Fuel&Chemical Processes
第52卷第2期
•综述与专论•
吴洪义1陈晓光1韩文有1王世杰2周尽晖2徐珍2
(1.宁波钢铁有限公司，宁波315807；
2.武汉科技大学湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室，武汉430081)
胶水平台
摘要：借助于先进的分析检测手段，对美国和俄罗斯焦煤的煤质特性和结焦特性进行了系统全面的分析评价，2种煤均属于低灰、低硫的高变质程度焦煤，黏结性差，结焦性一般，热性质较差。且俄罗斯煤硫分极低，价格也更具优势，是相对较好的瘦焦煤。基于生产实践,2种煤在配煤中可以作为瘦焦煤使用，调节焦炭的粒度，通过控制其配入量，保证配合煤黏结性的前提下，可以获得冷热强度较好的焦炭，降低配煤成本。中图分类号：TQ520.4文献标识码：A文章编号：1001-3709(2021)02-0001-05 Comparison and practice of using coking coal from the USA and Russia
Wu Hongyi1Chen Xiaoguang1Han Wenyou1Wang Shijie2Zhou Jinhui2Xu Zhen2
(1.Ningbo Iron&Steel Co.,Ltd.,Ningbo315807,China；
2.Hubei Key Laboratory of Coal Conversion and New Carbon Materials,
Wuhan University of Science and Technology,Wuhan430081,China)
Abstract:With the aid of advanced analysis and determination methods,the coal quality and coking characteristics of coking coal from the USA and Russia were comprehensively analyzed and evaluated.The two type of coals belong to high metamorphic coking coal with low ash,low sulfur,poor caking property,moderate coking property and poor coke strength after reaction(CSR).Moreover,the coals from Russia are better lean coking coals and have more advantages in extremely low sulfur as well as price.Based on actual operation,the two kinds of coal can be used as lean coking coal in coal blending,which is beneficial to adjust the particle size of the coke.Measures are taken to optimize the blending amount and ensure the caking property of the blended coal.As a result,coke with better me
chanical strength and CRI/CSR can be obtained and the cost of coal blending can be reduced. Key words:Foreign coking coal；Coal quality evaluation；Coal blending；Coke quality
世界上的焦煤25%贮藏在中国,25%贮藏在中国以外的其他亚洲国家,25%贮藏在美国和加拿大, 25%贮藏在澳大利亚以及其他世界各国[l]o在我国的炼焦煤资源中，以低变质的气煤和1/3焦煤的比例居多，占全国炼焦煤资源的45%以上，焦煤占比24%[2]o近年来，我国优质炼焦煤的可开采量不断萎缩，在国家注重能源结构调整、加强环保要求、控制煤炭产量增速等多重作用下，优质炼焦煤资源短缺的矛盾日渐突出，特别是优质焦煤作为炼焦配煤的重要煤种供应更加紧张。我国焦化企业主要分布在沿海一带和部分内陆城市。沿海地区水运便捷，对进口煤存在刚需，近年来，进口焦煤、瘦焦煤在配煤中的比重不断提高。我国进口炼焦煤主要来自澳大利亚、蒙古、加拿大、俄罗斯、美国、印尼等国家。由于各地的炼焦煤成煤条件不同，虽然挥发分及黏结性能指标符合国内炼焦煤的分类标准，但其成焦
收稿日期：2020-06-01
作者简介：吴洪义（1973-），男袁高级工程师
基金项目：国家自然科学基金项目资助（51706160）
