煤巖配煤技術(shù)研究進(jìn)展

第21卷第6期潔凈煤技術(shù)Vol.21 No. 62015年11 月Clean Coal TechnologyNov.2015煤巖配煤技術(shù)研究進(jìn)展趙悅,王杰平,季斌,倪志強,謝全安(作北理1.大學(xué)化學(xué)1程學(xué)院,河北唐山063009)摘要:針對傳統配煤方法繁瑣、 效率低等問(wèn)題，從成焦機理方 面論述了煤巖配煤的理論基礎， 闡述了具有代表性的幾種煤巖配煤方法,分析了煤巖分析指標與焦炭光學(xué)組織之間的關(guān)系,并對煤巖配煤的前景進(jìn)行展望。煤巖配煤理論主要包括煤的不均一性、煤中活性組分質(zhì)量的差異性、惰性組分的不可或缺性。國外應用較好的煤巖配煤方法為夏皮洛法,適用性強,相關(guān)系數達0.93;國內的葉道敏煤巖配煤方法相關(guān)系數達到0.98。鏡質(zhì)組反射率與焦炭顯微結構之間存在著(zhù)定性關(guān)系,煤中鏡質(zhì)組與焦炭光學(xué)組織關(guān)系密切,直接影響焦炭光學(xué)組織的類(lèi)型和各向同性與各向異性的比例,最終影響焦炭質(zhì)量。關(guān)鍵詞:煉焦配煤;活性組分;惰性組分;光學(xué)組織;煤巖配煤中圖分類(lèi)號:TQ520.62文獻標志碼:A文章編號: 1006-6772(2015 )06-0022-04Progress of blending based on coal petrographyZHAO Yue , WANG Jieping,JI Bin , NI Zhiqiang, XIE Quanan( School of Chemical Engineering ,North Chinu University of Science and Technology , Tangshan 063009 , China)Abstract:To improve eficiency of traditional coal blending method , the theoretical basis of blending based on coal petrology was explainedby mechanism of coke formation. The relationship between coal petrology indicators and coke optical texlure was analyzed. Some typi-cal methods of blending based on coal petrology were compared. A better method overseas , Schapiro's coal - petrography -based blendingtechnology had good applicability , and the related coffcient was up to 0.93. In domestic , many researchers had made a lot of experimentalstudies , and some related coefficient could be u to 0. 98. Some coal petrology indicators directly affected the formation of coke optical tex-ture , thus affected the quality of the coke. Using the coal petrology was a breakthrough in the process of coal blending. The research playeda decisive role in coke quality prediction.Key words :coal blending for coking;active constituent ;inert constituent ;optical texlure ;blending based on coal petrology立預測焦炭質(zhì)量模型。