艾尔加煤的煤岩与煤质特性及炼焦配煤关键问题分析.pdf

第 卷第 期煤 质 技 术 年 月 移动阅读王越，庞克亮，马银华，等 艾尔加煤的煤岩与煤质特性及炼焦配煤关键问题分析 煤质技术，（）：，（）：艾尔加煤的煤岩与煤质特性及炼焦配煤关键问题分析王 越，庞克亮，马银华，夏 伟，吴昊天，谷致远，刘福军，赵 华（鞍钢集团北京研究院有限公司 北京；鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口；鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山）摘 要：我国焦化行业对优质炼焦煤需求不断增长，但面临日益严重的优质炼焦煤短缺和煤质下降问题，而俄罗斯远东地区的强黏结性低硫炼焦煤是我国炼焦配煤的良好补充，其与国内高硫肥煤和焦煤存在成焦特性差异但具有煤质互补性，配煤炼焦时有利于稳定焦炭质量。系统分析南雅库特煤田艾尔加煤的煤岩、煤质、黏结成焦特性以及煤灰化学成分，对炼焦配煤的关键问题进行分析。结果发现：艾尔加煤为典型的肥煤，黏结性强、胶质层厚度大、流动性好、膨胀度高，在炼焦配煤中可以发挥良好的作用；艾尔加煤的灰分、硫分含量低，有害微量元素含量低，能满足我国炼焦煤进口的要求；艾尔加煤中镜质组含量在 以上，活惰比异常高，偏离煤岩配煤中组分平衡指数区间；艾尔加煤中碱金属和碱土金属含量较高，矿物催化指数高。艾尔加煤制备焦炭的热反应性（），反应后强度（），应开展活惰比调控和煤灰化学成分调控研究，制定科学合理的互换性配煤实验方案，为国内焦化企业大比例配用该煤提供技术支撑。关键词：炼焦配煤；煤岩；煤质特征；埃尔加煤；活性组分；组分平衡指数；矿物催化指数；煤灰成分中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：责任编辑：何毅聪 ：基金项目：鞍钢股份有限公司科研资助项目（）作者简介：王 越（），男，山东莱芜人，高级工程师，主要研究方向为煤岩学及现代煤质技术研究。：，（，；，；，）：，煤 质 技 术 年第 卷 ，（）（）（），（），：；引 言在我国煤炭消费中，电力、冶金、建材、化工是 个最主要的消费行业，炼焦用煤的消费量约占全部煤炭消费总量的。随着“碳达峰、碳中和”战略的实施以及全社会环保意识的增强，对不同用煤领域的煤炭质量提出了更高的要求。炼焦用煤原则上必须使用精煤，对特定工艺性能指标有基本的要求，对商品煤性质和质量的要求总体上高于其它行业用煤。近年来，我国炼焦用煤的生产情况发生了较大的变化。随着我国炼焦煤开采强度不断增大，煤质劣化现象比较严重，使炼焦精煤的灰分和硫分呈增高趋势。优质炼焦煤资源相对紧缺，炼焦煤的供应总体上偏紧。混煤入洗和供应的现象比较普遍，煤质相对变差且波动较大，给炼焦生产工艺和稳定焦炭质量带来较大的困难。随着我国焦炉大型化、炼焦工艺及配煤技术的发展，焦化企业普遍对低灰、低硫、中高变质、低反应性、强结焦性的优质炼焦煤的需求量增大。特别是优质焦煤、肥煤的资源消耗过大，已经逐渐不能满足焦化企业的生产需求，影响焦化稳定生产和焦炭质量的提高。此外，商品煤质量管理暂行办法 以及 商品煤质量评价与控制技术指南 等政策和标准相继出台，对煤中硫分及其它有害元素的关注程度日渐提高。我国焦化行业对优质炼焦煤需求不断增长，但面临日益严重的优质炼焦煤短缺和煤质下降问题。国外炼焦煤与国内炼焦煤的煤质和工艺性能互补性强，从海外进口大量优质炼焦煤，可在一定程度上缓解优质炼焦煤短缺的问题。