一种煤的煤质特征及其用于炼焦生产的可行性

来源：刘永新1，张波波2，梁英华2 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]

摘要：对一种低灰低硫煤进行了工业分析、全硫测定、煤岩分析、粘结指数、胶质层最大厚度及容惰能力测定，结果表明：该种煤是一种粘结性较好，活性成分含量较高的优质1／3焦煤。针对此煤的特性，选用其它炼焦常用煤种，以出口焦质量标准为目标函数，优化得出了最佳配煤比，并通过实验进行了验证，最终得到了满足出口焦质量标准的炼焦配煤方案。

关键词：煤质分析；炼焦；配煤方案

近年来随着我国焦炭产量的迅猛增长，炼焦行业面临着炼焦煤资源短缺的严重问题。目前我国的炼焦煤普遍存在着灰分、硫分高的特点，尤其是粘结性好的配煤的硫分高达1．0％～1．5％，这就使得炼出的焦炭很难达到出口焦要求的灰、硫含量。为了降低焦炭中的灰、硫，现阶段生产焦炉采取的主要措施仍是降低配合煤的硫、灰含量。本文对一种低灰、低硫煤进行了煤质分析和焦炉实验，研究其应用于炼焦生产的可行性。

1 煤的灰分、硫分与焦炭质量的关系

炼焦过程中，煤的灰分全部转入焦炭。按每吨干煤炼出0．75 t焦炭计算，焦炭灰分约为装炉原料煤灰分的1．3倍。焦炭在高炉内被加热至高于炼焦温度时，由于焦质与灰分的热膨胀性不同，沿灰分颗粒周围产生裂纹，加速焦炭碎裂或粉化。焦炭灰分与强度几乎呈线性关系，即灰分增加，强度下降。煤中的硫约2／3进入焦炭。焦炭中的硫是有害成分。高炉焦如果硫分高，会增加石灰石和焦炭的用量，由此引起炉渣量增加、炉渣碱度升高和粘度增大，降低高炉生产能力，焦比增加。生产实践表明，焦炭灰分每增加1％，高炉焦比将提高1％～2％，产量降低2％～3％。焦炭硫分每增加0．1％，焦比增加1％～3 %，产量降低2％～5％。如果焦炭灰分和硫分双高，影响效果加剧。

我国强粘结性的肥煤和焦煤的可选性差，灰分、硫分含量较高，致使炼出的焦炭的灰分硫分偏高，而要满足焦炭灰分、硫分的要求，寻找一种低灰、低硫廉价的新煤源成为我国炼焦企业的当务之急。

2 实验

2．1实验内容

按国标测定了煤的工业分析、全硫、粘结指数、最大胶质层厚度、煤岩分析。并引入容惰能力，进一步测定其结焦性。为验证此煤用于炼焦生产并得到优质焦炭的可行性，选用一定配比的此煤与其它煤的配煤，进行了焦炉实验。

2．2实验设备及方法

各实验所用设备及测定方法如表1所示。

小焦炉实验采用煤炭科学研究总院北京煤化所的40 kg实验焦炉进行。实验用40 kg小焦炉的规格尺寸及操作参数见表2。

3煤质分析实验结果及讨论

实验用煤的工业分析、胶质层指数、粘结指数结果如下：干基灰分为4．9％，干燥无灰基挥发分为33．2％，干基硫分为0．3％，粘结指数为95，y值为20。煤岩分析的结果为：镜质组97．2，半镜质组O．4％，半惰惰质组1．0％，壳质组O．4％，粘士矿物1．0％，Rmax=0．8。

从实验结果可见，该煤干燥无灰基挥发分指标为28％～37．0％，粘结指数G_R.L>90．0，y值<25．0，对照中国煤炭分类表，初步判断此实验用煤可能属1／3焦煤、其性质介于气煤，肥煤与焦煤之间，属于一种过渡煤种。

从煤岩组分的分析来看，此煤的镜质组含量为97．2％，几乎为纯的镜质组，应该具有较强的粘结性。周师庸通过对大量炼焦煤的研究指出，粘结性最强的镜质组的反射率大致在1．1％左右，距离1．1％越远，粘结性越差，以致消失粘结性。从此煤的分析结果来看，其镜质组最大反射率为O．8％，最大胶质层厚度为20，说明此煤中仅有部分镜质组具有粘结性。属中等粘结性的炼焦煤。

