第二章室式煉焦過程與配煤工藝

1、第二章 室式煉焦過程與配煤工藝 第一節(jié) 煤在焦?fàn)t炭化室內(nèi)的結(jié)焦過程一、炭化室內(nèi)爐料的動態(tài)變化 焦?fàn)t的炭化室是一個帶錐度的窄長空間，煤料受兩側(cè)爐墻傳遞的熱量加熱，下面我們分析煉焦過程及其特點，并由此分析炭化室內(nèi)各部位焦炭質(zhì)量與特征。1、成層結(jié)焦與溫度變化在煤化學(xué)中我們知道，粘結(jié)性煤加熱過程中，經(jīng)歷了干燥、熱分解、形成塑性體、轉(zhuǎn)化為半焦和焦炭的過程。過程所需要的熱量，由兩側(cè)爐墻提供。繪出圖（表明兩側(cè)加熱），因煤和塑性層導(dǎo)熱系數(shù)低，因此在整個成焦過程的大部分時間內(nèi)，炭化室內(nèi)與爐墻垂直方向上爐料的溫度梯度較大(圖2-1左)。這樣在結(jié)焦過程的大部分時間內(nèi)，離炭化室墻面不同距離的各層爐料因所受到的溫度不同

2、而處于熱解過程的不同階段，整個炭化室內(nèi)爐料的狀態(tài)隨時間而變化(圖2-1右)?？拷鼱t墻附近的煤先結(jié)成焦炭，而后焦炭層逐漸向炭化室中心推移，這就是常指的“成層結(jié)焦”。炭化室中心面上的爐料溫度始終最低，因此以結(jié)焦末期炭化室中心面的溫度(焦餅中心溫度)作為焦餅成熟度的標(biāo)志，稱為煉焦最終溫度。如圖2-2所示，由于各層爐料距爐墻的距離不同，傳熱條件也就各不相同，最靠近爐墻的煤料升溫速度最快，約5min以上，而位于炭化室中心部位的爐料升溫速度最慢，約2 min以下，這種溫度變化的差別必然導(dǎo)致焦炭質(zhì)量的差異。常規(guī)煉焦采用濕煤裝爐，結(jié)焦過程中濕煤層被夾在兩個塑性層之間，這樣濕煤層內(nèi)的水汽不易透過塑性層向兩層外流

3、出，致使大部水汽竄入內(nèi)層濕煤中，并因內(nèi)層溫度低而冷凝下來，這樣內(nèi)層濕煤水分增加，加之煤的導(dǎo)熱系數(shù)小，使得炭化室內(nèi)中心煤料升溫速度緩慢，長時間停留在水的蒸發(fā)溫度以下，煤料水分愈多，結(jié)焦時間就愈長，煉焦的耗熱量也就愈大。 2、炭化室內(nèi)膨脹壓力焦?fàn)t炭化室內(nèi)產(chǎn)生膨脹壓力的原因是成層結(jié)焦的結(jié)果，兩個大體上平行于兩側(cè)爐墻面的塑性層從兩側(cè)向炭化室中心移動，炭化室底面溫度和頂部溫度也很高，在炭化室內(nèi)煤料的上層和下層同樣也形成塑性層，圍繞中心煤料形成的塑性層如同一個膜袋（見圖2-3），膜袋內(nèi)的煤熱解產(chǎn)生氣體由于塑性層的不透氣性使得膜袋產(chǎn)生膨脹的趨勢，塑性層又通過外側(cè)的半焦層和焦炭層將壓力施加于炭化室的爐墻，這種

4、壓力稱之為膨脹壓力。膨脹壓力的大小在結(jié)焦過程中隨時間而變化，當(dāng)兩個塑性層面在炭化室中心處會合時，由于外側(cè)焦炭和半焦層傳熱好、需熱少，致使塑性層內(nèi)的溫度升高加快，氣態(tài)產(chǎn)物迅速增加使得此時的膨脹壓力值最大，通常的膨脹壓力是指其最大值。 對于常規(guī)煉焦的焦?fàn)t來講，受炭化室爐墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的制約，應(yīng)控制膨脹壓力的大小，這必須通過：選擇煤料進(jìn)行控制，這是煉焦備煤(配煤)的一項重要任務(wù)。由于煉焦?fàn)t相鄰兩個炭化室總是處于不同的結(jié)焦階段，所以相鄰兩個炭化室爐料施加于爐墻的壓力的差值是爐墻所受的側(cè)向負(fù)荷。煉焦生產(chǎn)中，在制定推焦串序時，對膨脹壓力要進(jìn)行合理的考慮。3、炭化室內(nèi)層溫度變化與焦炭的質(zhì)量關(guān)系炭化室內(nèi)位置與質(zhì)量

5、的關(guān)系有關(guān)焦炭性質(zhì)指標(biāo)的變化參見圖2-4。靠近炭化室墻面的焦炭，由于煤料的升溫速度快，煤熱分解產(chǎn)生的塑性體的流動性能好，塑性溫度間隔寬，塑性體內(nèi)煤熱解產(chǎn)物之間相互作用改善，因而焦炭熔融良好，結(jié)構(gòu)致密，質(zhì)量優(yōu)于內(nèi)側(cè)的焦炭。但從炭化室墻面到炭化室中心面處，溫度梯度逐漸減小，因而靠墻面處的焦炭粒度相對小于中心處的焦炭粒度，這樣就產(chǎn)生了相同的煤料在相同的煉焦條件下結(jié)焦，其焦炭質(zhì)量由于上述原因，不同的塊度具有不同的質(zhì)量。炭化室內(nèi)，接近爐墻的煤層在形成塑性層之后，面向爐墻的焦面扭曲“鼓泡”，外形如同菜花，稱為“焦花”。而在炭化室中心處，由于膨脹壓力最終將兩側(cè)的焦餅推向兩側(cè)，從而沿炭化室中心面形成焦餅中心裂

