配煤煉焦技術(shù)【摘要】系統(tǒng)介紹了近幾十年來配煤煉焦技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用情況，也介紹了焦炭質(zhì)量預(yù)測的幾種方法，重點介紹了專家配煤系統(tǒng)，并探討了當前配煤的研究方向?！娟P(guān)鍵詞】配煤煉焦灰分硫分原理質(zhì)量預(yù)測建議應(yīng)用配煤是煉焦煤準備的工序之一。煉焦或碳化前煤料的一個重要準備過程。即為了生產(chǎn)符合質(zhì)量要求的焦炭，把不同煤牌號的煉焦用煤按適當?shù)谋壤浜掀饋?。從前，煉焦只用單種焦煤，由于煉焦工業(yè)的發(fā)展，焦煤的儲量開始感到不足。而且還存在著煤煉的焦餅收縮小，推焦困難；焦煤膨脹壓力很大，容易脹壞爐體；焦煤揮發(fā)分少，煉焦化學產(chǎn)品產(chǎn)率小等缺點。為了克服這些缺點，采用了多種煤的配煤煉焦。配煤煉焦擴大了煉焦煤資源，把不能單獨煉成合格冶金焦的煤，經(jīng)過幾種煤配合可煉出優(yōu)質(zhì)焦炭，還可以降低煤料的膨脹壓力，增加收縮，利于推焦，并可提高化學產(chǎn)品產(chǎn)率。配煤煉焦可以少用好焦煤，多用結(jié)焦性差的煤，使國家資源不但利用合理，而且還能獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。煉焦用煤品種較多，應(yīng)用配煤技術(shù)，不僅能保證焦炭質(zhì)量，還能合理地利用煤炭資源，節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤，擴大煉焦煤資源。配煤技術(shù)涉及煤的多項工藝性質(zhì)、結(jié)焦特性和灰分、硫分、揮發(fā)分的配合性質(zhì)和煤的成焦機理等。長期以來，配煤試驗一直是選定配煤方案、驗證焦炭質(zhì)量的不可缺少的配煤技術(shù)程序。配煤方法有配煤槽配煤和露天配煤廠配煤兩種。當前世界各國煉焦煤資源稀缺，高爐的大型化對焦炭質(zhì)量及其穩(wěn)定性的要求越來越高，而煉焦煤資源中強粘結(jié)性煤卻越來越少，這一矛盾在我國尤為突出?？紤]到經(jīng)濟效益及現(xiàn)實情況，國內(nèi)外各焦化廠都在致力于配煤方案的研究。雖然方案千變?nèi)f化，而配煤的原理卻不外乎膠質(zhì)層重疊原理、互換性原理、共炭化原理這三種。一、配煤理論簡介：1膠質(zhì)層重疊原理要求配合煤中各單種煤的膠質(zhì)體的軟化區(qū)間和溫度間隔能較好地搭接，這樣可使配合煤在煉焦過程中，能在較大的溫度范圍內(nèi)處于塑性狀態(tài)，

從而改善粘結(jié)過程，并保證焦炭的結(jié)構(gòu)均勻。其中典型的方法是“J法”配煤技術(shù)。“J法”配煤技術(shù)是一種快速、準確、簡單、經(jīng)濟、隨機確定各種最佳（實用）配煤方案的新技術(shù)，以“煤的粘結(jié)能力測定法”為基礎(chǔ)，以煤與焦相互統(tǒng)一變化規(guī)律為依據(jù)，準確預(yù)測焦炭強度，按Jb-Vdaf“米”字形配煤圖及其原則進行操作，評估煤質(zhì)，確定“主導煤”，辨明“添加劑煤''和“填充劑煤”，用簡易“優(yōu)選法''確定配煤比，定出配煤方案。2互換性配煤原理焦炭質(zhì)量取決于煉焦煤中的活性組分、惰性組分含量及煉焦操作條件。單種煤的變質(zhì)程度決定其活性組分的質(zhì)量，鏡質(zhì)組平均組最大反射率是反映單種煤的變質(zhì)程度的最佳指標。目前應(yīng)用煤巖學指導配煤，很多焦化廠都有自己的配煤方案，但一般都是鏡質(zhì)組平均隨機反射率、反射率直方圖及鏡惰比三個參數(shù)作為煤巖學配煤參數(shù)。根據(jù)互換性配煤原理，當配煤有較強粘結(jié)性時，加入一定量焦粉或無煙煤有利于焦炭質(zhì)量提高，回配3%~5%勺焦粉代替瘦煤煉焦，技術(shù)上是可行的，但在同樣煤質(zhì)情況下不添加粘結(jié)劑，要保證焦炭質(zhì)量，焦粉的細度至關(guān)重要。