配煤理論

當(dāng)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(jì)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。

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(zhǔn)確、簡單、經(jīng)濟(jì)、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(zhǔn)確預(yù)測焦炭強度，按Jb-Vdaf“米”字形配煤圖及其原則進(jìn)行操作，評估煤質(zhì)，確定“主導(dǎo)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(biāo)。目前應(yīng)用煤巖學(xué)指導(dǎo)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(xué)配煤參數(shù)。根據(jù)互換性配煤原理，當(dāng)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%的焦粉代替瘦煤煉焦，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(xì)度至關(guān)重要。

3 共炭化原理

煤中加入非煤粘結(jié)劑進(jìn)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(dāng)前世界的環(huán)境污染問題做出了很大的貢獻(xiàn)。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(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(xué)產(chǎn)品。國內(nèi)中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)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(dāng)廢塑料添加量不超過5%時，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(rèn)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(jìn)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(dāng)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。

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M40、M10）預(yù)測所采用的指標(biāo)一般為煤化度指標(biāo)和粘結(jié)性指標(biāo)。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，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%~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(biāo)為參數(shù)進(jìn)行預(yù)測；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。

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(biāo)預(yù)測法：這類方法主要基于焦炭冷態(tài)性質(zhì)指標(biāo)，如焦炭強度（M40、M10）、氣孔率與氣孔分布、光學(xué)組織等來預(yù)測。（2）配合煤指標(biāo)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(jìn)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(biāo)（揮發(fā)分、鏡質(zhì)組最大反射率）、粘結(jié)性指標(biāo)、灰組成與其焦炭熱性質(zhì)的關(guān)系。認(rèn)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（lgMF）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。

4 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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(xué)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(biāo)、配煤工藝的設(shè)計參數(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)、數(shù)學(xué)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(yuǎn)程監(jiān)控五模塊構(gòu)成。目標(biāo)是使該系統(tǒng)可任意查詢、提取、組合、比較、打印各種指標(biāo)，并可繪制趨勢圖，文件能區(qū)分各種權(quán)限進(jìn)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

coal blending

煉焦煤、電煤摻燒、鍋爐作業(yè)準(zhǔn)備的工序之一。煉焦或碳化前煤料的一個重要準(zhǔn)備過程。即為了生產(chǎn)符合質(zhì)量要求的焦炭、電煤、鍋爐煤，把不同種類原煤按適當(dāng)?shù)谋壤浜掀饋怼?/p>

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(kuò)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。

（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(jìn)步，這是我國當(dāng)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(dāng)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(dāng)?shù)拿侯A(yù)處理工藝。大量試驗結(jié)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(diào)濕）及風(fēng)動選擇粉碎等預(yù)處理技術(shù)。這些技術(shù)在世界上都已工業(yè)化，在支持個別有條件的企業(yè)引進(jìn)這些技術(shù)的同時，應(yīng)組織科研、設(shè)計和生產(chǎn)等單位聯(lián)合消化，并進(jìn)一步研究開發(fā)使之發(fā)展成為能向其它企業(yè)推廣應(yīng)用的技術(shù)。