6、縫，在炭化室推焦前打開爐門時，可以清楚地看到焦餅中心裂縫。煤的性質(zhì)與焦炭質(zhì)量焦炭的塊度取決于焦炭的裂紋性質(zhì)，而焦炭中產(chǎn)生裂紋主要受半焦收縮特別是半焦收縮階段內(nèi)第一次收縮峰區(qū)間內(nèi)半焦的收縮系數(shù)的影響。如圖2-5所示，揮發(fā)分高的煤料收縮系數(shù)大，此外從煤化學(xué)知它的塑性溫度間隔窄，因而固化時半焦層較薄，半焦氣孔率大，半焦層的強(qiáng)度低，這樣，當(dāng)半焦產(chǎn)生收縮差時，本層內(nèi)拉應(yīng)力超過半焦層的許可應(yīng)力，則半焦層開裂，這種裂紋垂直于墻面，故氣煤焦炭多呈細(xì)條狀。對于肥煤等強(qiáng)粘結(jié)性煤，由于塑性溫度間隔寬，半焦層厚且強(qiáng)度高，本層層內(nèi)拉應(yīng)力的破壞作用居次要地位，此時，相鄰層之間因溫度梯度差存在，產(chǎn)生的收縮導(dǎo)致層間發(fā)生開裂。

7、這種焦餅中以平行于炭化室墻面的橫裂紋居多。但是相比之下，強(qiáng)粘結(jié)煤的焦炭塊度要大于氣煤焦塊度。二、煉焦過程中化學(xué)產(chǎn)品的生成煤高溫干餾得到的煉焦化學(xué)產(chǎn)品的組成與煤的性質(zhì)和煉焦條件有關(guān)，煤熱解生成的一次化學(xué)品還要受到焦?fàn)t內(nèi)煉焦條件的影響，有關(guān)內(nèi)容詳見第五章內(nèi)容。第二節(jié) 配合煤質(zhì)量與備煤煉焦工藝條件工業(yè)煉焦生產(chǎn)一般不采用單種煤煉焦，而通常采用多種煤配合后煉焦。常規(guī)煉焦方法是將多種煉焦煤按適宜的比例配合，然后再裝爐煉焦，故又稱為配煤煉焦。一、配煤的意義與配煤質(zhì)量要求1、煉焦配煤的意義 配煤的目的或意義：生產(chǎn)出滿足質(zhì)量要求的優(yōu)質(zhì)焦炭，實現(xiàn)煤炭資源的合理利用增加煉焦化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)量。 必要性：配煤煉焦高爐焦或

8、鑄造焦的質(zhì)量要求是：灰分低、硫分少、強(qiáng)度高、各向異性程度大，為滿足上述要求，在常規(guī)煉焦方法條件下，用單種煤煉焦很難滿足上述要求煤炭資源也無法滿足單種煤煉焦的需求（優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源有限儲量、分布和開采能力的制約），工業(yè)上必須采用配煤煉焦，以確保焦炭質(zhì)量和合理利用煤炭資源。在我國煉焦煤資源中，氣煤比例最大，因此在煉焦配煤中應(yīng)盡可能多配用高揮發(fā)氣煤，這樣既可增加了煤氣產(chǎn)量和化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)量，又充分利用了占我國煉焦煤種比例最大的氣煤資源。2、配煤的一般原則 配煤方案？它是焦化廠規(guī)劃的重要組成部分，是焦化廠設(shè)計的基礎(chǔ)，焦化生產(chǎn)的重要控制參數(shù)。煉焦配煤應(yīng)遵循如下一般原則： 1）配煤質(zhì)量應(yīng)與煤料的預(yù)處理工藝及煉

9、焦條件相適應(yīng)，使焦炭的質(zhì)量達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)。 2）符合本區(qū)域內(nèi)煤炭資源條件，有利于擴(kuò)大煉焦煤源。 3）有利于增加化學(xué)產(chǎn)品（多配氣煤）；防止側(cè)膨脹壓力超限（爐墻損壞或推焦困難）。 4）縮短煤源平均運(yùn)距，便于調(diào)配車皮（煤車對流），在特殊情況下有調(diào)節(jié)余地。5）來煤數(shù)量可靠、質(zhì)量穩(wěn)定。6）在上述前提下，盡量降低生產(chǎn)成本，以期提高經(jīng)濟(jì)效益。3、煉焦配煤的質(zhì)量要求 配合煤質(zhì)量指標(biāo)大體上可以分為兩類，即化學(xué)性質(zhì)，如灰分、硫分、礦物質(zhì)組成；工藝性質(zhì)，如煤化度、粘結(jié)性、細(xì)度、膨脹壓力等。配煤質(zhì)量要求是由焦炭質(zhì)量的要求和煉焦條件共同確定的。（1）配合煤的灰分和硫分 成焦過程中，煤料中的礦物質(zhì)以灰分形式全部轉(zhuǎn)入焦炭，

