利用综合技术手段实现科学的煤种评价的研究

樊丽华 曹建磊

(1.华北理工大学，河北 唐山 063210；2.唐山中润煤化工有限公司，河北 唐山 063000)

0 引言

根据我国能源资源结构特点，多煤贫油少气的能源分布现状，如何高效广泛利用存量丰富的煤炭资源是目前大多能源企业面临的问题，以焦化行业为例，我国优质炼焦煤资源稀缺，为满足下游产品需求，提高焦炭供应量，以单一品种的焦煤进行炼焦生产已不能实现，大多焦化企业通过配煤扩大可用煤种范围，以往都是通过开发除气、肥、焦、瘦煤的品种实现，如添加弱粘煤、中粘煤、1/3焦煤等，拓展可用煤种范围，然而随着煤炭行业发展日益完善和旺盛的煤炭资源需求，更多的煤炭企业开始生产混煤保障供给量。

因此，如何通过技术手段实现对混煤的评价成为大多数焦化企业采购混煤的标准，即通过科学的煤种评价方式对采购煤种进行甄别和预测，实现使用混煤炼焦后，保障焦炭产品质量，满足生产需求及降低生产成本。针对于炼焦煤目前通常的技术检验方法有：工业分析、技术指标分析、岩相分析、热强度分析、煤灰成分分析等。大多焦化企业往往根据自身生产需要、设备情况及操作难易度选取其中一至两种分析方法对煤种进行评价，然而这种传统的分析评价方法已难以应对目前鱼龙混杂的炼焦煤资源，难以实现对该煤种入炉后的变化及焦炭产品质量情况进行精准预测，因此本文主要研究以上提到的分析方法进行综合煤种评价，提高对煤种的鉴别水平，提高对焦炭产品质量预测的正确率。

1 检验方法

1.1 工业分析和技术指标分析

煤的工业分析是了解煤质品性的重要指标，也是评价煤质好坏的基本依据。在我国国家标准中，煤的工业分析包括煤的水分(M)、灰分(A)、挥发份(V)和固定碳(Fc)和全硫分(S)几个参数，技术指标分析炼焦煤主要为胶质层最大厚度(Y)和粘结指数(G)，本文选取两种焦煤进行试验分析如表1所示。通过分析数据可知，两种焦煤工业分析指标和技术指标相差不大，难以分辨优劣。

表1 两种焦煤的技术参数

1.2 岩相分析

煤岩分析(petrographic analysis of coal)是指以光学显微镜为主要工具兼用肉眼和其他手段，对煤的岩石组成、结构、性质、煤化度作定性描述和定量测定的方法，是研究煤带学的重要手段。最常规的分析项目是煤岩显微组分和矿物质的测定、镜质组反射率测定、显微煤岩类型测定和宏观描述。

根据由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会2008年发布2009年实施的《煤的镜质体反射率显微镜测定方法》判定标准进行试验，并根据由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会2013年发布2014年实施的《商品煤混煤类型的判别方法》的判别标准进行判定，检验结果如表2所示。

表2 两种焦煤的检验结果

通过煤岩分析，虽然两种焦煤工业分析指标和技术指标相差不大，但两种焦煤岩相成分有明显区别。

1.3 热强度指标分析

热强度指标分析主要是获得煤种的焦炭反应性(CRI)以及焦炭反应后强度(CSR)指标。根据国家煤矿安全监察局2019年发布2020年实施的《炼焦煤炼焦试验方法》中的标准，本研究以此标准进行40kg小焦炉试验，简述其方法为：称取一定量的试验煤样，分四次装入装煤箱中，利用专用压块装置使其堆密度达到规定要求。装煤箱置于40kg试验焦炉中，按规定的升温程序和操作程序完成炼焦、出炉和熄焦等试验过程。计算焦炭成焦率(Kd)，测定所得焦炭的挥发分(Vdaf)和其他特性。以Vdaf和Kd作为焦炉试验方法的精密度评价指标，试验数据如表3所示。

根据试验数据可以看出两种焦煤的CRI和CSR有较大差别，焦煤2的热强度较焦煤1好，且稳定性好。

综上，通过对两种焦煤的多种检测分析，在配煤选择中可优先选用焦煤2进行生产，预测该煤种与焦煤1相比有较强可配型、稳定性。

通过综合煤种评价方式可以更全面的对煤种进行评价和预测，通过与煤源产地的资源检测数据进行比对可有效判定煤种分布及使用效果情况。当以上分析方法依然无法判定和预测，可检验煤灰成分进行判定，通过与煤种产地煤炭的灰成分与来煤煤样的灰成分进行比对，以实现鉴别不同煤种的目的，为配煤生产决策提供依据。

2 运用40kg小焦炉试验模拟生产阶段研究

通过以上的数据，运用40kg小焦炉试验模拟生产阶段两种煤的可配型、稳定性及对焦炭产品的预测。

2.1 两种焦煤分别与同一瘦煤进行替代性试验，考察煤种粘结性

考察煤种粘结性的配比方案如表4所示，试验结果如表5所示。

表3 煤样的评价数据

表4 配比方案

表5 各种煤样的试验结果

通过数据可知，焦煤1与焦煤2与同一瘦煤进行替代试验，焦煤2的可配型、粘结性较强。

2.2 两种焦煤在固定配比下的替代性试验

配比方案如表6所示。

表6 固定配比替代性实验配比方案

固定配比替代性实验的试验结果如表7所示。

通过试验数据，固定配比下焦煤2的热强度高于焦煤1的热强度。

根据两种焦煤与同一瘦煤进行替代性试验和固定配比下的替代性试验，验证了通过综合评价方式选取的焦煤2更优，在考虑两种焦煤同等价格的前提下，应选择焦煤2进行采购。证明了通过多种检测方法进行检验并进行综合煤种评价对煤种的选择及稳定生产，保障焦炭质量有较强的指导作用。

表7 固定配比替代性实验的试验结果

3 结语

选取传统单一的工业分析和技术指标分析进行煤种评价已然不能满足焦化企业的生产需求，使稳定生产及产品质量控制带来较大风险。

通过工业分析、技术指标分析、岩相分析、热强度分析的综合实验结果来看，可以对大多数煤种进行煤种评价与判定，实现对焦炉生产过程和产品质量的预测，可充分为入炉配煤提供依据。

建立多种检测方法对煤种进行分析评价是行之有效的判别和预测产品质量的手段，但检测成本较高，操作复杂，同时需要专业人员进行检测及进行综合评价，相关企业应根据自身条件及生产需要选取对煤种综合评价方法。