利用這些模型,在生產(chǎn)前提0引言出配煤比計算方法,生產(chǎn)中實(shí)時(shí)控制配煤流量,具有傳統的配煤理論主要基于煤化學(xué)指標,煤的結效率高、準確度高、成本低等優(yōu)點(diǎn),已應用于大部分焦性是用煤化程度指標(揮發(fā)分、水分等)和黏結性企業(yè)”。與傳統經(jīng)驗配煤方法相比,利用煤巖學(xué)配指標(膠質(zhì)層最大厚度Y值和黏結指數G等)來(lái)反煤以及對焦炭質(zhì)量預測,是由經(jīng)驗配煤到科學(xué)配煤映,以此為基礎形成了利用揮發(fā)分與黏結指數指導:的補充,國內外的學(xué)者利用煤巖學(xué)開(kāi)發(fā)了一系列煤配煤煉焦的方法。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化巖配煤的方法,如阿莫索夫-夏皮洛法、日本小島鴻配煤技術(shù)應用于煉焦生產(chǎn)。為了保證焦炭質(zhì)量,合次郎法和周師庸煤巖配煤法等。煤巖配煤方法的優(yōu)理利用煉焦煤資源,開(kāi)發(fā)了很多配煤比控制-焦炭勢為:①可通過(guò)鏡質(zhì)組反射率分布及標準差S來(lái)區檢測的專(zhuān)家系統。自動(dòng)化配煤技術(shù)以傳統配煤理論分混煤;②在煤種、煤質(zhì)不均- -的情況下，可利用煤為基礎,結合工業(yè)生產(chǎn)數據和專(zhuān)家定性知識規則,建巖顯微組分的活惰比及配煤反射率分布直方圖加和收稿日期:2015-01 -09;責任編輯:白婭娜DOI:10. 13226/j- isn. 1006 .6772.2015. 06.005基金項目:國家自然科學(xué)店金資助項目( U1361212)作者簡(jiǎn)介:趙悅(1990- -) ,女,河北唐山人,碩士研究生,從事煤化工新技術(shù)及下游產(chǎn)品開(kāi)中國煤化工3. com。通訊作者:謝全安(1969- -) ,男河北唐山人,副教授,從事煤化工新技術(shù)及下游產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工;MHCNMH G引用格式:趙悅，王杰平,否 斌， 等煤巖配煤技術(shù)研究進(jìn)展J].沾凈煤技術(shù)2015.21(6):22-25.ZHAO Yue. WANG Jieping .JI Bin.et al. Progress of blendinp baserd on (oal petroruphy[J]. Clean Coal Technology .2015 .21(6):22-25.22趙悅等:煤巖配煤技 術(shù)研究進(jìn)展2015年第6期性,建立科學(xué)、準確的配煤方案,使焦炭質(zhì)量趨于穩CBI表示的是惰性組分的適宜性。CBI=1 時(shí)表示惰定,從而優(yōu)化配煤結構.指導配煤煉焦生產(chǎn)2。煤性組分的含量最合適;CBl>1時(shí)表示惰性組分含量巖配煤在配煤技術(shù)方面發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。偏高;CBI<1時(shí)表示惰性組分含量偏低[”。夏皮洛筆者基于煤巖配煤原理,論述了國內外主要煤巖配.分別以CBI和SI為橫縱坐標繪制等強度曲線(xiàn)進(jìn)行煤方法,并分析了煤巖分析指標與焦炭光學(xué)組織的焦炭強度的預測,其相關(guān)系數達到0.93。關(guān)系,以期為利用煤巖法進(jìn)行配煤煉焦提供參考。江中砥等7i根據阿莫索夫-夏皮洛配煤原理，結合我國煤炭資源特點(diǎn)，完成了煤巖組成半自動(dòng)分1煤巖配煤原理析、配煤比自動(dòng)計算并優(yōu)化等5個(gè)軟件,通過(guò)軟件測迄今為止,在成焦過(guò)程中煉焦結焦原理可歸納出煤巖顯微組分,反射率,計算出CBI、SI等參數,利為塑性成焦機理、表面結合機理、中間相成焦機理3用配煤軟件找出最佳配煤比或接近最佳配煤比,并種。