10、而煤料中的硫分一部分殘留在焦炭中，另一部分轉(zhuǎn)化為氣態(tài)硫化物進(jìn)入煤氣，極少量進(jìn)入液體產(chǎn)物。煤中的灰分與焦炭中的灰分關(guān)系如下： A煤 = K A焦 (2-1) S煤 = K S焦/S (2-2)式中A煤、A焦 分別為煤中和焦炭中的灰分(干基)，；K -成焦率，；一般取75%S -煤料硫分轉(zhuǎn)入焦炭中的百分?jǐn)?shù)，。一般S6070，其值大小受煤源和煉焦溫度的影響，在確定的生產(chǎn)條件下，可取其統(tǒng)計值代入公式。利用式(2-1)和式(2-2)，可以根據(jù)焦炭灰分、硫分的要求，計算出配合煤的灰分和硫分。例如：一級冶金焦的灰分不大于12，按成焦率75計算，配合煤料的灰分應(yīng)不大于9（干基）。一級冶金焦的硫分不大于0.60

11、，若按S=70計算，配合煤料的硫分應(yīng)該控制在0.7以下。配合煤料的灰分和硫分可以直接測定，也可以按煤種配合比例加權(quán)平均進(jìn)行計算。（2）煤化度煤化度指標(biāo)是用來控制焦炭強(qiáng)度和塊度的重要配煤參數(shù)。表征煤化度的指標(biāo)可用揮發(fā)分Vdaf和鏡質(zhì)組分平均最大反射率。揮發(fā)分指標(biāo)的測定方法簡便，應(yīng)用普遍，而鏡質(zhì)組分的平均最大反射率則能更準(zhǔn)確地反映煤的性質(zhì)，在一定范圍的煤化度區(qū)域內(nèi)兩者之間具有較好的相關(guān)性，據(jù)我國鞍山熱能所對中國148種煤作的回歸分析，得如下回歸方程： = 2.35 0.41Vdaf (相關(guān)系數(shù) = - 0.947) (2-3) 配合煤的揮發(fā)分指標(biāo)可以直接測定，也可以按加和性來進(jìn)行計算，但二者之間有

12、一定的差異（熱解過程中各種煤的熱解產(chǎn)物之間存在相互作用）。配合煤的平均最大反射率同樣可以直接測定或按加和性進(jìn)行計算（由于不涉及熱解過程，兩種結(jié)果差異性不大）。（需要解釋說明）需要指出的是，配合后煤料的煤化度指標(biāo)的數(shù)值所反映的煤的性質(zhì)與煤化度指標(biāo)數(shù)值相同的單種煤的性質(zhì)是不一樣的。例如將氣煤與瘦煤按適當(dāng)比例配合后，其煤化度指標(biāo)數(shù)值可能與焦煤或肥煤的煤化度指標(biāo)相同，但是配合煤料的性質(zhì)與后者的性質(zhì)是不同的，這可以從反射率分布曲線上明顯地看出。正因為這種原因，焦化廠在運(yùn)輸和儲存洗精煤時，應(yīng)防止不同煤種混雜，造成揮發(fā)分煤化度指標(biāo)失靈。 對于常規(guī)配煤煉焦，合適的煤化度指標(biāo)要求是：=1.21.3，相當(dāng)于Vda

13、f =2628，煤化度過低，焦炭的平均粒度小，抗碎強(qiáng)度低，而且焦炭的氣孔率高，各向異性程度低，焦炭質(zhì)量不好。煤化度過高時，雖然焦炭的各向異性程度可以提高，但是，由于煤料的粘結(jié)性變差，成焦過程中熔融不好，焦炭的耐磨強(qiáng)度降低，另外還可能導(dǎo)致焦?fàn)t推焦困難。 （3） 配合煤的粘結(jié)性指標(biāo)煤具有粘結(jié)性是煤結(jié)焦的前提條件，評價煤粘結(jié)性指標(biāo)較多，有粘結(jié)指數(shù)G、最大膠質(zhì)層厚度Y、最大流動度MF以及總膨脹度bt，這些指標(biāo)都從不同的角度表征了煤在熱解過程中生成的塑性體的性質(zhì)。 我國過去一直采用最大膠質(zhì)層厚度Y作為粘結(jié)性指標(biāo)，其合適的范圍是：Y1722mm。1975年以后，煤化所提了粘結(jié)指數(shù)G指標(biāo)，推薦采用該指標(biāo)指導(dǎo)

14、配煤，其合適范圍是：G5872。當(dāng)以最大流動度MF為粘結(jié)性指標(biāo)時，其合適范圍為701000ddpm；以總膨脹度bt為指標(biāo)時，bt50%。（4）配合煤的膨脹壓力煤在炭化室內(nèi)膨脹壓力是由多種因素所決定，膨脹壓力的大小目前沒有可靠的理論計算的方法，配合煤料中煤組分之間存在相互作用，因此配合煤的膨脹壓力不具有加和性，只能用試驗的方法加以測定。可以采用試驗焦?fàn)t測定膨脹壓力大小。對于新建焦化廠，在進(jìn)行煉焦煤種的選擇時，可在實際生產(chǎn)焦?fàn)t上對配煤方案做單孔試驗，以便得到更加可靠的試驗數(shù)據(jù)。對配合煤膨脹壓力的要求是：焦?fàn)t炭化室爐墻兩側(cè)的膨脹壓力差值必須小于爐墻的最大承受負(fù)荷。煉焦生產(chǎn)中，煤料的膨脹壓力呈現(xiàn)以下規(guī)

