜质组平均最大反射率Rmax(目前金牛天铁没有岩相分析技术)、粘结指数G、胶质层
31、最大厚度Y等。3.1 水分煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。煤中水分过大是，不利于加工、运输等，燃烧时会影响热稳定性和热传导，炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。3.1.1 全水分(Mt)是煤中所有内在水分和外在水分的总和，也常用Mar表示。通常规定在8%以下。3.1.2 空气干燥基水分(Mad)指煤炭在空气干燥状态下所含的水分。也可以认为是内在水分，老的国家标准上有称之为分析基水分的。 3.2 灰分指煤在燃烧的后留下的残渣。不是煤中矿物质总和，而是这些矿物质在化学和分解后的残余物。灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。同时在精煤炼焦中，灰分高低决定焦炭的灰分。能常的灰分指标有
32、空气干燥基灰分(Aad)、干燥基灰分(Ad)等。也有用收到基灰分的(Aar)。3.3 煤的挥发分(全称为挥发份产率)V指煤中有机物和部分矿物质加热分解后的产物，不全是煤中固有成分，还有部分是热解产物，所以称挥发份产率。挥发份大小与煤的变质程度有关，煤炭变质量程度越高，挥发份产率就越低。在燃烧中，用来确定锅炉的型号；在炼焦中，用来确定配煤的比例；同时更是汽化和液化的重要指标。常使用的有空气干燥基挥发份(Vad)、干燥基挥发份(Vd)、干燥无灰基挥发份(Vdaf)和收到基挥发份(Var)。其中Vdaf是煤炭分类的重要指标之一。 挥发分是反应煤的变质程度的技术指标。挥发分越高则煤的变质程度越低。(测
33、定方法：称取一定量的空气干燥煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在90010下，隔绝空气加热7min。以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样的水分含量作为煤样的挥发分)3.4 固定碳不同于元素分析的碳，是根据水分、灰分和挥发份计算出来的。相关公式如下： 3.5 全硫St是煤中的有害元素，包括有机硫、无机硫。1%以下才可用于燃料。部分地区要求在0.6和0.8以下，现在常说的环保煤、绿色能源均指硫份较低的煤。常用指标有：空气干燥基全硫(St,ad)、干燥基全硫(St.d)及收到基全硫(St,ar)。3.6 发热量(Q)发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所产生的热量，主要分为高位发热量和低位发热量。煤的高位
34、发热量减去水的汽化热即是低位发热量。发热量的国标单位为百万焦耳/千克(MJ/KG)常用单位大卡/千克，换算关系为：如发热量：3.7 胶质层最大厚度(Y)烟煤在加热到一定温度后，所形成的胶质层最大厚度是烟煤胶质层指数测定中利用探针测出的胶质体上、下层面差的最大值。它是煤炭分类的重要标准之一。动力煤胶质层厚度大，容易结焦；冶炼精煤对胶质层厚度有明确要求。3.8 粘结指数(G)在规定条件下以烟煤在加热后粘结专用无烟煤的能力，它是煤炭分类的重要标准之一，是冶炼精煤的重要指标。粘结指数越高，结焦性越强。3.9 煤灰灰熔融性温度(灰熔点)在规定条件下得到的随加热温度而变化的煤灰熔融性变形温度(DT)、软化
35、温度(ST)、常用软化温度(ST)来表示。灰熔融性温度越高，煤灰不容易结渣。因锅炉设计不同，对灰熔融性温度要求也不一样。煤灰熔融性温度的高低，直接关系到煤作为燃料和汽化原料的性能，煤灰熔融性温度低，煤灰容易结渣，增加了排渣的难度，尤其是固态排渣的锅炉和移动床的汽化炉，煤灰熔融性温度要求较高。3.10 哈氏可磨指数(HGI)哈氏可磨指数是反应煤的可磨性的重要指标。煤的可磨性是指一定量的煤在消耗相同的能量下，磨碎成粉的难易程度。可磨指数越大，煤越容易磨碎成粉。在发电煤粉锅炉和高炉喷吹用煤中，可磨指数是质量评价的一个重要指标。3.11 焦渣特征(CRC)煤炭热分解以后剩余物质的形状。根据不同形状分为
36、8个序号，其序号即为焦渣特征代号。 粉状：全部是粉末，没有相互粘着的颗粒。 粘着：用手指轻碰即成粉末或基本上是粉末，其中较大的团块一碰既成粉末。 弱粘性：用手指轻压既成小块。 不熔融粘结：用手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面稍有银白色光泽。 不膨胀熔融粘结：焦渣形成扁平的块，颗粒的界限不易分清，焦渣上表面有明显的银白色金属光泽，下表面银白色光泽更明显。 微膨胀熔融粘结：用手指压不碎，焦渣的上下表面均有银白色金属光泽，但焦渣表面具有较小的膨胀泡。 膨胀熔融粘结：焦渣的上下表面均有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm。 强膨胀熔融粘结：焦渣的上下表面均有银白色金属光泽，焦渣高
37、度大于15mm。为了提高煤的综合利用价值，必须了解、研究煤的工艺性质，以满足各方面对煤质的要求。煤的工艺性质主要包括：粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。 4 配煤理论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。4.1 配煤原理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。 4.1.1 胶质层重叠原理 图4-1 不同煤化度炼焦煤的塑性温度区间要求配合煤中各单种煤的