表面結合機理是煤巖配煤的基礎,煤巖配煤理進(jìn)行煤巖配煤及焦炭質(zhì)量檢測系統的研究與開(kāi)發(fā)。論主要包括:王翠萍等18.也以此方法進(jìn)行了煤巖配煤研究,根據1)煤的不均一性。煤是一種有機物質(zhì)的復雜27組有效試驗數據分別繪出鏡質(zhì)組平均反射率R混合物,各顯微組分存在差異,在炭化過(guò)程中鏡質(zhì)組與抗碎強度M2s、R與反應后強度CSR、CBI與M2s和殼質(zhì)組能軟化熔融生成膠質(zhì)體,被稱(chēng)為活性組分;以及SI與CSR關(guān)系曲線(xiàn)。研究表明,鏡質(zhì)組平均反惰質(zhì)組不能熔融,被稱(chēng)為惰性組分。射率R控制在1.20%~1.50%,焦炭機械強度和反2)煤中活性組分質(zhì)量的差異性。任何單一種應后強度基本滿(mǎn)足要求;CBI為1.25 時(shí),M25最類(lèi)的煤,其活性組分所經(jīng)過(guò)的成巖、變質(zhì)作用基本相大;SI為5.0時(shí),CSR值接近最大。研究證明可通過(guò)同,煤化程度相近,所以當其活性組分質(zhì)量有差異CBI和SI預測焦炭質(zhì)量。時(shí),鏡質(zhì)組反射率分布圖呈正態(tài)分布,這一分布特征2.1.2日本小島鴻次郎 的方法.充分驗證了煤中鏡質(zhì)組質(zhì)量的非均--性。在CBI-SI預測法的基礎上,小島鴻次郎和宮津3)惰性組分的不可或缺性。惰性組分是極其隆根據日本煤源的特點(diǎn)又引入一個(gè)新的參數(日本重要的組成部分,不足或過(guò)量都將不利用煉焦配煤，焦炭的轉鼓指數),并根據試驗作出了預測焦炭強降低焦炭質(zhì)量?；钚越M分和惰性組分比例合適時(shí)才度的CBI-SI曲線(xiàn),找到最合適的配煤區域,這種方能有較好的配煤方案:。法可使小量煤樣在其預測值上得到較高的準確度，精確度達+0.5%。2國內外煤巖配煤方法進(jìn)展日本小島鴻次郎的方法是以CBI-SI為基礎改2.1國外煤巖配煤方法進(jìn)的煤巖配煤方法,科學(xué)、可靠,不足在于工作量較2.1.1阿莫索夫-夏皮洛法大,且比較繁瑣。20世紀50年代,阿莫索夫(41提出了定量分析2. 1.3 美國伯利恒鋼鐵公司的方法煤中煤巖組分來(lái)預測焦炭強度的方法,將煤巖成分美國Thompson除了用鏡質(zhì)組反射率表示變質(zhì)按結焦性分為可熔組分和瘦化組分兩類(lèi)。依據- -系程度外,還引人惰性組分含量IC,其原理與上述方列煤的基礎試驗引人了2個(gè)預測焦炭質(zhì)量的煤巖參法相同?？紤]到鏡質(zhì)組含有大量半惰性-惰性組數:瘦化指數和結焦性系數。以大量工業(yè)試驗為依分,提出了有效惰性組的概念,分別以有效惰性組據繪制了可直接預測焦炭強度的等強度曲線(xiàn)。阿分和焦炭轉鼓穩定性ASTM為橫縱坐標,繪制了莫索夫法奠定了夏皮洛法的基礎,同時(shí)驗證了煤巖0.8% ~1.3%共13條等反射率曲線(xiàn),發(fā)現焦炭強學(xué)在焦炭強度預測中的作用。度隨鏡質(zhì)組反射率的提高而增大,當鏡質(zhì)組反射基于阿莫索夫法，夏皮洛'5.對煤巖配煤方法進(jìn)率大于1.4%時(shí),焦炭強度隨鏡質(zhì)組反射率的提高行完善,將煤的顯微組分分為活性組分和惰性組分。而降低?；钚越M分中鏡質(zhì)組反射率按0.1%為間隔,將煤從2. 1.4 引入最大流動(dòng)度MF的方法0.3%~2.1%分為18個(gè)組型,以此來(lái)標志煤的變質(zhì)官津險中國煤化工鏡質(zhì)組平均反程度。