炼焦用煤的预处理技术第一节 炼焦配煤第二节 扩大炼焦配煤的途径第三节 来煤的接受与贮存第四节 炼焦用煤的粉碎与配合第一节 炼焦配煤 一、单种煤的结焦特性 单种煤的结焦特性是配合煤结焦的基础，了解并掌握单种煤的结焦特性，是指导配煤比变化的主要依据。 （1）褐煤 褐煤是煤化程度最低的煤，变质程度只比泥炭高，在隔绝空气加热时不产生胶质体，也没有黏结性。在近代炼焦炉中，不能单独炼成焦炭，但在配煤中加入少量褐煤以增加配煤的挥发分，已取得一定的成果。如果采用特殊的工艺处理，褐煤也可以炼焦，在国外某些褐煤多而炼焦煤少的国家，有的就采用褐煤炼焦，但其工艺过程复杂。（2）长焰煤 长焰煤是烟煤中煤化程度最低的煤，变质程度比褐煤高。其含氧量高，高沸点的液态产物少，胶质层厚度小于5mm，因此结焦性能很差，在现代焦炉中不能炼出合格的焦炭。若采用压紧、薄装及快速加热等方法，可在土焦炉中炼制出细长条的焦炭。配煤中，加入少量长焰煤，可起瘦化作用。但长焰煤的配入量较高时，会使焦炭的耐磨强度降低，特别是配煤中肥煤不多，焦炭质量显著变坏，因此在配入长焰煤时要注意对焦炭质量的影响。长焰煤的脆性小，一般难以粉碎，若配入长焰煤时，最好将其单独粉碎，以免影响焦炭质量的均匀性。（3）气煤 气煤的煤化程度比长焰煤高，煤的分子结构中侧链多且长，含氧量高。在热解过程中，不仅侧链从缩合芳环上断裂，而且侧链本身又在氧键处断裂，所以生成了较多的胶质体，但黏度小，流动性大，其热稳定性差，容易分解。在生成半焦时，分解出大量的挥发性气体，能够固化的部分较少。当半焦转化成焦炭时，收缩性大，产生了很多裂纹，大部分为纵裂纹，所以焦炭细长易碎。 在配煤中，气煤含量多，将使焦炭块度降低，但配以适当的气煤，可以增加焦炭的收缩性，便于推焦，又保护了炉体，同时可以得到较多的化学产品。由于我国气煤贮存量大，为了合理利用炼焦煤资源，在炼焦时应尽量多配气煤。（4）肥煤 肥煤的煤化程度比气煤高，属于中等变质程度的煤。从分子结构看，肥煤所含的侧链较多，但含氧量少，隔绝空气加热时能产生大量的分子量较大的液态产物，因此，肥煤产生的胶质体数量最多，其最大胶质体厚度可达25mm以上，并具有良好的流动性能，且热稳定性能也好。肥煤胶质体生成温度为320，固化温度为460，处于胶质体状态的温度间隔为140。如果升温速度为3/min ，胶质体的存在时间可达50min，由此决定了肥煤黏结性最强，是我国炼焦煤的基础煤种之一。由于其挥发分高，半焦的热分解和热缩聚都比较剧烈，最终收缩量很大，所以生成焦炭的裂纹较多，又深又宽，且多以横裂纹出现，故易碎成小块。肥煤单独炼焦时，由于胶质体数量多，又有一定的黏性，膨胀性较大，导致推焦困难。 在配煤中，加入肥煤后，可起到提高黏结性的作用，所以肥煤是炼焦配煤中的重要组分，并为多配入黏结性差的煤创造了条件。 （5）焦煤 焦煤的变质程度比肥煤稍高，挥发分比肥煤低，分子结构中大分子侧链比肥煤少，含氧量较低。热分解时生成的液态产物比肥煤少，但热稳定性更高，胶质体数量多，黏性大，固化温度较高，半焦收缩量和收缩速度均较小，所以焦煤炼出的焦炭不仅耐磨强度高、焦块大、裂纹少，而且抗碎强度也好。就结焦性而言，焦煤是最好的能炼制出高质量焦炭的煤。 配煤时，焦煤的配入量可在较宽范围内波动，且能获得强度较高的焦炭。所以配入焦煤的目的是增加焦炭的强度。由于我国焦煤贮量有限，在配煤时，应尽量减少焦煤的用量，以节约焦煤。（6）瘦煤 瘦煤的煤化程度较高，是低挥发分的中等变质程度的黏结性煤，加热时生成的胶质体少，黏度大。单独炼焦时，能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，但焦炭的熔融性很差，焦炭耐磨性能也差。