38、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(如图4-1所示)，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。4.1.2 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
39、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。 4.1.3 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
40、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粘结煤共焦化能提高其结焦性；乌克兰的研究工作则是利用配煤同塑脂废料共焦化，由于芳香结构的有机物对配煤的结焦性具有良好的影响，所得焦炭强度得以提高，并获得贵重的化学产品。国内中国科学院山西煤炭化学研究所李保庆等利用10g固定床反应器研究废塑料与煤共焦化特性。试验结果表明，当废塑料添加量不超过5%时，煤气产率增加，焦油收率提高，焦油中脂肪烃和甲基化芳香化合物明显增加，而半焦性质基本不受影响。研究认为，废塑料与煤共焦化技术可行。
41、该所曾对几种沥青与重庆焦化渣用Corbett法进行了组成分析，研究表明，减压渣油和丙烷脱沥青饱和烃含量较高，沥青质很少，作为改质剂性能较差。热裂化渣油和乙烯焦油含有相当高的芳烃与沥青，QI少，因此作为改质剂性能较好。煤焦油沥青具有较高的芳香性能，因此溶剂性能较好，但QI含量高，对焦油过程中间相发展不利。 4.2 配煤理论的发展从单种煤炼焦到多种配合煤炼焦, 为焦化工业持续发展提供了有力的技术保障。现代焦炉几乎都采用多种煤配合炼焦, 有的配合煤多达10种以上。为了尽量节约日益稀缺的优质炼焦煤, 同时又使焦炭质量更加稳定, 配煤理论经历了以下三个阶段的发展变化。4.2.1 经验配煤经验配煤始于20
42、世纪20年代,它是以相应阶段的炼焦煤分类为基础的。由于煤的成因十分复杂,其性质千差万别,按这种分类方法划分的各种牌号的单种煤,只能是某些性质上大体类同的煤。因此以炼焦煤的分类为基础的配煤技术也就只能是定性的、经验性的。对于煤种多、配煤方案调整频繁、供煤质量不稳定的焦化企业,要比较准确地预测焦炭质量是十分困难的。目前我国为数不少的焦化厂仍停留在这种比较落后的配煤方法上。4.2.2 煤岩配煤随着煤质研究工作的不断深人, 科学配煤得到了迅速发展, 煤岩学在配煤中的地位与作用已愈来愈为焦化工作者所重视和公认。特别是世纪年代末年代初原苏联的阿莫索夫和美国的夏皮洛研究使用煤岩配煤方法后, 经过年的研究发展
43、, 到目前为止各国较好的配煤与预测焦炭质量的方法中, 绝大多数都应用了煤岩配煤的原理与参数。煤岩配煤技术在一些发达国家焦化生产中的应用已十分普遍。煤岩配煤的基本原理： 煤是可燃的有机固体沉积岩, 是不均一的物质, 每一种煤都是天然的配煤； 一种煤的活性成分的质也是不均一的,用煤的反射率及其分布图解可代表其质量； 惰性组分与活性组分一样, 也是配煤中的重要成分, 缺少或过剩都会导致焦炭质童下降； 煤岩配煤与现行煤分类无关； 成焦过程中, 煤粒间并不是互熔成均一的焦块, 而是通过煤粒间的界面反应、键合而连接起来的。4.2.3 现代配煤现代的配煤技术是一种广义的配煤方法, 也是基于煤岩学的原理发展起
44、来的, 其宗旨是任何煤种均可通过合理配合等现代技术用于炼焦, 这样将会极大地扩大炼焦用煤的范围, 为劣质煤的开发应用找到一条有效的途径。5 煤的工艺性质指标5.1 煤的粘结性和结焦性煤的粘结性是煤受热后对惰性物的粘结能力。煤中的活性组分受热分解，形成呈液态的非挥发性的可塑体，或称胶质体，使煤粘结成焦。所以煤的粘结性是炼焦煤的主要特性之一。在我国现行的煤炭分类中，只有气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、弱粘结煤和长焰煤具有这样的性质。其中除长焰煤因煤化度太低，而在炼焦配煤中极少采用外，其它几种都用作炼焦配煤。但是在这几种炼焦煤中，其粘结性好坏的差别也是很大的，这意识在炼焦配煤中必须注意的。例如，就煤的粘结性
45、而言，以肥煤的粘结性为最好，焦煤居中，气煤、瘦煤和弱粘结煤较差。在炼焦配煤中，一般都是将这些煤搭配使用。反映煤粘结性的指标很多，在我国现行煤分类中，是用胶质层的最大厚度作为粘结性的指标。它反映了层状炼焦过程中，煤产生胶质体的数量，用它来间接表示煤的粘结性。在配煤中，由于胶质层最大厚度y值具有可加性，所以直到当前为止，我国一般都用它作为控制炼焦配煤粘结性的指标。根据我国煤炭资源特点，以及长期的生产实践经验，对炼焦配煤一般控制在14-20毫米范围之内。除此而外，反映煤的粘结性的其它指标还有奥亚膨胀度、基氏最低最大流动度、葛金焦型、自由膨胀序数、罗加指数以及粘结指数等。对于这些方法，包括胶质层测定再
46、内，我们在第二章中已经作了较为详细的介绍，可以看出它们的规范性很强，均有其局限性。由于它们都从各个不同的角度直接或间接地反映了煤的粘结性，所以世界各国到目前为止都在使用并有所选择。近年来根据我国煤炭资源的特点，煤炭科学院煤化所等单位，为了找出更合适放映我国煤粘结性的方法和指标，几年来做了大量的研究工作，在罗加指数方法的基础上，建立了一个新的粘结指数的测定方法，并用此法再结合煤的挥发分指标，对中国煤的分类进行了新划分，准备作为中国煤炭非类的新指标。此事各有关单位正在协商之中。应该指出，在实际应用中，人们经常把煤的粘结性与煤的结焦性想混淆，这是不恰当的。它们是互相联系而又有区别的两个不同概念。结焦性是指煤在干馏时能否结成优质焦炭的性能。好的结焦性必须具备一定的粘结性，而好的粘结性却不一定具备好的结焦性。另外，我们在实际应用中，还经常提到的有像煤的塑性、
