利用綜合技術手段實現科學的煤種評價的研究

樊麗華 曹建磊

(1.華北理工大學，河北 唐山 063210；2.唐山中潤煤化工有限公司，河北 唐山 063000)

0 引言

根據我國能源資源結構特點，多煤貧油少氣的能源分布現狀，如何高效廣泛利用存量豐富的煤炭資源是目前大多能源企業面臨的問題，以焦化行業為例，我國優質煉焦煤資源稀缺，為滿足下游產品需求，提高焦炭供應量，以單一品種的焦煤進行煉焦生產已不能實現，大多焦化企業通過配煤擴大可用煤種范圍，以往都是通過開發除氣、肥、焦、瘦煤的品種實現，如添加弱粘煤、中粘煤、1/3焦煤等，拓展可用煤種范圍，然而隨著煤炭行業發展日益完善和旺盛的煤炭資源需求，更多的煤炭企業開始生產混煤保障供給量。

因此，如何通過技術手段實現對混煤的評價成為大多數焦化企業采購混煤的標準，即通過科學的煤種評價方式對采購煤種進行甄別和預測，實現使用混煤煉焦后，保障焦炭產品質量，滿足生產需求及降低生產成本。針對于煉焦煤目前通常的技術檢驗方法有：工業分析、技術指標分析、巖相分析、熱強度分析、煤灰成分分析等。大多焦化企業往往根據自身生產需要、設備情況及操作難易度選取其中一至兩種分析方法對煤種進行評價，然而這種傳統的分析評價方法已難以應對目前魚龍混雜的煉焦煤資源，難以實現對該煤種入爐后的變化及焦炭產品質量情況進行精準預測，因此本文主要研究以上提到的分析方法進行綜合煤種評價，提高對煤種的鑒別水平，提高對焦炭產品質量預測的正確率。

1 檢驗方法

1.1 工業分析和技術指標分析

煤的工業分析是了解煤質品性的重要指標，也是評價煤質好壞的基本依據。在我國國家標準中，煤的工業分析包括煤的水分(M)、灰分(A)、揮發份(V)和固定碳(Fc)和全硫分(S)幾個參數，技術指標分析煉焦煤主要為膠質層最大厚度(Y)和粘結指數(G)，本文選取兩種焦煤進行試驗分析如表1所示。通過分析數據可知，兩種焦煤工業分析指標和技術指標相差不大，難以分辨優劣。

表1 兩種焦煤的技術參數

1.2 巖相分析

煤巖分析(petrographic analysis of coal)是指以光學顯微鏡為主要工具兼用肉眼和其他手段，對煤的巖石組成、結構、性質、煤化度作定性描述和定量測定的方法，是研究煤帶學的重要手段。最常規的分析項目是煤巖顯微組分和礦物質的測定、鏡質組反射率測定、顯微煤巖類型測定和宏觀描述。

根據由中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會2008年發布2009年實施的《煤的鏡質體反射率顯微鏡測定方法》判定標準進行試驗，并根據由中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會2013年發布2014年實施的《商品煤混煤類型的判別方法》的判別標準進行判定，檢驗結果如表2所示。

表2 兩種焦煤的檢驗結果

通過煤巖分析，雖然兩種焦煤工業分析指標和技術指標相差不大，但兩種焦煤巖相成分有明顯區別。

1.3 熱強度指標分析

熱強度指標分析主要是獲得煤種的焦炭反應性(CRI)以及焦炭反應后強度(CSR)指標。根據國家煤礦安全監察局2019年發布2020年實施的《煉焦煤煉焦試驗方法》中的標準，本研究以此標準進行40kg小焦爐試驗，簡述其方法為：稱取一定量的試驗煤樣，分四次裝入裝煤箱中，利用專用壓塊裝置使其堆密度達到規定要求。裝煤箱置于40kg試驗焦爐中，按規定的升溫程序和操作程序完成煉焦、出爐和熄焦等試驗過程。計算焦炭成焦率(Kd)，測定所得焦炭的揮發分(Vdaf)和其他特性。以Vdaf和Kd作為焦爐試驗方法的精密度評價指標，試驗數據如表3所示。

根據試驗數據可以看出兩種焦煤的CRI和CSR有較大差別，焦煤2的熱強度較焦煤1好，且穩定性好。

綜上，通過對兩種焦煤的多種檢測分析，在配煤選擇中可優先選用焦煤2進行生產，預測該煤種與焦煤1相比有較強可配型、穩定性。

通過綜合煤種評價方式可以更全面的對煤種進行評價和預測，通過與煤源產地的資源檢測數據進行比對可有效判定煤種分布及使用效果情況。當以上分析方法依然無法判定和預測，可檢驗煤灰成分進行判定，通過與煤種產地煤炭的灰成分與來煤煤樣的灰成分進行比對，以實現鑒別不同煤種的目的，為配煤生產決策提供依據。

2 運用40kg小焦爐試驗模擬生產階段研究

通過以上的數據，運用40kg小焦爐試驗模擬生產階段兩種煤的可配型、穩定性及對焦炭產品的預測。

2.1 兩種焦煤分別與同一瘦煤進行替代性試驗，考察煤種粘結性

考察煤種粘結性的配比方案如表4所示，試驗結果如表5所示。

表3 煤樣的評價數據

表4 配比方案

表5 各種煤樣的試驗結果

通過數據可知，焦煤1與焦煤2與同一瘦煤進行替代試驗，焦煤2的可配型、粘結性較強。

2.2 兩種焦煤在固定配比下的替代性試驗

配比方案如表6所示。

表6 固定配比替代性實驗配比方案

固定配比替代性實驗的試驗結果如表7所示。

通過試驗數據，固定配比下焦煤2的熱強度高于焦煤1的熱強度。

根據兩種焦煤與同一瘦煤進行替代性試驗和固定配比下的替代性試驗，驗證了通過綜合評價方式選取的焦煤2更優，在考慮兩種焦煤同等價格的前提下，應選擇焦煤2進行采購。證明了通過多種檢測方法進行檢驗并進行綜合煤種評價對煤種的選擇及穩定生產，保障焦炭質量有較強的指導作用。

表7 固定配比替代性實驗的試驗結果

3 結語

選取傳統單一的工業分析和技術指標分析進行煤種評價已然不能滿足焦化企業的生產需求，使穩定生產及產品質量控制帶來較大風險。

通過工業分析、技術指標分析、巖相分析、熱強度分析的綜合實驗結果來看，可以對大多數煤種進行煤種評價與判定，實現對焦爐生產過程和產品質量的預測，可充分為入爐配煤提供依據。

建立多種檢測方法對煤種進行分析評價是行之有效的判別和預測產品質量的手段，但檢測成本較高，操作復雜，同時需要專業人員進行檢測及進行綜合評價，相關企業應根據自身條件及生產需要選取對煤種綜合評價方法。