15、律：第一是在常規(guī)煉焦配煤范圍內(nèi)，煤料煤化度增加，則膨脹壓力增大；第二是對同一種煤料，增加堆密度，其膨脹壓力相應(yīng)增加。實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)這兩條規(guī)律，掌握膨脹壓力變化的趨勢，適時調(diào)整配煤方案與配煤比例。二、備煤煉焦工藝條件 備煤煉焦工藝條件是指煤料粉碎的細(xì)度、裝爐煤的水分和堆密度、煉焦速度、煉焦溫度和燜爐時間等，這些煉焦條件對焦炭的質(zhì)量有較大的影響。 1、堆密度提高裝爐煤的堆密度，有利于提高焦炭的質(zhì)量（尤其對弱粘結(jié)煤），同時還可以提高焦?fàn)t的生產(chǎn)能力。采用煤搗固、煤干燥、配型煤等煉焦方法，都在不同程度上實現(xiàn)了提高堆密度，增加焦炭強(qiáng)度的目的。在常規(guī)煉焦條件下，裝爐煤的堆密度主要受煤料水分（如圖26）、

16、細(xì)度（與圖26相反，即開口向下，存在最佳細(xì)度）以及加煤方法的影響。2、煤料細(xì)度 煉焦配煤的細(xì)度是指煤料粉碎后小于3mm的煤料重量占總重量的百分比。常規(guī)煉焦條件下要求細(xì)度在80左右。搗固煉焦細(xì)度要求更高，一般大于95。細(xì)度不夠，配合煤混合不均勻，焦炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均一，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。細(xì)度過高，不僅粉碎設(shè)備動力消耗增大，設(shè)備的處理能力降低，更重要的是細(xì)度過高時，裝爐煤的堆密度下降，使焦炭質(zhì)量受影響。因此煉焦生產(chǎn)中對煤料細(xì)度必須加以控制。研究表明，不但細(xì)度影響焦炭質(zhì)量，既便是在同樣的細(xì)度條件下，調(diào)節(jié)煤料中不同組分的粒級組成，對焦炭質(zhì)量的改善同樣具有意義。一般要求煤中活性組分粗粉碎，非活性成分宜細(xì)粉碎。但

17、是含活性組分多，粘結(jié)性好的煤容易粉碎，粘結(jié)性差的煤卻難粉碎，若煤料混合后集中粉碎則加劇了這一矛盾，為此在備煤生產(chǎn)工藝中提出了選擇性粉碎的工藝以解決這一矛盾。關(guān)于細(xì)度對焦炭質(zhì)量的影響，攀枝花鋼鐵有限公司煤化工廠在200kg焦?fàn)t上進(jìn)行試驗，其結(jié)果見表2-1?？梢钥闯觯谠囼灧秶鷥?nèi)，細(xì)度增加M40 增加（大于40毫米的量增加），M10 下降（小于10mm的量下降），CRI降低（反應(yīng)性降低），CSR增加（反應(yīng)后強(qiáng)度增加）表2-1 不同細(xì)度煤所得焦炭質(zhì)量對比細(xì)度%轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度，%反應(yīng)性能，%M40M10CRICSR91.460.713.351.334.084.458.214.450.334.374.353.

18、718.054.027.43、水分 在煉焦生產(chǎn)中，控制好煤料的水分很重要。國內(nèi)大多數(shù)焦化廠的裝爐煤水分一般控制在10%-11%。先說穩(wěn)定水分，可以穩(wěn)定加熱制度。為什么在10%-11%呢？水分小時，堆密度增加（圖2-6）、結(jié)焦時間縮短、煉焦的耗熱量減少、剩余氨水量減少（通常水分每增加1%，結(jié)焦時間大約延長20分鐘，煉焦耗熱量和剩余氨水量也隨水分含量增加而上升。）和減少墻砌體影響（由于新裝爐內(nèi)的煤料與墻面直接接觸，煤料中水分的蒸發(fā)使得墻面溫度急劇下降，對焦?fàn)t爐墻砌體影響很大。）。但水分過小時在裝爐時冒煙冒火嚴(yán)重，必須采用專門的裝爐工藝，進(jìn)行消煙除塵。4、煉焦速度 現(xiàn)代焦?fàn)t的炭化室的寬度有多種規(guī)格，

19、可以想象寬炭化室內(nèi)煤料的總體升溫速度必然低于窄炭化室內(nèi)的煤料升溫速度，這種差別可用炭化室內(nèi)平均寬度與其對應(yīng)的結(jié)焦時間的比值來進(jìn)行衡量，該比值稱為煉焦速度。例如焦?fàn)t炭化室的平均寬度為550 mm、500 mm、450mm、407mm，對應(yīng)的結(jié)焦時間分別為23.5 h、20 h、17h、15h，則煉焦速度分別為：23.4 mm/h、25mm/h 、26.5mm/h和27.1mm/h。 實際生產(chǎn)中對煉焦速度幾乎無法改變。盡管寬的炭化室煉焦速度慢，但人們更多的考慮生產(chǎn)能力，因此去選擇大型焦?fàn)t。（通過煤源來適應(yīng)它）5、煉焦溫度與燜爐時間燜爐是指煤料到達(dá)煉焦溫度后，延長焦炭在炭化室內(nèi)的停留時間，使焦炭繼續(xù)