隨后又引人2個(gè)配煤參數:強度指數SI和組射率預測焦|YHC N M H G平均反射率預測成平衡指數CBI,SI代表了活性組分的平均強度，更有規律性,因此在用鏡質(zhì)組平均反射率表示變質(zhì)232015年第6期潔凈煤技術(shù)第21卷程度的同時(shí)引入了MF來(lái)綜合反映煤的結焦性,分.2.2.4張學(xué)禮煤巖配煤方法別以鏡質(zhì)組平均反射率和MF為橫縱坐標，設i計2000年,張學(xué)禮1以煤巖學(xué)為基礎,考慮到煤了MOF圖指導配煤,在圖中煤被分成了4類(lèi),最終加熱過(guò)程中活性組分與惰性組分之間存在的差異,得出在MF=200 ~ 1000 ddpm,反射率在1.2% ~申請了“一種生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦炭的方法"專(zhuān)利。通過(guò)該1.3%時(shí)為最適宜的配煤區域。專(zhuān)利煉出的焦炭質(zhì)量全部達到--級冶金焦標準。在引入最大流動(dòng)度MF這一參數后,加拿大2.2.5武鋼工藝煤巖法Leeder 認為以半絲質(zhì)組的50%作為活性組分時(shí),用2007年,薛改鳳等(5發(fā)現單獨利用煤的工藝R-MF法預測焦炭強度可以得到較好的效果,并在指標或煤巖參數作為評定單種煤煤質(zhì)的指標并不全R-MF圖上繪制了等穩定度線(xiàn)。面,應將單種煤的黏結指數G、膠質(zhì)層最大厚度Y和2.2 國內煤巖配煤方法鏡質(zhì)組反射率的各分布區間之間的比例作為評定單2.2.1 周師庸煤巖配煤方法種煤煤質(zhì)的指標,根據特征區間集中度,保證了單種周師庸(9認為,煤化程度和煤巖組成是影響煙煤的合理配用,提高焦炭質(zhì)量。煤結焦性能的2個(gè)主要因素,當上述2個(gè)因素不足2.2.6 提取煤中活性組分的配煤技術(shù)以解釋這個(gè)問(wèn)題時(shí)，還取決于第3個(gè)原因即煤的還為節省優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源, 2012年劉文禮等[4原度。20世紀80年代初，周師庸利用鏡質(zhì)組反射發(fā)現可在儲量相對豐富的低變質(zhì)程度煤中分選出活率和惰性組分分別作為煤化程度及煤巖組成指標表性組分,再配人定量的優(yōu)質(zhì)煉焦煤進(jìn)行配煤煉焦。征煤的特性，利用容惰能力或羅加指數作為煤的還這種配煤方法需了解低變質(zhì)程度煤的煤巖活性組分原程度指標,發(fā)現新疆鋼鐵公司配煤過(guò)程中鏡質(zhì)組分布規律及煤活性組分與優(yōu)質(zhì)煉焦煤配煤煉焦規平均反射率小于0.6%時(shí),煤加熱過(guò)程中不軟化熔律。試驗表明該配煤技術(shù)最終能使低階煤的配入比融,因此將鏡質(zhì)組平均反射率等于0. 6%時(shí)作為劃.例超過(guò)20% ,且煉出的焦炭質(zhì)量合格。分鏡質(zhì)組屬于活性組分還是惰性組分的指標。預測3煤巖分析指標 與焦炭光學(xué)組織的關(guān)系方程中抗碎強度M40的相關(guān)系數可達0.86,耐磨強度M1o的相關(guān)系數達到0. 94。煤結焦過(guò)程中的黏結形式分為固化后沒(méi)有保留1985年,周師庸提出了新的配煤計算方法,該粒子原形的流動(dòng)結合型和固化后保留粒子輪廓的接配煤方法引入了2個(gè)配煤指標:惰性組分總量1和觸結合型,其中前者多是以活性組分為主的煤粒,后活性組分平均結焦指數MB。用200kg焦爐進(jìn)行煉者則:是以惰性組分為主的煤粒。煤中所含活性組分焦試驗,以I和MB作為橫、縱坐標作出等耐磨強度和惰性組分含量不同,最終焦炭的質(zhì)量也不同。曲線(xiàn),建立了焦炭強度預測模型。項茹等['Si發(fā)現鏡質(zhì)組反射率與焦炭顯微結構2.2.2 葉道敏配煤方法之間存在著(zhù)定性關(guān)系。將煉焦煤鏡質(zhì)組最大平均反1998年起,煤炭科學(xué)研究總院葉道敏等[10!對射率分為4個(gè)區域,使每個(gè)區域對應成焦后不同的不同成煤時(shí)期煤的特點(diǎn)進(jìn)行對比分析,利用數理統焦炭顯微結構。反射率小于0.75%的比例直接影計的方法擇優(yōu)選出3個(gè)基本參數:標準活性組分響成焦后焦炭的同性結構和細粒結構;反射率V,a,平均隨機反射率R..