尤其是俄罗斯远东地区炼焦煤资源丰富，煤种齐全，运输距离近，俄罗斯强黏结性低硫炼焦煤是我国炼焦配煤的良好补充。目前国内焦化企业对该地区的气煤、焦煤、肥煤、焦煤和瘦煤均进行了配煤使用。俄罗斯焦煤的煤质稳定，具有低灰、低硫的优点，与国内高硫肥煤及焦煤具有煤质互补性，配煤炼焦时有利于稳定焦炭质量，降低焦炭灰分和硫分，提高焦炭平均粒度和抗碎强度，在国内焦化企业应用广泛。在炼焦配煤中使用俄罗斯 焦煤替代一部分国内焦煤，可以在保持焦炭强度基本稳定的情况下，降低配合煤成本。王春华在山西炼焦煤中配入不超过 的俄罗斯炼焦煤降低硫分，不仅能保证比较理想的焦炭质量，而且代替了稀缺的国内炼焦煤资源。彭永根等以 的俄罗斯低硫 焦煤与山西兑镇高硫焦煤替代 的优质焦煤，控制配煤硫分，不仅能保持焦炭冷强度和热性能稳定，而且能显著降低配煤成本。吴洪义等控制俄罗斯 焦煤的配入量，保证配煤的黏结性，焦炭的冷热强度较好，粒度较大，并能降低配煤成本。配用少量俄罗斯低硫肥煤，可改善焦炭的硫分。如使用 的俄罗斯低硫肥煤与山西高硫焦煤配合使用，在保证焦炭质量稳定的前提下，可降低配煤成本。用俄罗斯肥煤替代部分淮北临涣肥煤，可降低配煤成本、优化配煤结构。在韶钢 焦炉上进行俄罗斯低硫肥煤的工业配煤生产，不仅生产出合格焦炭，而且显著降低配煤成本。俄罗斯低硫肥煤在 焦炉配用比例可达，对进一步提高比例仍需继续研究。第 期王 越等：艾尔加煤的煤岩与煤质特性及炼焦配煤关键问题分析俄罗斯南雅库特煤田的艾尔加炼焦煤具有鲜明的煤质特点，该炼焦煤与国内炼焦煤的成焦特性存在一定的差异，配用效果与国内优质炼焦煤相差较远。笔者系统分析艾尔加煤的煤岩、煤质、黏结成焦特性以及煤灰化学特征，对其炼焦配煤的关键问题进行分析，以期为国内焦化企业大比例配用该煤提供技术支撑，对节约我国优质炼焦煤资源、降低焦化企业的生产成本和原料采购难度以及保障我国煤焦行业健康、可持续发展具有重要的实际意义。实验研究 样品采集与煤质测试按照 商品煤样人工采样方法 分别从国内某港口采集 种艾尔加原煤和 种精煤，按照 煤样的制备方法制备分析煤样。按照 煤的镜质体反射率显微镜测定方法 以及 煤的显微组分组和矿物测定方法 测试样品的煤岩特征。分别按照 煤中全水分的测定方 法、煤 的 工 业 分 析 方法、煤 中 全 硫 的 测 定 方法、煤中各种形态硫的测定方法、煤 的 发 热 量 测 定 方法、煤 中 碳 和 氢 的 测 定 方法、煤 中 氮 的 测 定 方法、煤 中 磷 的 测 定 方法、煤 中 砷 的 测 定 方法、煤 中 氯 的 测 定 方法、煤 中 氟 的 测 定 方法、煤 中 汞 的 测 定 方法、煤的可磨性指数测定方法 哈德格罗夫法、煤的真相对密度测定方法 等国标方法测试样品的基本煤质特征。分别按照 烟煤黏结指数测定方法、烟煤胶质层指数测定方法、烟煤奥阿膨胀计试验、煤的塑性测定 恒力矩吉氏塑性仪法、烟煤坩埚膨胀序数的测定电加热法、煤的格金低温干馏试验方法 等测试样品的多种炼焦特征。分别按照 煤灰成分分析方法、煤灰熔融性的测定方法测试样品的煤灰化学特征。按照式（）计算样品的碱酸比（）。（）（）（）成焦特性实验及焦炭分析按照 炼焦煤炼焦试验方法 对实验样品进行 试验焦炉成焦特性实验，分别按照 焦炭机械强度的测定方法 以及 焦炭反应性及反应后强度试验方法 测试样品的冷态强度及热强度。结果与讨论 艾尔加煤的煤岩特征分析艾尔加煤的煤岩特征见表。由表 可知，埃尔加煤的变质程度（）与黑龙江、山西部分地区的肥煤相当；镜质体反射率分布较为集中，为单一煤种。