20、受高溫作用。提高煉焦最終溫度或延長燜爐時間，可以提高煤的干餾程度，使焦炭的結(jié)構(gòu)更加致密，碳結(jié)構(gòu)中氫含量減少、石墨化程度增加、各向異性程度加大，焦炭的耐磨強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度均得到相應(yīng)提高，但抗碎強(qiáng)度稍有下降(參見表2-2，圖2-7)。第三節(jié) 配煤原理與焦炭質(zhì)量的預(yù)測配煤原理是將焦炭質(zhì)量（一般是小焦?fàn)t試驗結(jié)果）與煤的性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的理論。成功的配煤理論可以正確指導(dǎo)配煤工作，且預(yù)測焦炭質(zhì)量，從而確定經(jīng)濟(jì)合理的配煤比（對焦化廠來說非常重要）。從配煤參數(shù)上來看，主要有傳統(tǒng)的單純依靠煤化學(xué)參數(shù)配煤（以Vdaf與y、G、MF的組合）和近代發(fā)展起來的煤巖學(xué)參數(shù)配煤。由于煤巖參數(shù)能更準(zhǔn)確地反應(yīng)煉焦煤的性質(zhì)，從而生產(chǎn)出

21、更優(yōu)質(zhì)的焦炭，煤巖配煤技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗配煤。由于煤的非均相性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，要提出一個普遍適應(yīng)的配煤理論和方法比較困難，目前已知的各種配煤理論或方法都是在一定的區(qū)域內(nèi)或煤源條件下得到采用。所以不具有一般意義，每個地區(qū)、廠才有自己的習(xí)慣和方法，書上介紹的都是特例。利用煤和配合煤的各種實驗室測定的性質(zhì)指標(biāo)預(yù)測焦炭質(zhì)量，可以用次數(shù)較少的配煤試驗，確定經(jīng)濟(jì)和合理的配煤比。隨著煤質(zhì)指標(biāo)檢測的自動化，以及計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使焦炭質(zhì)量預(yù)測技術(shù)直接用于配煤作業(yè)的日常管理，因此焦炭質(zhì)量預(yù)測技術(shù)得到世界各國普遍重視。焦炭質(zhì)量預(yù)測從廣義上講，包括焦炭的灰分、硫分等化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，冷態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)以及熱態(tài)性質(zhì)指標(biāo)

22、。一、焦炭灰分、硫分預(yù)測如前所述，焦炭的灰分、硫分與配合煤的灰分、硫分有直接的關(guān)系，在生產(chǎn)狀況穩(wěn)定的條件下，兩者存在較好的線性關(guān)系。因此，不同的企業(yè)依據(jù)煉焦生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，建立了焦炭灰分、硫分預(yù)測模型。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。預(yù)測模型中考慮焦炭的成焦率k、配合煤干基揮發(fā)分、焦炭的干基揮發(fā)分等。二、焦炭冷強(qiáng)度的預(yù)測預(yù)測方法基本可以分為三類：第一類以煤的工藝指標(biāo)為參數(shù)，如Vdaf與C.I.、MF、G、Y的組合；第二類是以煤巖指標(biāo)為參數(shù)；第三類在考慮配合煤指標(biāo)的同時，也考慮煉焦煤準(zhǔn)備和煉焦工藝條件。以下?lián)裼写硇缘挠枰越榻B。1揮發(fā)分粘結(jié)性參數(shù)預(yù)測法都

23、是以Vdaf與C.I.、MF、G、Y的組合作為配煤參數(shù)，并以此為參數(shù)通過試驗建立它們與焦炭強(qiáng)度的關(guān)系。(1)VdafC.I.法(Caking Index)，是以1g空氣干燥粉煤樣與9g無水焦粉混合后，在95020下炭化7min后，以炭化產(chǎn)物中大于297m的篩上物占原料(10g)的百分率。(2)VdafMF法（基氏最大流動度）(3)VdafG法北京煤化研究所在進(jìn)行中國煙煤分類方案研究的基礎(chǔ)上，提出用教結(jié)指數(shù)G作為粘結(jié)性指標(biāo)，并得出了VdafG配煤圖，圖中標(biāo)出了最佳配煤區(qū)的Vdaf：2832，G：5872。以VdafG預(yù)測焦炭強(qiáng)度(M40和M10)的等強(qiáng)度曲線。鞍鋼通過對多年生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析得出

24、了用物和G值預(yù)測焦炭強(qiáng)度的回歸方程：包頭鋼鐵公司根據(jù)1997年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也建立了同樣的焦炭質(zhì)量預(yù)測模型并在95的信度下顯著相關(guān)：在預(yù)測配合煤的焦炭強(qiáng)度時，配合煤的揮發(fā)分可以近似用單種煤的揮發(fā)分以加和性確定。但配合煤的實測G值和由單種煤G值按加和性計算所得的配合煤G值有一定偏差，鞍鋼的試驗表明，煤的粘結(jié)性差別不太大時，G值有加和性，粘結(jié)性差別較大時，如肥煤和貧、瘦煤之間，G值的加和性存在偏差。韶鋼根據(jù)歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提出校正粘結(jié)指數(shù)：并提出預(yù)測公式：2、阿莫索夫和夏皮洛法（煤巖配煤）按煤巖學(xué)觀點，煤是非均一的物質(zhì)，可劃分為工藝性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)不同的各種實體。按各種實體的熱解性質(zhì)的不同，可

