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1 绪论
1.1 中国煤炭资源概况
中国是一个以煤炭为主的能源大国，在世界煤炭储量中仅次于美国，位居世界第二。煤炭产量占世界产量的37%。煤炭作为中国的主要能源，分别占一次能源生产和消费总量的76%和69%，在未来相当长的期内，中国仍然将是以煤为主的能源结构。
1.1.1 我国炼焦煤资源分布
中国炼焦煤资源是指在中国煤分类国家标准（GB5751）中的气煤、1/3焦煤、气肥煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤和1/2中黏煤。
虽然我国炼焦煤丰富，但是明显存在两个不平衡—在地区和品种分布上。虽然在29个省(自治区)赋存有炼焦煤，可是炼焦煤资源主要集中分布在为数不多的地区，中国煤炭资源北多南少，西多东少，煤炭资源的分布与消费区分布极不协调。从总的分布看，尽管东部沿海地区煤储量小，然而产量较大，但是内陆及西部地区储量很高，而且近几年的产量不断加大。全国炼焦煤储量的70%仅仅是山西、河南、内蒙古、安徽四省的炼焦煤储量。从各大区的分布情况看，仍然是很不平衡的，华北地区炼焦煤储量约占全国储量的2/3，其中50%以上是山西这一个省的。安徽、山东两省是华东地区炼焦煤储量的主要集中地，而工业主要在以上海为中心的长江三角洲地区。东北地区炼焦煤仅占全国炼焦煤储量的5%，储量较少，主要分布在黑龙江、吉林两个省，但工业却集中在辽宁。东北三省的不少矿区如本溪、抚顺等煤矿井已经枯竭[1-3] ，这是由于东北三省开发强度大造成的。西南地区有67%的煤炭资源集中在贵州，而工业主要在四川。 1.1.2 我国炼焦煤资源特点
我国炼焦煤品种虽然齐全，但分布很不平衡，储量最大的气煤（包括1/3焦煤）占我国炼焦煤储量的57%，肥煤、焦煤、瘦煤加到一起也不到炼焦煤储量的
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辽宁科技大学本科生毕业论文 第2页 50%。具体的比例分布为：肥煤14.46%；焦煤16.89%；瘦煤12.38%；而且在储量中高硫（Std≥2%）的肥煤、焦煤、瘦煤分别占本煤种的48.0%、29.6%和56.64%；即有一半的肥煤和瘦煤是高硫煤，1/3的焦煤是高硫煤。
由于煤资源与我们生活密不可分，所以在炼焦煤资源紧缺的情况下，国内外相关人员都在研究如何保护煤资源，主要从以下几个方面着手[4]：
（1）对煤厂设施进行完善，从选煤、洗煤到分析出厂都要按部就班，提高对煤的合理使用和分配效率。减少焦化厂炼焦对优质煤的依赖性。可以采用煤粉高炉喷吹手段，对含有碳氢化合物的废弃物进行喷吹，还可以添加废弃的碳素制品和聚四氟乙烯等物质。
（2）加快配煤炼焦的可行性发展及捣固焦炉的建设与更新。采用配合煤炼焦，多配入瘦煤、气煤、贫瘦煤等煤使配合煤炼焦焦炭质量达到单种煤炼焦质量标准。同时，捣固炼焦技术和配型煤技术的改革同样有利于炼焦煤的节约，能够减少污染，改善焦炭热强度有限的缺点。这样不仅能节约煤资源，还能有效利用煤资源，提高效益，降低成本。
1.2 煤的黏结性和结焦性
1.2.1 煤黏结性和结焦性的意义