煤岩显微组分以镜质体为主，含量均在以上，绝大部分为均质镜质体。惰质组含量在以下，以半丝质体和碎屑惰质体为主，偶见丝质体。壳质组含量不超过，以角质体、孢粉体和树脂体为主。艾尔加煤的煤质特性分析 基本煤质特征艾尔加煤的基本煤质特征见表。由表 可知，艾尔加煤的煤质特征较优良，精煤灰分较低，硫分极低，挥发分高，发热量高，哈氏可磨性指数（）较高。有害微量元素含量低，为特低磷、特低氯、特低砷、特低汞、中低氟含量煤，具有较好的环保属性，能满足我国炼焦煤进口的要求。塑性特征艾尔加煤的塑性特征见表。由表 可知，得益于艾尔加煤中超高的镜质组含量，煤的塑性特征极佳。黏结指数（）大于，为强黏结性煤；胶质层最大厚度（）可达 以上，为优质肥煤，在炼焦配煤中可以发挥较好的黏结作用。吉氏最大流动度（）可达 ，可以对弱黏结煤颗粒进行有效包裹，塑性温度区间可达 ，为胶质体塑性区间搭接提供有力的支撑。但奥阿最大膨胀度（），在炼焦配煤中应控制配入量，避免造成焦块收缩不足导致难推焦及破坏焦炉。煤 质 技 术 年第 卷表 艾尔加煤的煤岩特征 样品镜质体反射率 标准差反射率分布显微组分体积分数（去矿物基）镜质组惰质组壳质组原煤 原煤 精煤 表 艾尔加煤的基本煤质特征 样品 工业分析，成分硫，发热量（），原煤 原煤 精煤 样品元素分析 （）（）（）原煤 原煤 精煤 表 艾尔加煤的塑性特征 样品 胶质层指数 吉氏流动度 原煤 原煤 精煤 样品奥阿膨胀度 原煤 原煤 精煤 煤灰化学特征艾尔加煤的煤灰成分见表。由表 可知，艾尔加煤中的、等碱金属和碱土金属含量较高，与煤的成煤环境密切相关。原煤、原煤 以及精煤的碱酸比分别为、和 ，碱性氧化物含量相对较高，对焦炭的溶损反应造成一定的不利影响。艾尔加煤在氧化气氛及弱还原气氛中的煤灰熔融性温度见表。由表 可知，艾尔加煤在氧化气氛及弱还原气氛中的煤灰熔融性温度均较高，不会对炼焦造成不利的影响。第 期王 越等：艾尔加煤的煤岩与煤质特性及炼焦配煤关键问题分析表 艾尔加煤的煤灰成分 样品煤灰成分 原煤 原煤 精煤 表 艾尔加煤的煤灰熔融性温度 样品氧化气氛 弱还原气氛 原煤 原煤 精煤 成焦特性分析利用 实验焦炉进成焦特性实验后，焦炭的质量特征见表。由表 可知，艾尔加单种煤焦炭的冷态强度指标较好，但热态强度指标较差，焦炭热反应性（）均在 以上，而反应后强度（）均在 以下。表 艾尔加煤制备焦炭的质量特征 样品抗碎强度（）耐磨强度（）热反应性（）反应后强度（）原煤 原煤 精煤 炼焦配用艾尔加煤的关键问题分析艾尔加肥煤具有低硫、强黏结性的特点，是 种较好的配煤炼焦的基础煤种，可弥补我国低硫、强黏结肥煤资源不足，同时可降低配煤成本和焦炭硫分。但该煤的活性组分含量较高，活惰比异常高，偏离煤岩配煤理论中组分平衡指数（）区间，如图 所示。在成焦过程中，活性组分含量偏高，黏结性过剩，造成焦炭气孔大、孔壁薄（图），对焦炭冷强度和热性能造成不利影响。此外，艾尔加煤还存在碱金属和碱土金属含量高，矿物催化指数高等缺点。此 种因素共同导致艾尔加单种煤炼焦反应后强度低的不足。图 艾尔加煤在组分平衡指数（）图中的位置 （）图 艾尔加煤制备焦炭的光学组织特征（油浸，正交偏光，检板，）（，）煤 质 技 术 年第 卷 因此，针对艾尔加煤活惰比异常高、矿物催化指数高的问题，开展活惰比调控实验和煤灰化学成分调控实验研究，制定科学合理的配煤方案，开展艾尔加煤替代肥煤及 焦煤的互换性配煤实验，并在生产焦炉上进行试生产，为国内焦化企业大比例配用该煤提供技术支撑。