25、劃分成活性物和惰性物兩大類。在結(jié)焦過程中，活性物形成焦炭內(nèi)部的粘結(jié)物，如同混凝土中的水泥；惰性物形成焦炭內(nèi)部的骨架材料，猶如混凝土中的沙石。 .H.阿莫索夫等在1957年提出了煤巖配煤方法，用以指導(dǎo)配煤，預(yù)測焦炭質(zhì)量。美國鋼鐵公司的夏皮洛等又在此基礎(chǔ)上作了改進(jìn)。60年代中期，日本的木村英雄等人在該基礎(chǔ)上進(jìn)一步加以發(fā)展，并于1974年在新日鐵公司應(yīng)用。 夏皮洛在阿莫索夫方法基礎(chǔ)上提出了CBISI預(yù)測焦炭強(qiáng)度的方法。他也把煤的顯微組分分為兩大類，即活性組分和惰性組分。 活性組分鏡質(zhì)組+穩(wěn)定組+1/3半鏡質(zhì)組 惰性組分絲質(zhì)組+2/3半鏡質(zhì)組+礦物組首先對參加配煤的每種煤都進(jìn)行反射率測定，以此標(biāo)志煤的

26、變質(zhì)程度，并作出反射率的分布圖。把活性組分(主要是鏡質(zhì)組)按0.1為間隔，把0.32.1的煤分成18個組型，在結(jié)焦過程中每一組型的活性組分均有其最佳的惰性組分配比(圖2-8)。配合煤中實際的惰性組分含量與按活性組分及圖2-8所示最佳比得到的最佳惰性組分含量之比是標(biāo)志配合煤中實際惰性組分含量是否合適的一個指標(biāo)，稱組成平衡指數(shù)(Component Balance Index-CBI)，按下式計算：式中：Xi-煤中各相應(yīng)的活性組分含量，%（X3指反射率為0.3的活性組分含量等)；bi反射率i的活性組分與惰性組分最佳比(由圖28查取)。當(dāng)CBI1時，配合煤中惰性組分含量最合適，CBI1則惰性組分含量太

27、高，CBI1惰性組分含量太低。焦炭的強(qiáng)度是由配煤中各活性組分的含量及各活性組分在不同惰性物含量下的焦炭強(qiáng)度表示（可用人為規(guī)范的試驗測出，如圖2-9），這樣可以用下式計算配煤混合料的焦炭強(qiáng)度指數(shù)SI。 (2-4)式中 xi- 活性組分Vi的含量，； ai- 對應(yīng)Vi組分含一定惰性成分時焦炭的強(qiáng)度指數(shù)（圖2-9中的（SI）i值）；SI- 配煤的焦炭強(qiáng)度指數(shù)。這樣根據(jù)配煤的強(qiáng)度指數(shù)SI和組分平衡指數(shù)CBI，利用已通過試驗得到的工業(yè)煉焦?fàn)t中焦炭強(qiáng)度與SI和CBI的關(guān)系曲線，即可預(yù)測配煤的焦炭強(qiáng)度。圖2-10和圖2-11給出了一組日本學(xué)者試驗得到的焦炭強(qiáng)度預(yù)測圖，將圖中各焦炭強(qiáng)度相同的點連成一條曲線即得

28、到等強(qiáng)度曲線。圖中T25是焦炭的穩(wěn)定性指標(biāo)（一種強(qiáng)度指標(biāo)）。在煉焦生產(chǎn)中，對于一個新的配煤方案，未知焦炭強(qiáng)度，可以先測定其顯微組分含量，查圖計算出CBI和SI數(shù)值，再由CBI和SI數(shù)值從焦炭強(qiáng)度的預(yù)測圖中，查得對應(yīng)煉焦條件下所得焦炭強(qiáng)度的預(yù)測值，這就是利用煤巖配煤原理進(jìn)行焦炭強(qiáng)度預(yù)測的方法。日本新日鐵小島鴻次郎和日本鋼管宮津隆利用CBI-SI預(yù)測法，對日本使用的煉焦煤作了試驗，他們將不同鏡質(zhì)組型的ai和bi制成表的關(guān)系。并據(jù)試驗作出了預(yù)測焦炭強(qiáng)度的曲線，這種方法可以小量煤樣獲得準(zhǔn)確度較高的預(yù)測值，強(qiáng)度預(yù)測值的準(zhǔn)確度很高。CBISI預(yù)測法是比較科學(xué)且可靠的方法，但要獲得合乎使用煤種的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并

