配煤概念

配煤

coal blending

煉焦煤、電煤摻燒、鍋爐作業(yè)準備的工序之一。煉焦或碳化前煤料的一個重要準備過程。即為了生產符合質量要求的焦炭、電煤、鍋爐煤，把不同種類原煤按適當的比例配合起來。

煉焦用煤品種較多，應用配煤技術，不僅能保證焦炭質量，還能合理地利用煤炭資源，節(jié)約優(yōu)質煉焦煤，擴大煉焦煤資源。配煤技術涉及煤的多項工藝性質、結焦特性和灰分、硫分、揮發(fā)分的配合性質和煤的成焦機理等。長期以來，配煤試驗一直是選定配煤方案、驗證焦炭質量的不可缺少的配煤技術程序。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量及其穩(wěn)定性的要求越來越高，而煉焦煤資源中強粘結性煤卻越來越少，這一矛盾在我國尤為突出?？紤]到經濟效益及現實情況，國內外各焦化廠都在致力于配煤方案的研究。雖然方案千變萬化，而卻不外乎膠質層重疊原理、互換性原理、共炭化原理這三種。

1 膠質層重疊原理

要求配合煤中各單種煤的膠質體的軟化區(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處于塑性狀態(tài)，從而改善粘結過程，并保證焦炭的結構均勻。其中典型的方法是“J法”配煤技術?！癑法”配煤技術是一種快速、準確、簡單、經濟、隨機確定各種最佳（實用）配煤方案的新技術，以“煤的粘結能力測定法”為基礎，以煤與焦相互統(tǒng)一變化規(guī)律為依據，準確預測焦炭強度，按Jb-Vdaf“米”字形配煤圖及其原則進行操作，評估煤質，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。單種煤的變質程度決定其活性組分的質量，鏡質組平均組最大反射率是反映單種煤的變質程度的最佳指標。目前應用煤巖學指導配煤，很多焦化廠都有自己的配煤方案，但一般都是鏡質組平均隨機反射率、反射率直方圖及鏡惰比三個參數作為煤巖學配煤參數。根據互換性配煤原理，當配煤有較強粘結性時，加入一定量焦粉或無煙煤有利于焦炭質量提高，回配3%～5%的焦粉代替瘦煤煉焦，技術上是可行的，但在同樣煤質情況下不添加粘結劑，要保證焦炭質量，焦粉的細度至關重要。

3 共炭化原理

煤中加入非煤粘結劑進行炭化，稱為共炭化。共炭化研究為采用低變質程度弱粘結煤煉焦時選用合適的粘結劑提供了理論依據，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400℃下將廢塑料與煤焦油瀝青共熱解，收集熱解油和氣體產物，反應所得的殘余物與弱粘結煤共焦化能提高其結焦性；烏克蘭的研究工作則是利用配煤同塑脂廢料共焦化，由于芳香結構的有機物對配煤的結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品。國內中國科學院山西煤炭化學研究所李保慶等利用10g固定床反應器研究廢塑料與煤共焦化特性。試驗結果表明，當廢塑料添加量不超過5%時，煤氣產率增加，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，而半焦性質基本不受影響。研究認為，廢塑料與煤共焦化技術可行。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，瀝青質很少，作為改質劑性能較差。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。

1 焦炭灰分、硫分預測

在生產狀況穩(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系。一般預測模型為：

Y=aX b

應用數理統(tǒng)計中最小二乘法確定方程中的回歸系數a，b，并以此控制配合煤的灰分、硫分，以及調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)強度預測

焦炭冷態(tài)強度（指M40、M10）預測所采用的指標一般為煤化度指標和粘結性指標。預測方法基本可以分為三類：第一類以煤的工藝指標為參數，如Vdaf與C.I.、MF、G、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量起決定性作用。一般Vdaf為28%~32%，G為88%~72%或y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±1%，M40變化±2.0%，M10變化±0.2%；第二類是以煤巖指標為參數進行預測；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)性質預測法

焦炭的熱態(tài)性質通常采用焦炭的反應性指數（CRI）和反應后強度（CSR）來表示。預測方法有三種：（1）焦炭冷態(tài)指標預測法：這類方法主要基于焦炭冷態(tài)性質指標，如焦炭強度（M40、M10）、氣孔率與氣孔分布、光學組織等來預測。（2）配合煤指標預測法： 該方法依據配合煤反射率、粘結性、惰性物含量以及配合煤其他性質，如灰分、揮發(fā)分、灰組成等進行預測。多數預測模型僅限于生產實踐數據或實驗數據的統(tǒng)計分析，適用范圍也局限于各自煉焦煤種（3）單種煤性質預測法：馮安祖等從單種煤性質入手，研究了不同單種煤的煤化度指標（揮發(fā)分、鏡質組最大反射率）、粘結性指標、灰組成與其焦炭熱性質的關系。認為煤的揮發(fā)分與焦炭的反應性和反應后強度有非常密切的關系。揮發(fā)分位于22%~26%以及Rmax為1.1~1.2 左右，單種焦的熱性質最佳。單種煤的粘結指數（G）、膠質層厚度（y）、全膨脹（a b）、基氏流動度（lgMF）與焦炭熱反應性和反應后強度之間存在基本一致的規(guī)律性。

4 人工智能和專家系統(tǒng)的應用

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)、焦炭質量預測系統(tǒng)及生產控制系統(tǒng)構成。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的反向推理過程，每一個過程都包含確定性的關系和領域專家的經驗。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)主要完成焦炭質量預測、配煤比計算和專家自學習三大功能。因為混合煤的煤質特性與各組成單煤之間不是簡單的線性關系，而是復雜的非線性關系，所以采用了神經網絡建立焦炭質量模型。計算配煤比需要應用規(guī)則模型。自學習是根據檢測到的實際值與計算出來的各種中間結果，自動地修改數學模型或形成新的規(guī)則模型。信息管理子系統(tǒng)包括單種煤的性質參數、配合煤及焦炭的質量目標、配煤工藝的設計參數、系統(tǒng)優(yōu)化參數、數學模型的計算參數等；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、參數調節(jié)、遠程監(jiān)控五模塊構成。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。

（1）發(fā)展配煤煉焦技術歷來是我國合理利用煉焦煤資源和提高焦炭質量的主要措施。但是配煤技術在研究開發(fā)上沒有新的突破，特別是在生產上沒有大的進步，這是我國當前焦炭質量低的主要癥結之一。發(fā)展配煤技術涉及多方面技術和需要一定的條件。當前我國各焦化廠和科研、設計院所，都不具備獨立研究開發(fā)配煤技術的能力，因此必須統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調，聯(lián)合科研、設計、生產多方面的力量，集中一批優(yōu)秀科技人員，并得到足夠的資助，經過數年努力攻關才有希望取得成功。

（2）提高焦炭質量的另一個主要措施是采用煤預處理技術。我國除寶鋼等個別企業(yè)采用配型煤工藝外，絕大多數焦化廠沒有采用煤預處理工藝，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本廠煉焦煤特點和條件，通過試驗選擇適當的煤預處理工藝。大量試驗結果表明：華東、東北和華北等地區(qū)的焦化廠，可采用搗固、配型煤、煤干燥（調濕）及風動選擇粉碎等預處理技術。這些技術在世界上都已工業(yè)化，在支持個別有條件的企業(yè)引進這些技術的同時，應組織科研、設計和生產等單位聯(lián)合消化，并進一步研究開發(fā)使之發(fā)展成為能向其它企業(yè)推廣應用的技術。