3共炭化原理煤中加入非煤粘結(jié)劑進行炭化，稱為共炭化。共炭化研究為采用低變質(zhì)程度弱粘結(jié)煤煉焦時選用合適的粘結(jié)劑提供了理論依據(jù)，也為加入有機渣油、塑料類、橡膠類、瀝青等與煤共炭化提供了可能性，并且為解決當前世界的環(huán)境污染問題做出了很大的貢獻。國外Collin在400C下將廢塑料與煤焦油瀝青共熱解，收集熱解油和氣體產(chǎn)物，反應(yīng)所得的殘余物與弱粘結(jié)煤共焦化能提高其結(jié)焦性；烏克蘭的研究工作則是利用配煤同塑脂廢料共焦化，由于芳香結(jié)構(gòu)的有機物對配煤的結(jié)焦性具有良好的影響，所得焦炭強度得以提高，并獲得貴重的化學產(chǎn)品。國內(nèi)中國科學院山西煤炭化學研究所李保慶等利用10g固定床反應(yīng)器研究廢塑料與煤共焦化特性。試驗結(jié)果表明，當廢塑料添加量不超過5%寸，煤氣產(chǎn)率增加，焦油收率提高，焦油中脂肪烴和甲基化芳香化合物明顯增加，而半焦性質(zhì)基本不受影響。研究認為，廢塑料與煤共焦化技術(shù)可行。該所曾對幾種瀝青與重慶焦化渣用Corbett法進行了組

成分析，研究表明，減壓渣油和丙烷脫瀝青飽和烴含量較高，瀝青質(zhì)很少，作為改質(zhì)劑性能較差。熱裂化渣油和乙烯焦油含有相當高的芳烴與瀝青，QI少，因此作為改質(zhì)劑性能較好。煤焦油瀝青具有較高的芳香性能，因此溶劑性能較好，但QI含量高，對焦油過程中間相發(fā)展不利。二、焦炭質(zhì)量預(yù)測1焦炭灰分、硫分預(yù)測在生產(chǎn)狀況穩(wěn)定的條件下，焦炭的灰分、硫分與配合煤的灰分、硫分存在較好的線性關(guān)系。一般預(yù)測模型為：Y=aX+b應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計中最小二乘法確定方程中的回歸系數(shù)a，b，并以此控制配合煤的灰分、硫分，以及調(diào)整單種煤使用的比例和為選擇煤源提供參考。2焦炭冷態(tài)強度預(yù)測焦炭冷態(tài)強度（指M40M1Q）預(yù)測所采用的指標一般為煤化度指標和粘結(jié)性指標。預(yù)測方法基本可以分為三類：第一類以煤的工藝指標為參數(shù)，如Vdaf與C.l.、MFG、y的組合，一般常用Vdaf與G的組合，因為這兩個因素對焦炭質(zhì)量起決定性作用。一般Vdaf為28%~32%G為88%~72My為14~18mm配煤的揮發(fā)分升高，焦炭裂紋增多，強度下降，特別是M40,配煤揮發(fā)分每變化土1%M40變化土2.0%,M10變化土0.2%；第二類是以煤巖指標為參數(shù)進行預(yù)測；第三類在考慮配合煤指標的同時，也考慮煉焦煤準備和煉焦工藝條件。3熱態(tài)性質(zhì)預(yù)測法焦炭的熱態(tài)性質(zhì)通常采用焦炭的反應(yīng)性指數(shù)（CRI）和反應(yīng)后強度（CSR來表示。預(yù)測方法有三種：（1）焦炭冷態(tài)指標預(yù)測法：這類方法主要基于焦炭冷態(tài)性質(zhì)指標，如焦炭強度（M40M1C）、氣孔率與氣孔分布、光學組織等來預(yù)測。（2）配合煤指標預(yù)測法：該方法依據(jù)配合煤反射率、粘結(jié)性、惰性物含量以及配合煤其他性質(zhì)，如灰分、揮發(fā)分、灰組成等進行預(yù)測。多數(shù)預(yù)測模型僅限于生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)或?qū)嶒灁?shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，適用范圍也局限于各自煉焦煤