29、制得相應(yīng)的曲線，工作量大，且比較繁瑣。另外由于焦炭質(zhì)量不僅取決于煤料的性質(zhì)，而且與備煤煉焦條件密切相關(guān)，所以當(dāng)備煤煉焦條件不同時，焦炭的實際強(qiáng)度也不相同，采用煤巖配煤方法預(yù)測焦炭質(zhì)量時，不同的煤焦廠應(yīng)針對不同的煉焦條件進(jìn)行試驗，繪制對應(yīng)的預(yù)測圖，不能任意套用其它條件下得到的預(yù)測圖。三、焦炭熱態(tài)性質(zhì)預(yù)測隨著高爐大型化和噴吹技術(shù)的發(fā)展，對高爐焦炭的要求不僅僅限于灰分、硫分和冷態(tài)強(qiáng)度的要求，更重要的要求有良好的熱態(tài)性質(zhì)。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(qiáng)度(CSR)來表示。焦炭熱性質(zhì)同冷態(tài)性質(zhì)一樣，受到煤料和生產(chǎn)條件的影響，由于他還受到熱力和化學(xué)反應(yīng)的作用，所以比冷態(tài)指標(biāo)的預(yù)

30、測更加復(fù)雜。影響焦炭熱性質(zhì)的因素一般考慮：煤化度指標(biāo)、粘結(jié)性指標(biāo)、惰性物含量和灰分中礦物質(zhì)組成等。因而，多數(shù)預(yù)測焦炭熱性質(zhì)模型也就考慮這些參數(shù)。有關(guān)內(nèi)容請參考相關(guān)文獻(xiàn)。四、過程模擬預(yù)測法 隨著市場經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和煤炭價格的放開，焦化企業(yè)煉焦用煤品種不斷增加，且煤種變化快，煤質(zhì)波動大。因此，最優(yōu)化配煤與焦炭質(zhì)量過程模擬技術(shù)得到發(fā)展，一方面焦炭的灰分、硫分、抗碎強(qiáng)度M40和耐磨強(qiáng)度M10以及焦炭的熱性質(zhì)等指標(biāo)與配合煤或者單種煤質(zhì)量指標(biāo)存在函數(shù)關(guān)系，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒灁?shù)據(jù)，利用計算機(jī)進(jìn)行模擬，建立焦炭質(zhì)量預(yù)測模型；另一方面，在一定的精度范圍內(nèi)，利用預(yù)測模型的反模型求解單種煤配合比例以及可能引起的焦炭

31、質(zhì)量波動范圍，并保證配煤成本最低。建立數(shù)學(xué)模型，目標(biāo)函數(shù)：成本最低，弱粘煤用量最大，優(yōu)質(zhì)粘結(jié)煤用量最小，用線性規(guī)劃求解。第四節(jié) 煉焦配煤工藝 備煤（煤的準(zhǔn)備部分），指入爐前的預(yù)處理，主要包括來煤接受、貯存、倒運(yùn)、配合、混勻、粉碎等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在北方寒冷地區(qū)的焦化廠，還應(yīng)設(shè)有解凍和凍塊破碎等工序。由于焦化廠的晝夜用煤量很大（60萬噸廠，2500噸/d），涉及的煤種多，煤場占地面積大，要求的機(jī)械化和自動化作業(yè)程度高，而且備煤對焦炭的質(zhì)量影響大。一、煤的接受和貯存焦化廠無論生產(chǎn)規(guī)模大小，都必須設(shè)置貯煤場或貯煤塔。作用貯存一定的煤量，以保證焦?fàn)t的連續(xù)生產(chǎn)，不致因來煤短期中斷導(dǎo)致焦?fàn)t被迫停產(chǎn)保溫；為了穩(wěn)定

32、裝爐煤的質(zhì)量（礦井或礦層不同；同一洗煤廠因不同時期入洗原煤的礦井或礦層不同，等等原因使來煤質(zhì)量有很大波動，因此來煤應(yīng)通過儲煤場進(jìn)行混勻作業(yè)）；煤料在堆放過程中由于瀝水作用，可穩(wěn)定裝爐煤的水分。1、來煤接受 焦化廠在接受來煤時，應(yīng)注意以下幾條原則。 來煤按使用煤種分別接受，并卸往指定的堆放位置。防止不同煤種在接受和卸煤過程中互混。每批來煤必須按規(guī)程取樣分析，對質(zhì)量不合要求的來煤應(yīng)作特殊處理。 生產(chǎn)上，為改善和穩(wěn)定原料煤的質(zhì)量，來煤盡可能送往貯煤場，也可以直接進(jìn)配煤槽（少量）。 各種煤的卸煤場地必須清潔，更換場地時應(yīng)徹底清掃。焦化廠常用的卸煤設(shè)備有兩大類，一類是適合于鐵路運(yùn)輸?shù)男盾嚈C(jī)，另一類是適合

33、于水運(yùn)的卸船機(jī)。卸車機(jī)常用的有翻車機(jī)、螺旋卸車機(jī)、鏈斗卸車機(jī)和抓斗類起重機(jī)。卸船機(jī)一般采用帶大抓斗的起重機(jī)，卸煤能力一般比較大。 翻車機(jī)具有效率高、生產(chǎn)能力大、運(yùn)行可靠、操作人員少和勞動強(qiáng)度低等特點，適用于大型焦化廠采用。2、倒運(yùn) 卸至煤場的煤料為了堆放、混勻和取用作業(yè)，煤場對煤料進(jìn)行倒運(yùn)操作。倒運(yùn)機(jī)械分抓斗類和堆取類二種。由于抓斗類起重機(jī)和堆取類起重機(jī)相比，在同樣條件下，生產(chǎn)能力小，且難以自動化，現(xiàn)代大型焦化廠大多采用堆取類起重機(jī)。堆取類起重機(jī)有很多類型，其中應(yīng)用最廣的是直線軌道式斗輪堆取料機(jī)。3、貯煤為了管理好貯煤場，確保配煤的準(zhǔn)確性和焦炭的質(zhì)量。貯煤場和貯煤應(yīng)遵循以下要求： 煤場的容量足