煤的黏结性和结焦性是评价炼焦用煤的两个重要指标。煤的黏结性是指烟煤在干馏时黏结其本身或外加惰性物质的能力，反映烟煤在干馏过程中能够软化熔融形成胶质体并固化黏结的能力。煤的结焦性是指在工业生产条件下，形成具有一定块度和强度焦炭的能力。煤的黏结性是煤形成焦炭的前提和必要条件，炼焦用煤必须具备一定的黏结性[5]，黏结性很大程度上取决于热解软化时产生胶质体的数量和质量，因此本文用测定胶质层指数来评价煤的黏结性的好坏。 1.2.2 国内外测定煤黏结性和结焦性的方法研究
测定黏结性和结焦性的实验室方法很多，常用的方法有：坩埚膨胀序数、罗加指数、黏结指数、基氏流动度、胶质层指数、奥亚膨胀度和葛金焦型等七种。
目前，国内比较常用的评价指标包括黏结指数、胶质层指数、奥亚膨胀度。
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辽宁科技大学本科生毕业论文 第3页 其中，胶质层指数的测定因其具备直接模拟性，作为评价烟煤黏结性与结焦性好坏与指导炼焦配煤的重要指标[6]。
1.3 配煤炼焦
以前，炼焦只用单种炼焦煤，随着炼焦工业的快速发展，炼焦煤的储量开始感到不足，而且还存在着煤炼得的焦饼收缩小，推焦困难；炼焦煤膨胀压力很大，容易胀坏炉体；炼焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率小等缺点。为了克服这些缺点，采用了多种煤的 配煤炼焦。所谓配煤就是将两种以上的单种煤，按适当比例均匀配合，以制得满足各种用途的焦炭。配煤炼焦在合理利用炼焦煤资源、保证炼焦生产的顺利进行、提高焦炭质量和增加炼焦化学产品产量等方面有着重要的意义。
1.3.1 配煤炼焦的优点
采用配煤炼焦具有以下方面的优点[7]：
（1）节约优质炼焦煤，扩大炼焦煤资源，使煤炭资源得到最大程度的充分利用；
（2）充分利用各单种煤的结焦特性，改善焦炭质量，生产出满足用户需要的质量指标的焦炭，满足不同的用途；
（3）在保证焦炭质量的前提下，增加炼焦化学产品的产率和炼焦煤气的发生量；
（4）有利于炼焦生产操作，避免推焦困难，能够延长焦炉的使用寿命。 1.3.2 配煤炼焦的基本原则
为了保证焦炭质量，又利于生产操作，在确定配煤方案时，应考虑以下几项原则[8]：
（1）保证生产出的焦炭质量符合各种指标；
（2）在焦炉内不产生较大的膨胀压力，以免损坏炉体和造成推焦困难； （3）充分利用本地区资源，可起到运输合理和降低产品成本之优势；
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（4）在保证焦炭强度的前提下，尽可能增加化学产品的产率（即配煤挥发份尽量高一些）；
（5）在保证焦炭质量的前提下，尽量节约使用焦煤等优质炼焦煤，尽可能多配入气煤、1/3焦煤和黏结性较差的煤，以做到合理利用中国的煤炭资源。 1.3.3 国内外配煤炼焦的发展现状
随着配煤炼焦技术的发展，配煤炼焦已经不再局限于气煤，肥煤和焦煤之间。近些年来，在国内外市场上，优质炼焦煤越来越少、炼焦煤价格在大幅度攀升。国内外有些专家学者开始研究非炼焦煤和炼焦煤配合炼焦的技术，并进行了进一步的探索。王海燕[9]研究了在炼焦煤中添加焦粉，无烟煤等非炼焦煤，最后的实验表明：添加焦粉，无烟煤等高碳物料是可行的，不但能提高焦炭收率，增加焦炭产量，而且可以稳定焦炭强度，改善焦炭粒度，显著降低焦炭成本。项茹[10]等人研究了细粉碎后贫瘦煤, 与气肥煤、肥煤、1/ 3 焦煤及焦煤按质量比1:1 进行配煤共结焦试验。