在配煤时配入瘦煤可以提高焦炭的块度，作为炼焦配煤效果较好。 （7）贫煤 贫煤是煤化程度最高的烟煤，属于高变质程度的煤。贫煤没有黏结性，在炼焦炉中不结焦，故不能单独炼焦。在配煤中加入少量贫煤可起瘦化剂的作用。因其硬度大，配入贫煤时最好将其单独粉碎以增加焦块的均匀性。 （8）无烟煤 无烟煤是煤化程度最高的煤。挥发分低，固定碳含量高，密度大，燃烧时不冒烟，加热时不产生胶质体，没有黏结性和结焦性。在没有瘦煤的地区可配入无烟煤。 二、配煤的意义和原则 早期炼焦只用单种煤，随着炼焦工业的发展，炼焦煤贮量明显不足。随着高炉的大型化，对冶金焦质量提出了更高的要求，单种煤炼焦的矛盾也日益突出，如膨胀压力大，焦饼收缩量小，容易损坏炉墙，并造成推焦困难等。针对此种现象，结合我国煤源丰富，煤种齐全，但炼焦煤贮量较少的现状，走配煤之路势在必行。所以单种煤炼焦已不可能，必须采用多种煤配合炼焦。配煤炼焦就是将两种或两种以上的单种煤，均匀地按适当的比例配合，使各种煤之间取长补短，生产出优质焦炭，并能合理利用煤炭资源，增加炼焦化学产品。 不同的煤种其黏结性不同，从结焦性来说主焦煤最好，但我国焦煤贮量少，不能满足焦化工业的需要，同时贮量丰富的其它煤种又不能得到充分利用。因此我国从50年代就开始了炼焦配煤的研究和生产实践，建立了以气、肥煤为基础煤种，适当的配入焦煤，使黏结成分、瘦化成分比例适当，并尽量多配高挥发分弱黏结煤的配煤原则。为了保证焦炭质量，又利于生产操作，配煤应遵循以下原则： （1）保证焦炭质量符合要求； （2）焦炉生产中，注意不要产生过大的膨胀压力，在结焦末期要有足够的收缩度，避免推焦困难和损坏炉体； （3）充分利用本地区的煤炭资源，做到运输合理，尽量缩短煤源平均距离，降低生产成本； （4）在尽可能的情况下，适当多配一些高挥发分的煤，以增加化学产品的产率； （5）在保证焦炭质量的前提下，应多配气煤等弱黏结性煤，尽量少用优质焦煤，努力做到合理利用我国的煤炭资源。我国大多数地区煤炭有以下几个特点： （1）肥煤、肥气煤黏结性好，有一定的贮量，但灰分和硫分较高，大部分煤不易洗选； （2）焦煤黏结性好，在配煤中可以提高焦炭强度，但贮量不多，且大部分焦煤灰分高、难洗选； （3）弱黏结性煤贮量较多，灰分、硫分较低，且易洗选。 因此在确定配煤比时，应以肥煤和肥气煤为主，适当配入焦煤，尽量多利用弱黏结性煤。按此原则确定的配煤方案，结合我国煤炭资源的实际，打破了过去沿袭前苏联以焦、肥煤为主，少量配入气、瘦煤的配煤传统，为合理利用资源和不断扩大炼焦煤源开辟了新的途径。各焦化厂在确定配煤比时，应以配煤原则为依据，结合本地区的实际情况，尽量做到就近取煤，防止南煤北运及对流，避免重复运输，尽可能缩短运输距离，降低炼焦成本。此外应考虑焦炉炉体的具体情况，回收车间的生产能力，备煤车间的设备情况等，如炉体损坏严重时，配煤的膨胀压力应小些，回收车间生产能力大时，可多配入高挥发分的煤。 总之，制定配煤比应遵循上述原则，因地制宜，根据单种煤的特性，通过配煤试验，拟定初步配煤方案，然后进行试生产。若更换煤种，更改配煤比或遇炉体严重损坏时，都可通过配煤试验进行调整，以其试验结果指导生产，炼出符合质量要求的焦炭。三、配煤理论与焦炭质量预测 由于煤的多样性和结构的复杂性，要提出一个普遍适用的配煤理论和焦炭质量预测的方法比较困难。又由于各种配煤理论都有一定的局限性，都是在一定区域内或煤源条件下得到采用，所以确定的配煤方案，也需经过配煤试验来验证其合理性。目前常用的配煤理论及焦炭质量预测方法有以下几种： 1黏结组分和纤维质组分的配煤概念 这一配煤概念的出发点是根据煤岩学理论，将煤分为黏结组分（活性组分）和纤维质组分（惰性组分）两大类。