34、夠大，一般大中焦化廠應(yīng)提供1015天的貯煤量。貯煤場的長度應(yīng)能提供各種煤分別堆、取、貯的可能條件。 煤場地坪應(yīng)適當(dāng)處理，防止煤、土混雜。煤場應(yīng)有良好的排水條件。 要確保不同煤種單獨(dú)存放。而對于同一種煤料，為了消除和減少不同礦井或礦層來煤所造成的煤質(zhì)差別，在貯煤場存放過程中應(yīng)盡量混勻。一般抓斗類起重機(jī)做倒運(yùn)設(shè)備時常采用“平鋪直取”的作業(yè)方法，對于堆取料機(jī)可以采取“行走定點堆料”和“水平回轉(zhuǎn)取料”的作業(yè)方法以使煤料均勻。 貯煤場的煤堆應(yīng)保持一定的高度，煤堆過低，占地面積大，增加倒運(yùn)距離，下雨時煤的水分增大。煤堆高度與使用的煤場機(jī)械有關(guān)，一般為915m。 煤的存放時間不宜過長。為了防止煤的氧化變質(zhì)，

35、對各種煤應(yīng)規(guī)定允許的堆放時間，并按計劃取用。煤質(zhì)惡化對煉焦不利，變質(zhì)煤不能煉焦。根據(jù)鞍鋼和武鋼的生產(chǎn)實踐，各種煤允許的貯存時間見表2-5。對煤場的管理還應(yīng)重視環(huán)境保護(hù)，應(yīng)采取可行的措施防止煤塵飛揚(yáng)。煤場污水由于水質(zhì)混濁不應(yīng)直接排放，應(yīng)設(shè)置處理設(shè)施，使排放水中固體懸浮物含量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。4、解凍我國北方的很多焦化廠，由于冬天氣候嚴(yán)寒，煤料在運(yùn)輸過程中容易凍結(jié)。煤料在車廂內(nèi)凍結(jié)給卸車工序造成很大的困難，影響運(yùn)輸和生產(chǎn)。為此，很多焦化廠都建有配套的解凍庫，將凍車解凍后再卸車。目前已建立的解凍庫大致分為煤氣紅外線式解凍庫、熱風(fēng)式解凍庫和蒸汽暖管式解凍庫三種。其中紅外線解凍庫具有傳熱快，熱效率高等優(yōu)

36、點。二、煤的配合和粉碎流程 焦化廠備煤的粉碎加工環(huán)節(jié)分為先配合后粉碎和先粉碎后配合兩種方式，配合和粉碎工藝有多種流程和設(shè)備，兩者組合形成各種具體流程。1、先配后粉流程將煉焦煤料的單種煤，先按配煤比例的要求配合，然后再進(jìn)行粉碎，該工藝的流程如框圖2-13所示。該工藝流程簡單、設(shè)備少、操作方便，粉碎過程兼作混勻操作，但其配煤準(zhǔn)確性差、不能按煤質(zhì)特征調(diào)節(jié)不同煤的細(xì)度要求。該工藝僅適應(yīng)于煤料粘結(jié)性好，煤質(zhì)較均勻的情況，當(dāng)煤料差異大，煤質(zhì)不均勻時不宜采用。2、分組粉碎(先粉后配)流程該工藝是將單種煤先粉碎，然后按比例配合均勻，其流程如圖2-14。這種流程可按單種煤的性質(zhì)和粉碎細(xì)度要求分別控制不同的粉碎程

37、度，有助于提高焦炭質(zhì)量。為簡化工藝，當(dāng)煉焦煤中只有12種煤的硬度或巖相組成相差較大時，可采用部分煤預(yù)粉碎，然后再按煤的配比與其它煤配合，再集中粉碎。這樣可使分組粉碎的流程簡化，流程中同樣可以不設(shè)專門的混勻設(shè)備，其流程如圖2-15所示。3、選擇粉碎流程該工藝是根據(jù)煉焦煤料中煤種和巖相組成硬度的差異，按不同粉碎細(xì)度要求，將粉碎和篩分相結(jié)合，即消除大顆粒又防止過細(xì)粉碎，達(dá)到煤料均勻。根據(jù)煤質(zhì)不同選擇粉碎有多種流程。對結(jié)焦性較好，而巖相組成不均一的煤料，可采用先篩分出細(xì)粒的單路循環(huán)粉碎流程，如圖2-16所示。該流程通過將混煤篩分，將細(xì)顆粒煤料直接送入煤塔；而大顆粒則粉碎后與原料煤混合再篩分，并循環(huán)粉碎。通過循環(huán)粉碎，可將煤的各種巖相組分粉碎至大致相同的粒度，改善結(jié)焦過程。當(dāng)煤料中有結(jié)焦性差異較大的煤種時，可以采用多路循環(huán)選擇粉碎流程。也就是將差異大的煤料分別單路循環(huán)粉碎后，再將各單路出來的達(dá)到要求的細(xì)顆粒混合進(jìn)入煤塔。如