为了进一步验证此煤的镜质组的粘结性，对此煤进行了容惰能力实验。

容惰能力是周师庸提出的一种结合煤岩组成表征煤的粘结性的指标，具体的测定方法是：粘结性煤加不同量的惰性物质后，用奥亚膨胀仪测定其总膨胀度。然后以总膨胀度为纵坐标，以惰性物质配比为横坐标，作总膨胀度连线，恒为直线。通常用容惰积、容惰率和最大容惰量3项指标表征。容惰积表示含一定惰性成分时，煤的粘结性指标。容惰率表示煤中加入1％惰性物质导致总膨胀度的下降值。最大容惰量是指粘结性煤达到仅收缩时所需的最低惰性物质配比。实验用煤的容惰能力指标下：容惰积为7 920，容惰率为4．9，最大容惰量为88。

周师庸对4种中等变质程度的强粘结性煤进行的容惰能力的测定表明，其容惰积为3 532～8 930，容惰率为5．45～6．87，最大容惰量为36～51。实验用煤的最大容惰积较高，但其容惰率较低，说明此煤具有较强的粘结性，但是其膨胀度较低。而其最大容惰量为88，说明此煤的镜质组中大部分应属活性组分，具有较强的容惰能力，在炼焦中使用时，可多配入一定比例的瘦煤，提高焦炭的热性能。

综合上述实验用煤煤质分析指标，可以确定此煤为1／3焦煤，煤中镜质组中具有粘结性的活性组分含量较高，具有较强的容惰能力，在配煤中，可作为粘结性好的1／3焦煤使用，适当地代替部分肥煤。而且此煤的灰分<5．O％、硫分<O．4％，可见，此煤是一种低灰、低硫，粘结性较好的优质炼焦用煤，在炼焦中使用可在满足焦炭强度要求的基础上，有效地降低焦炭的灰分、硫分。

4 炼焦配煤实验

4．1初选配煤方案

根据实验用煤的炼焦特性研究结果，此煤在炼焦生产中可作为1／3焦煤使用，一般大型焦化厂在炼焦配煤中1／3焦煤的使用量不超过30％，但是考虑到此煤比其它1／3焦煤的粘结性好，而且其活性组分含量较高的特点，在炼焦生产中，可适当地增加其配入量，多添加一定比例的瘦煤，适当减少肥煤的加入量。这样既可以有效地降低焦炭的灰分、硫分，

又可以使焦炭的热性能有所提高。按照这个原则，用自行开发的配煤优化系统进行了优化处理，按照出口焦炭的质量要求，最终得到的配煤方案如下：焦煤一34％，肥煤一15％，瘦煤一13％，弱粘煤一5％，实验煤为33％。实验用其它煤的煤质指标如表3所示。

4．2焦炉炼焦实验结果及分析

按照上述方案进行了焦炉炼焦实验，根据对实验所得到的焦炭质量的分析，对配煤方案进一步进行优化调整，通过3组实验，最终得到了符合出口焦质量要求的焦炭。3次实验选用的配煤方案见表4，焦炉实验所得到的焦炭质量见表5。

由表5数据可以看出，方案1的灰分、硫分均能达到出口焦的质量标准，但是M40一76％，M10一10％，与出口焦的质量标准有很大差距。从外观来看，焦炭块度较小且不均匀，表面呈鱼鳞状，气孔较多，纵裂纹较多。由此可知此方案并不适合实际的生产。究其原因，可能是由于1／3焦煤取代部分肥煤后，就不应在配煤中再使用弱粘煤。

方案2中去掉了弱粘煤，全部用实验用煤代替，实验用煤的比例增加到38％，主焦煤增加到35％，肥煤降为14％，进行小焦炉实验。其中抗碎强度．M4O提高到80％，耐磨强度M10降低到8．8％，焦炭的灰硫指标也达到了出口标准。但是焦炭的反应性及反应后强度指标仍较低，从外观观察，炼制的焦炭气孔还是较多，为了进一步提高焦炭热性能，必须在保证焦炭灰硫指标的前提下降低实验用煤的比例，同时提高主焦煤比例。