评价炼焦配煤的指标，一是用黏结组分的数量表示黏结能力的大小；二是用纤维质组分的强度决定焦炭的强度。 具体方法是：将煤用吡啶抽提，提出物为黏结组分，残留物为纤维质组分，将纤维质组分与一定量的沥青混合成型后干馏，用干馏后所得固块的最高耐压强度表示纤维质组分的强度。当配合煤达不到相应要求时，可添加黏结剂或瘦化剂进行调整。它们的关系由图3-1表示。 四、配合煤的质量指标及其计算方法 配煤质量指标主要是指配合煤的水分、灰分、挥发分、硫分、胶质层厚度、膨胀压力、黏结性及细度等。不同的焦炭使用部门对其质量要求不同，则配合煤指标也有所不同。1.水分 配合煤水分是否稳定，主要取决于单种煤的水分。水分过小，会恶化焦炉装煤操作环境；水分过大，会使装煤操作困难。通常水分每增加1%，结焦时间约延长20分钟。另外装炉煤水分对堆密度也有影响，如图3-12为二者的关系。由图可见，煤料水分低于67%时，随水分降低堆密度增高。水分大于7%，堆密度也增高，这是由于水分的润滑作用，促进煤粒相对位移所致。但水分增高，会使结焦时间延长，炼焦耗热量增高，所以装炉煤水分不宜过高。而且过高不仅影响焦炭产量，也影响炼焦速度，同时影响焦炉寿命。所以要力求使配煤的水分稳定，以利于焦炉加热制度稳定。操作时，来煤应尽量避免直接进配煤槽，应在煤场堆放一定时期，通过沥水稳定水分，也可通过干燥，稳定装炉煤的水分。一般情况下，配合煤水分稳定在8%12%较为合适。 图3-12 煤料堆密度与水分关系2.灰分 成焦过程中，煤料中的灰分几乎全部转入焦炭中。一般配煤的成焦率为7080%，焦炭的灰分即为配煤灰分的1.31.4倍。灰分是惰性物质，灰分高则黏结性降低。灰分的颗粒较大，硬度比煤大，它与焦炭物质之间有明显的分界面，而且膨胀系数不同，当半焦收缩时，灰分颗粒成为裂纹中心，灰分颗粒越大则裂纹越宽、越深、越长，所以配合煤的灰分高，则焦炭强度降低。配合煤灰分可直接测定，也可以将各单种煤灰分用加和性原则进行计算，如下式：式中 Ad 配合煤的干基灰分，%； Adi 各单种煤的干基灰分，%； Xi各单种煤的干煤配比量，%。我国规定：一级冶金焦的灰分不大于12%，按成焦率75%计算，配合煤灰分应不大于12%75%=9%，若焦炭灰分小于13%，全焦率按78%计算，则 配合煤灰分约为：13%78%=10.14% 例3-2 某焦化厂配煤情况如表3-2。则配合煤灰分为： 降低配合煤的灰分有利于降低焦炭的灰分，可使高炉、化铁炉等降低焦耗，提高产量；但是降低灰分会使洗精煤产率降低，提高了洗精煤成本。因此应从经济效益、资源利用等方面进行综合考虑。我国的煤炭资源中，多数的焦煤和肥煤含灰分高，属于难洗煤，而高挥发分弱黏结性气煤则贮量较多，且低灰、易洗，所以可将灰分较高的焦煤、肥煤和灰分较低的气煤相配合。3.硫分 配合煤硫分可直接测出，也可将各单种煤的硫分按加和性计算。式中 St，d 配合煤的干基全硫，%； St，di 各单种煤的干基全硫，%； Xi各单种煤的干煤配比量，%。 硫在煤中是一种有害物质，在配煤炼焦中，可通过控制配煤比以调节配合煤的硫分含量，使硫分控制在1.1左右。而且在确定配煤比时，必须同时兼顾对焦炭灰分、硫分、强度的要求。降低配合煤硫分的根本途径是降低洗精煤的硫分，或配用低硫洗精煤。炼焦时配合煤料适宜的煤化度指标是： =1.2%1.3%，相当于Vdaf=26%28%。此时焦炭的气孔率和比表面积最小，焦炭的强度最好。若煤化度过低，焦炭的平均粒度小，抗碎强度低，而且焦炭的气孔率高，各向异性程度低，对焦炭质量不利。若煤化程度过高，尽管各向异性程度高，但煤料的黏结性变差，熔融性变差，耐磨强度降低，可能导致推焦困难。确定配合煤的煤化程度指标值应根据我国煤炭资源的特点