研究结果表明: 在保证焦炭质量的前提下, 要提高贫瘦煤的配入量, 必须有充足的肥煤和气肥煤配入量, 适度限制1/ 3 焦煤和焦煤的配入量; 1/ 3 焦煤在结焦过程中的膨胀性和流动性远远低于气肥煤和肥煤, 因此其与贫瘦煤共结焦结果不同于常规的结焦机制。张丙生等人[11]研究了改质沥青对冶金焦炼制过程单种煤成焦性质的影响，最后的实验结果表明：改质沥青对焦炭的灰分，硫分，挥发分等性质都有所改变。贾金贵等人研究了焦粉和焦油渣在对配煤炼焦的影响，最后实验表明：配入焦粉后，炼焦煤的焦化，瘦化与抗裂作用明显，不但可以将焦粉配入，而且可以改善焦炭质量。但是，焦油渣和焦粉混匀后配到炼焦煤中，作用不明显。
各种煤混合后炼制的焦炭质量的好坏关键是受到配合煤之间相互作用的结果。Richard Sakurovs[12]对煤的热塑性的研究结果表明：在400℃～520℃这段温度范围内，配合煤之间的相互作用最强烈，挥发分是影响煤的热塑性的重要因素。Fernandez, M等[13]将通常用于炼焦的工业配合煤（ICB）选定为研究对象。工业配合煤中的高结焦压力煤的含量为两个百分比，即20%和25％。为了减弱ICB中危险煤产生的结焦压力，采取用于高炉煤粉喷吹（PCI）的两种不同变质程度的煤和焦粉作为添加剂的使用。用17Kg电加热式可移动炉墙焦炉测量由炭化过
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辽宁科技大学本科生毕业论文 第5页 程中配合煤产生的、传递给炉墙的压力。此外，对煤的塑性层渗透性进行了评估，通过测量焦炭的冷态强度、反应性和反应后强度对生产的焦炭的质量进行了评价。结果发现，虽然焦粉是减少结焦压力最有效的添加剂，但会造成焦炭质量严重下滑；另一方面，低挥发性喷吹煤成功地减少结焦压力，而对焦炭质量不会造成重大影响。
配煤炼焦不但可以提高焦炭的质量，同时也可以减少肥煤和焦煤的加入量。这样，可以缓解煤炭资源供应紧张的现状。
1.4 捣固炼焦技术
1.4.1 捣固炼焦的基本原理
捣固炼焦是利用捣固机械将堆密度为0.72t/m3的散装煤提高到1.10～1j.15t/m3，由焦炉侧面推入炭化室中进行结焦。其原理是：炼焦煤堆密度的增加，煤粒间间隙较小，结焦过程中煤料受热软化熔融所产生的胶质体很容易在不同煤质表面均匀分布浸润。其次，由于煤粒间接触更致密，将间隙充满所需要的胶质体液态产物的数量减少，即用来分布在煤粒表面上的胶质体液态产物数量较少。在炼焦生产的过程中，煤粒间可以形成较强的界面结合。此外，捣固后的炼焦煤结焦过程中产生的气体不易析出，煤粒间的膨胀压力变大，使变形的煤粒更加靠拢，提高了煤粒间的接触面积，有利于煤热解产物的游离基与不饱和化合物缩合反应的进行。同时随着热解产生气体析出时阻力的增加，气体在胶质体内的停留时间延长。这样，气体中某些带自由基的原子团或热分解时的中间产物有更充分的时间进行相互作用，容易产生分子量适中，结构更加稳定的物质。增加胶质体内不挥发的液相产物，结果胶质体不仅数量增加，而且还变得稳定。这些都有利于炼焦煤粘结性能的增加[14]。 1.4.2 捣固炼焦技术特点
捣固炼焦与常规炼焦的本质差别就是装炉煤料堆密度的差别。煤料的堆密度与煤粒对水的浸润性、表面张力、煤粒之间的粘着力和摩擦力的作用、煤料的粒度组成和外来施加的压力等因素有关[15-18]。
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