種（3）單種煤性質(zhì)預(yù)測法：馮安祖等從單種煤性質(zhì)入手，研究了不同單種煤的煤化度指標（揮發(fā)分、鏡質(zhì)組最大反射率）、粘結(jié)性指標、灰組成與其焦炭熱性質(zhì)的關(guān)系。認為煤的揮發(fā)分與焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強度有非常密切的關(guān)系。揮發(fā)分位于22%~26%以及Rmax為1.1~1.2左右，單種焦的熱性質(zhì)最佳。單種煤的粘結(jié)指數(shù)（G）、膠質(zhì)層厚度（y）、全膨脹（a+b）、基氏流動度（IgMF）與焦炭熱反應(yīng)性和反應(yīng)后強度之間存在基本一致的規(guī)律性。三、為了保證焦炭質(zhì)量，又利于生產(chǎn)操作，在確定配煤方案時，應(yīng)考慮以下幾項原則：1、配合煤的性質(zhì)與本廠的煤料預(yù)處理工藝以及煉焦條件相適應(yīng)，保證焦炭質(zhì)量達到規(guī)定的技術(shù)質(zhì)量指標，滿足用戶的要求。（P；M.X3E3x7s2、符合區(qū)域配煤的原則，有利于擴大煉焦煤資源，充分利用弱粘結(jié)煤。：B）I63、有利于增產(chǎn)焦爐煤氣及化學產(chǎn)品，控制煤料受熱所產(chǎn)生的膨脹壓力，避免難推焦。4、縮短來煤的平均距離，便于車輛調(diào)配，避免“逆流”現(xiàn)象。5、來煤數(shù)量均衡，質(zhì)量均勻。&降低生產(chǎn)成本，有經(jīng)濟效益。要確定煉焦配煤的配煤比，除了符合以上各點基本原則之外，首先要做配煤試驗。在試驗前，要將各單種煤的工業(yè)分析和膠質(zhì)層厚度、G值等有關(guān)指標測定完，再按一定配合比例對配煤中的水分、灰分、硫分、揮發(fā)分、y值、G值等進行加和計算，當發(fā)現(xiàn)有的指標有問題時，重新調(diào)整配合煤的配煤比。使配煤比滿足配煤工藝指標的要求。按比例配合好的煉焦煤進行小焦爐（或鐵箱）試驗。煉出的焦炭符合技術(shù)質(zhì)量指標要求，即把這個配煤比定為焦爐生產(chǎn)的配煤比。在焦化廠生產(chǎn)中，需要變更配煤比時，一般是根據(jù)實踐經(jīng)驗適當增減某幾種煤，或者按煤場貯存某種煤數(shù)量的情）兄調(diào)整配煤比。四、煉焦煤的配合工作在焦化廠的備煤車間進行，工藝流程有以下幾種：1、先配后粉流程。將參與煉焦單種煤，按配煤比先配合好然后再進行粉碎。1@.G6這種工藝流程簡單、設(shè)備少、操作方便，使用于煤料粘結(jié)較好、煤質(zhì)較均勻的情況。這種流程不能按不同煤種控制不同的粉碎粒度，當煤質(zhì)條件差、巖相不

均勻時不宜采用。我國大部分焦化廠采用這種流程。-T-F%V1m;］（F9p2、先粉后配流程（分組粉碎）。對于參與煉焦的單種煤，按性質(zhì)不同進行不同細度的粉碎，然后按配煤比混合均勻。這種工藝流程長、工藝復(fù)雜，需多臺粉碎機，配煤以后要有混合裝置，所以投資大、操作復(fù)雜。該流程是按各單種煤的性質(zhì)分別控制不同的粉碎粒度，保證煤料最佳粒度范圍，有助于提高焦炭質(zhì)量。為了簡化這種流程，可采取只對一部分單種煤進行單獨粉碎，然后再與其他煤配合、粉碎的方法。一般進行預(yù)粉碎的煤種粉碎性能差。氣煤和瘦煤硬度較大，一般只對氣煤進行預(yù)粉碎。這樣可以改善煤料的粒度分布，對于不同的配煤選擇適宜的預(yù)粉碎細度有助于提高焦炭質(zhì)量。有試驗表明：對氣煤預(yù)粉碎煉焦后，焦炭抗碎強度指標M40提高2%八上，耐磨性指標M10降低0.5%以上。，B5a,A4A2d9y#m3、選擇粉碎流程。按參與配煤煉焦的各煤種和巖相組成的硬度的不同，以及要求的粉碎的粒度不同，將粉碎與篩分相結(jié)合。煤料經(jīng)過篩分裝置，大顆粒的上物進入粉碎機再粉碎。這樣既消除了大顆粒，也防止了粘結(jié)性好的煤種的過細粉碎，從而改善了結(jié)焦過程。