结 论基于俄罗斯远东地区的强黏结性低硫炼焦煤是我国炼焦配煤的良好补充，其与国内高硫肥煤和焦煤存在成焦特性差异但具有煤质互补性，配煤炼焦时有利于稳定焦炭质量，因而系统分析南雅库特煤田艾尔加煤的煤岩、煤质、黏结成焦特性以及煤灰化学成分，并对炼焦配煤的关键问题进行分析，结果发现：（）按照中国煤炭分类（），艾尔加煤为典型的肥煤，黏结性强、胶质层厚度大、流动性好、膨胀度高，煤的塑性特征极佳，在炼焦配煤中可以发挥较好的作用。（）艾尔加煤的灰分、硫分含量低，有害微量元素含量低，为特低磷、特低氯、特低砷、特低汞、中低氟含量煤，具有较好的环保属性，能满足我国炼焦煤进口的要求。（）艾尔加煤中镜质组含量在 以上，惰质组和壳质组含量极低，活惰比异常高导致偏离煤岩配煤理论中组分平衡指数（）区间，对焦炭冷强度和热性能造成不利影响。（）艾尔加煤中碱金属和碱土金属含量较高，矿物催化指数高，对焦炭的溶损反应会造成一定的不利影响。（）艾尔加煤制备焦炭的热反应性（）均在 以上，而反应后强度（）均在 以下，应开展活惰比调控实验和煤灰化学成分调控实验研究，制定科学合理的互换性配煤实验方案，为国内焦化企业大比例配用该煤提供技术支撑。参考文献（）：白向飞，张宇宏 中国炼焦商品煤质量现状分析 煤质技术，（）：，（）：白向飞，王越 中国炼焦商品煤工艺性能及国内外炼焦煤对比分析 煤质技术，（）：，（）：邢毅，王文光，翟向军，等 俄罗斯进口 焦煤在本钢的应用研究 冶金能源，（）：，（）：杨凤君 西钢配用俄罗斯煤炼焦的探索与实践 燃料与化工，（）：，（）：陈国祥，王宇，崔正义 某种俄罗斯焦煤性能分析 广东化工，（）：，（）：任华伟，钱如刚，吕青青 美国与俄罗斯瘦焦煤的煤质分析及应用 煤化工，（）：，（）：王春华 山西炼焦煤与俄罗斯炼焦煤配煤炼焦应用探索 煤化工，（）：，（）：彭永根，刘翔宇 高硫兑镇主焦与低硫俄罗斯 煤互补配用实践 金属材料与冶金工程，（）：，（）：吴洪义，陈晓光，韩文有，等 美国和俄罗斯焦煤的对比研究与炼焦实践 燃料与化工，（）：，（）：陈明明，张海平，王和喜，等 俄罗斯低硫肥煤配煤炼焦实践 燃料与化工，（）：（下转第 页）第 期朱 青等：煤炭制样嵌入式洗瓶系统关键技术研究及应用 ，（）：赵航 全自动智能存查样系统在燃料验收中的应用 科技风，（）：孙引忠，韩泰然 工业机器人智能化验系统在选煤厂的应用 煤矿机电，（）：，（）：杨勇，任率 煤质无人化验系统的关键技术及性能试验 煤质技术，（）：，（）：饶华，杨勇，吴抒轶 人工智能技术在煤质无人化验系统中的应用 煤炭加工与综合利用，（）：，（）：罗建明，陈超，何帅，等 煤质化验无人化智能分析系 统 的 研 究 探 讨 煤 质 技 术，（）：，（）：凌君安，陈燕，陈康 剖析气动管道传输系统在燃料智能化管控中的具体应用 机电产品开发与创新，（）：，（）：李璐，李家成，王佳豪，等 超声波清洗技术在工业领域的应用研究进展 应用化工，（）：，（）：刘洁 超声波清洗技术在硬式腔镜器械清洗消毒中的应用 医疗装备，（）：，（）：（上接第 页），（）：王小四，高光会，郭平，等 俄罗斯肥煤的实践应用分析 燃料与化工，（）：，（）：曾令鹏，刘克辉，范国光，等 一种质量特异俄罗斯肥煤的研究与应用 南方金属，（）：，（）：刘睿，周森林，冯强 种改善型煤种的配煤炼焦试验研究 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