特性及地质特性等均有自身的特点，这给进口煤种的应用带来了困难[3-7]o
宁波钢铁有限公司现有2座6m顶装焦炉，近年来，随着扩大炼焦煤来源，降低炼焦成本的需要，使用的国外炼焦煤涉及焦煤、肥煤等牌号，配用的国外炼焦煤量剧增。为了更好地配用国外炼焦煤，本文系统地检测评价了美国和俄罗斯焦煤的煤质特性，并分析了其在炼焦生产配用中的作用遥
1实验原料和研究方法
实验原料为宁波钢铁有限公司用于炼焦的美国焦煤和俄罗斯K10煤。煤焦的各项性质指标测定主要依据现行国标进行，部分检测方法说明如下。
(1)实验室炼焦试验在5kg焦炉进行。入炉煤水分为6.0%；装煤温度为800益；升温时间为3.5h(自控程序升温)；结焦终温为1150益；焖炉时间为3h；结焦时间为6.5h o
(2)焦炭显微强度的测定方法。将焦样粉碎至0.6-1.25mm，称取工业焦样2±0.001g放入内径25.4mm、长305mm的转鼓，鼓内装有椎8mm钢珠12个，转鼓转速为25r/min，转800转后取出样品。用0.21mm、0.6mm的方孔筛筛分，震动机震筛4min，将>0.6mm、0.21-0.6mm、<0.21mm各级焦样的质量占入鼓焦样百分数，分别以R1、R2、R3表示，并以R1+R2作为显微强度MSI O
(3)焦炭碱性催化指数的计算方法。
MCI=粤M伊(Fe2O3+1.9K2O+2.2Na2O+1.6CaO +0.93Mg0)/[(100-灾M)伊(SiO2+0.41Al2O3+2.5 TO)]
(4)焦炭光学组织结构。用焦炭光学组织指数(0TI)来表征焦炭光学组织各向异性程度。
OTI=^f i OTI)i
式中：歩为焦炭各光学组织相对应的含量；(0TI)蚤为焦炭各光学组织相对应的赋值。
焦炭各显微组分的赋值(0TI)蚤如表1所示。
表1焦炭各显微组分的赋值
组分各向同性细粒镶嵌中粒镶嵌粗粒镶嵌不完全纤维完全纤维片状惰性基础各向同性分类(I)(Mf)(Mm)(Mc)(Fi)(F)(L)(FF)(B)
0TI012233400
各向同性组分与惰性组分之和移ISO按下式计算：
移ISO=I+FF
2单种煤焦检测结果与分析
卷帘门锁2.1单种煤的煤质分析
美国焦煤和俄罗斯K10煤的工业分析、元素分析、灰成分分析、工艺性质以及煤岩分析结果分别见表2-表5，反射率分布见图1-图2。从这些煤质检测数据来看，依据我国GB/T15224.1—2018《煤炭质量分级第1部分：灰分》，美国焦煤和俄罗斯K10煤属于低灰分的煤，美国焦煤因灰分中含有较高的CaO(7.30%)和Fe2O3(30.95%)，其试验焦具有较高的催化指数，达到10.01%。俄罗斯煤硫分仅为0.29%，属特低硫的炼焦精煤。依据美国煤质分类标准ASTM D388—18，该美国焦煤属于低挥发分的烟煤，通常情况是可以软化熔融黏结的。按我国烟煤分类标准GB/T5751—2009，美国焦煤可划分为JM15，黏结指数为67，胶质层最大厚度为9mm，属弱黏结性焦煤。从镜质组随机平均反射率看，美国焦煤属于简单混合煤，变质程度在焦煤中是较高的，达到1.4715%，如果考虑变质程度与反射率的关系，该煤也可能划分为瘦煤甚至贫瘦煤。依据俄罗斯煤质分类标准,K10煤代表最小胶质层厚度不小于10mm的焦煤，同样依据国内标准，经多批次检测，其灾daf波动在20%左右，因此，综合考虑，该煤也可划分为JM15。黏结指数为74.27，胶质层最大厚度为6.2mm，属弱黏结性焦煤。从镜质组随机平均反射率看，俄罗斯K10煤也属于简单混合煤，变质程度比美国焦煤还要高，达到1.4956%，因此，国内有些企业将其作为瘦煤使用。对比2种煤发现，俄罗斯K10煤具有较高的镜质组，其活惰比达到4.03，并且其软化点较美国焦煤低，软固化温度区间也较美国焦煤长32益，这可能是俄罗斯K10煤的黏结性比美国焦煤好的原因。
表2工业分析与元素分析豫煤种M ad灾ad FC ad粤m灾Maf S t,a 美国焦煤 1.017.9817.1173.908.0618.800.75俄罗斯K10煤0.8411.0117.9870.1711.1020.400.29
Fuel & Chemical Processes
第52卷第2期
表3
灰成分分析
%
煤种Al 2O 3CaO Fe 2O 3
K 2O MgO Na 2O
孕2。5
SO 3SiO 2TiO 2美国焦煤18.947.30
30.950.98 1.200.480.096 3.5734.69 1.20俄罗斯K10煤
35.69
4.43 6.39
0.38
0.61
0.92
1.020
4.32
46.15
1.45
表4
煤的工艺性质
煤种
黏结指数
奥亚膨胀度/%
软固化温度/°c
胶质层指数/mm
G
葬遭软化温度固化温度软固温差
载再
美国焦煤67.0227.4
-11.0432498
6610.509.0俄罗斯K10煤
74.2728.8
-
3.6412
510
9812.55 6.2无铬达克罗
表5
煤岩显微组成与反射率分布
煤种