和標準差S。建立模型之0.75%~0.95%的比例則對應了焦炭的粗粒結構，后,選用一系列回歸分析方法判斷所選參數的優(yōu)劣同時(shí),粗粒結構隨著(zhù)該比例的增加而增加;反射率程度。試驗發(fā)現模型的相關(guān)系數可達0.98。0.95%~1.35%的比例增加時(shí)，粗粒、纖維、片狀結2.2.3劉運良配煤方法構增加;反射率大于1. 35%的比例增加時(shí)，則片狀、1994年,劉運良等["1指出,只利用鏡質(zhì)組反射纖維和惰性結構增加。張代林等16在此基礎上也率來(lái)判斷混煤或配煤的煤質(zhì)不準確,周師庸煤巖配做了定量研究,發(fā)現鏡質(zhì)組反射率與焦炭光學(xué)組織煤方法中引人的惰性組分總量1這- -參數,只能單指數( OTI)呈正線(xiàn)性關(guān)系。獨反應惰性組分的量,而活性組分的質(zhì)與量并不能煤中鏡質(zhì)組與集炭光學(xué)組織關(guān)系密切,直接影表示。所以,他首次引入了容惰指數Ih;來(lái)表示活、響焦炭光YH中國煤化工與各向異性的比惰性組分的質(zhì)量,同時(shí)也引人了活性組分配合度D.例。煤結CN MHG出,僅保留少量與容惰指數配合來(lái)進(jìn)行焦炭強度的預測。在焦炭中,成焦后形成氣孔并保留原來(lái)的形狀。煤24.趙悅等 :煤巖配煤技術(shù)研究進(jìn)展2015年第6期中惰質(zhì)組在結焦過(guò)程中保持原有的絲質(zhì)和小片狀結68-74.構,最終以絲質(zhì)與破片狀形式存在于焦炭中,同時(shí)惰[5] 楊水珍. 煤巖配煤技術(shù)的發(fā)展與現狀[J].煤化工,2004(3) :6-性組分含量會(huì )影響到加熱過(guò)程中形成的中間相小球[5]匯中砥.趙煥棟，李明富.煤巖配煤中CBI和SI指數的意義及體的質(zhì)量,從而直接影響同性結構。其應用[J].燃料與化工，1998 ,29(4):188-191.4結語(yǔ)7]江中砥，李明富煤巖配煤及焦炎質(zhì)量檢驗系統的開(kāi)發(fā)與應用[J].山東冶金,2010.32(4):1-4.將煤巖學(xué)知識與化學(xué)分析結合能較全面、精確[8] E 翠萍.乍雅楠.煤巖配煤的試驗研究[J].燃料與化工,2011.42(2) :10-12.評定煤質(zhì),利用煤巖學(xué)方法預測焦炭質(zhì)量是配煤技[9]周師庸. 煉焦煤性質(zhì)與高爐焦炭質(zhì)量[M].北京:冶金工業(yè)出術(shù)的一大突破。國內外都在不斷完善煤巖分析方法版社,2008.和測定裝備,許多煤巖學(xué)方法已應用于焦化企業(yè)生[10]葉道敏,肖文釗,羅俊義，等煤巖配煤和焦炭強度的預測產(chǎn)。隨著(zhù)煤巖分析儀器的改進(jìn),仍需加強研究煤巖[J].燃料與化1.198 ,29(5):233-236.參數與焦炭性質(zhì)之間的關(guān)系,從而提高煤巖配煤方[11] 劉運良,崔之棟,王慧英.等.論煤巖配煤中煤巖參數的選擇法的適用性,以更好預測焦炭質(zhì)量。[J].燃料與化I,1994 ,25(2):63-67.12] 張學(xué)禮. -種生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦炭的方法:中國, 1277985[ P].2000-參考文獻:12-27.I3] 薛改風(fēng),陳 鵬,魏松波,等.一種煉焦配煤方法:中國，[1] 申明新.中國煉焦煤的資源與利用[M].北京:化學(xué)C業(yè)出版101081989[ P]. 2007-12-05.社2007.4] 劉文禮,張 磊.門(mén)東坡.一種擴大煉焦煤資源的方法:中國，2] 齊洪濤、煤巖配煤技術(shù)開(kāi)發(fā)及參數的初步確定[J].煤化1.CN102627977A[P]. 2012-08 -08.2013(5);14-17.