8G4X8c;J$k$w:Q五、人工智能和專家系統(tǒng)的應(yīng)用如寶鋼配煤專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)由煤資源信息系統(tǒng)、單種煤信息系統(tǒng)、配合煤信息系統(tǒng)、焦炭質(zhì)量預(yù)測系統(tǒng)及生產(chǎn)控制系統(tǒng)構(gòu)成。包括了單種煤到配合煤、由配合煤到焦炭的正向推理過程和對應(yīng)的反向推理過程，每一個過程都包含確定性的關(guān)系和領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗。該研究的專家配煤系統(tǒng)主要由優(yōu)化控制子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)和故障診斷子系統(tǒng)組成。優(yōu)化控制子系統(tǒng)主要完成焦炭質(zhì)量預(yù)測、配煤比計算和專家自學習三大功能。因為混合煤的煤質(zhì)特性與各組成單煤之間不是簡單的線性關(guān)系，而是復(fù)雜的非線性關(guān)系，所以采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立焦炭質(zhì)量模型。計算配煤比需要應(yīng)用規(guī)則模型。自學習是根據(jù)檢測到的實際值與計算出來的各種中間結(jié)果，自動地修改數(shù)學模型或形成新的規(guī)則模型。信息管理子系統(tǒng)包括單種煤的性質(zhì)參數(shù)、配合煤及焦炭的質(zhì)量目標、配煤工藝的設(shè)計參數(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)、數(shù)學模型的計算參數(shù)等；故障診斷子系統(tǒng)組成由鎖控制、實時監(jiān)控、故障

診斷與報警處理、參數(shù)調(diào)節(jié)、遠程監(jiān)控五模塊構(gòu)成。目標是使該系統(tǒng)可任意查詢、提取、組合、比較、打印各種指標，并可繪制趨勢圖，文件能區(qū)分各種權(quán)限進行相互交流和傳遞，具備在線查詢及留有其他接口，供其他部門連接。配煤工具軟件的使用：傳統(tǒng)的配煤計算主要是人工進行，隨著計算機技術(shù)、軟件技術(shù)的發(fā)展，人們把固定的配煤計算方法寫入軟件，運用計算機技術(shù)輕松快捷實現(xiàn)配煤計算分析。主要目的是：1減輕人工計算的繁雜程度；2、全配煤方案提供參考，以便優(yōu)化配煤方案，拓展人工配煤思路，從而有效降低成本。主流軟件有《勝龍配煤量化分析系統(tǒng)》《勝龍配煤通》系統(tǒng)軟件六、發(fā)展配煤煉焦技術(shù)的建議（1）發(fā)展配煤煉焦技術(shù)歷來是我國合理利用煉焦煤資源和提高焦炭質(zhì)量的主要措施。但是配煤技術(shù)在研究開發(fā)上沒有新的突破，特別是在生產(chǎn)上沒有大的進步，這是我國當前焦炭質(zhì)量低的主要癥結(jié)之一。發(fā)展配煤技術(shù)涉及多方面技術(shù)和需要一定的條件。當前我國各焦化廠和科研、設(shè)計院所，都不具備獨立研究開發(fā)配煤技術(shù)的能力，因此必須統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調(diào)，聯(lián)合科研、設(shè)計、生產(chǎn)多方面的力量，集中一批優(yōu)秀科技人員，并得到足夠的資助，經(jīng)過數(shù)年努力攻關(guān)才有希望取得成功。（2）提高焦炭質(zhì)量的另一個主要措施是采用煤預(yù)處理技術(shù)。我國除寶鋼等個別企業(yè)采用配型煤工藝外，絕大多數(shù)焦化廠沒有采用煤預(yù)處理工藝，這也是我國焦炭強度普遍較低的主要原因之一。各種煤預(yù)處理工藝適于不同的煉焦煤和要求不同的條件，因此采用該工藝時要根據(jù)本廠煉焦煤特點和條件，通過試驗選擇適當?shù)拿侯A(yù)處理工藝。大量試驗結(jié)果表明