項茹,薛改風(fēng),陳 鵬， 等煉焦煤鏡質(zhì)組反射半分布對焦[3]上E海燕煤巖學(xué)與煉焦配煤技術(shù)的發(fā)展[J].煤質(zhì)技術(shù),2004炭顯微結構和熱性能的影響[J].煤化工I ,2007(5):47-49.(6):39-41.[16]張代林,曾濤,李偉鋒，等煤焦顯微結構特征與焦炭性質(zhì)[4]姚昭章,鄭明東.煉焦學(xué)[M].北京:冶金工.業(yè)出版社.2012:的關(guān)系[J].鋼鐵,2011 .46(1):14-18.(. 上接第21頁(yè))[4]陸軍煤矸石發(fā)電是擴大煤矸i綜合利用的有效途徑[J].功率391kW,進(jìn)料50~300mm、出料0~50mm;可中國煤炭,2001 ,27(7):36-42.逆錘式細碎機功率317 kW,進(jìn)料0 ~ 50 mm、出料[5] 劉志剛. 沸騰爐電廠(chǎng)煤矸石燃料破碎機的設計[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2004 ,31(SI):67 -68. .0~ 10 mm。[6]蔡贊烽,胡明振，劉超，等破碎理論與j數學(xué)模型發(fā)展綜述4)利用AspenPlus軟件模擬河坡電廠(chǎng)的破碎[J].黑龍江科技信息,008(4):48-49.工藝。模擬出料物流0~5.5~ 10 mm顆粒分別占7] 高強,張建華.破碎理論及破碎機的研究現狀與展望[J].機物料總質(zhì)量的38%和62%,電廠(chǎng)實(shí)測值則分別為[8] 魏永英 單齒輥破碎機設計與計算J].機械設計與制造，械設計2009< 10) :72-75.23%和68%。環(huán)式碎煤機和細碎機的建議電機功2008 ,5(S);18-20.率分別為327和1000kW,電廠(chǎng)實(shí)際使用電機功率[9]黃冬明，武殿梁.范秀敏,等圓錐破碎機的多目標規劃設計為315和1000kW。粒度分布和能耗均很好地擬[J].機械工程學(xué)報,2007.43(3):204 -211.合。因此,AspenPlus軟件模擬結果可以很好地預[10] 陳天虎,慶承松 .黃明康.煤矸石的特性及其選擇性破碎分選測河坡電廠(chǎng)的煤矸石破碎生產(chǎn)狀況,進(jìn)--步驗證了[J].礦產(chǎn)保護與利用1994(4):39-41.[川] Vuthaluru H B,Brooke R J,Zhang D K,er al. Efets of moisture and模擬模型的可行性。coal blending on hardgrove gindability index of Wesem Australiancal[J]. Fuel Poessing Technology ,2003 ,81(1):67-76.12]張妮妮.煤的可廓性指數變化及破碎機理研究[D].杭州:浙1] 岳林,秦斌.談煤矸石發(fā)電技術(shù)的現狀及展望[J].中國科江大學(xué),006.技投資.2012(30) :86.[13] 張清濤。 燃煤粒徑對循環(huán)流化床鍋爐( CFB)運行的影響[J].[2] E心義.楊 建,郭慧霞.礦區煤矸石堆放引起土壤重金屬污能源研究與管理.2010(1):32-34.染研究[J]. 煤炭學(xué)報,2006.31(6) :808-812.[14] Duan w中國煤化工. ASPEN Plus simula[3] li Jianping, Du Changlong, Bao Jianwei. Direct - impact of sievingtion oIYH1. CNMH Ged blat fumace slag .coal and gangue[ J]. Mining Science and Technology ( China) ,waste heat recovery systemL J小. E.nergy Lonversion and Manage-2010 20(4) :611-614.ment ,2015.100 :30-36.25