显微组成/%
反射率分布
镜质组
半镜质组丝质组稳定组矿物组
活惰比
R ra#%S 混煤鉴别美国焦煤66191203 2.66 1.471 5
0.181 0简单混合煤俄罗斯K10煤
76
10
1112
4.03 1.495 6
0.153 5
简单混合煤
图1美国焦煤反射率分布
>枭
焦炉上进行了单种煤炼焦试验，试验焦分析结果见
表6〜表8。2个单种煤试验焦均已达到成熟，与优
质焦煤相比，结焦性一般,C 砸陨较高，CSR 较差。对
比2种煤的试验焦结果发现，许多指标比较接近，但 总的来说，俄罗斯试验焦具有较低的孔隙率，较好的 冷热强度。一般来说，影响焦炭机械强度的主要因
素就是基体的显微强度以及孔结构，而焦炭热性质 主要与焦炭的光学组织和催化指数有关。从表8可
以看出，俄罗斯煤焦的异同比达到24. 1，而美国煤 焦仅为13.6曰同时，美国焦煤成焦的催化指数高达
10.01%，而俄罗斯煤成焦却只有3.54%。由于这 2个主要的影响因素，导致美国焦煤成焦的CRI 较
高，而CSR 较低。因此，在使用这2种进口煤时，不
能作为主焦煤使用，特别是使用美国焦煤时，应控制 其配入量，调节其黏结性及催化指数。
图2俄罗斯K10焦煤反射率分布
2.2单种煤结焦性分析
为了解和掌握进口煤的结焦性能，在5 噪早试验
防盗螺母表6
单种煤试验焦的工业分析
%
煤种
酝葬凿
粤葬凿
灾ad
FC ad 粤d 灾daf
全焦率
美国焦煤0.709.34 1.1488.82
9.41 1.2777俄罗斯K10煤
1.561
2.78 1.88
83.7812.98 2.19
76
表7单种煤试验焦的相关性质
焦炭种类
机械强度/%
显微强度/%热性质/%
真密度/(g-cm -3)视密度/(g-cm -3)显气孔率/%
总气孔率
/%
MCI
/%
酝10
酝25
R1 +R2CRI CSR
美国焦煤20.3470.5442.0653.98 21.79 1.910.8849.38
53.7410.01俄罗斯K10煤
21.82
71.0043.07
41.75
25.51 1.91
0.89
48.26
53.12 3.54
表8
单种煤试验焦的光学组织
煤种粗粒中粒细粒完全纤维不完全纤维
片状
惰性
cng加气机各向同性
0TI
移 IS0
0TI/
/%/%/%/%/%/%/%/%/%/%
移IS0
美国焦煤31.41 5.4511.5417.63
2.5616.0315.380210
1513.6俄罗斯K10煤
44.11 2.02 4.71
22.56 5.72
11.45
9.43
228
9
24.1
3配煤炼焦应用情况
基于以上单种煤评价，宁波钢铁有限公司将2种焦煤作为优质瘦焦煤引进，部分替代国内一般焦煤、瘦煤。在配煤方案设计中，美国焦煤替代部分焦煤，俄罗斯焦煤作为瘦煤使用，配入量控制在10%。配煤方案和生产焦的结果分别列于表9和表10，为了更好地说明问题，生产煤焦的质量检测采用多批次求平均值的方法。
对比方案1〜方案3可以看出，随着美国焦煤替代国内焦煤量的增加，焦炭质量酝40有一定的增加，但
是热性质略有恶化，反应性增加，反应后强度降低。这是因为，美国焦煤属于瘦焦煤，黏结性不足，如果直接替代国内焦煤，会造成黏结性下降。因此，美国焦煤实际上发挥了部分瘦煤的作用，在使用美国焦煤时，不能简单直接作为优质焦煤使用，更多的可以作为瘦煤使用，并控制其配入量。同时，从图3和图4的反射率分布图也可以看出，在1.0%〜1.4%的强黏结性区出现了凹口，由于采用较多高变质程度的俄罗斯煤、美国焦煤以及贫瘦煤，使1.5%区域的峰比较宽且较高。因此，为了弥补强黏结区配入量不足的问题，方案4调整了肥煤的配入量，达到25%，降低了强黏结性1/3焦煤的用量，适当减少了气煤和焦煤的用量。在黏结性不降低的情况下，焦炭质量得到了较大的提高。当然，由于肥煤用量的提高，其配煤成本有一定的增加。但是综合焦炭质量与配煤成本，方案4较优。
表9生产配煤方案％方案
气煤1/3焦煤肥煤主焦煤美国瘦焦煤俄罗斯瘦焦煤贫瘦煤QM1QM2QM31/3JM FM1FM2FM3JM1JM2JM3JM4JM5PS 1124014870171670105 2124014870151573105 3501112870121398105 4707510510151709105
表10配煤质量与生产焦质量（多次平均值）
方案
配合煤质量生产焦质量/%配煤成本%/%粤葬d/%S,ad/%G MCI/%酝40酝10CRI CSR/（元•t-1）126.989.890.9177.00 3.4589.51 5.2724.2865.761428 226.719.820.9376.67 3.5389.87 5.2924.6065.371420 326.759.560.9075.60 3.4889.91 5.1625.4063.731397 426.629.630.9875.75 3.4590.16 5.4824.0666.24412
图4方案2配合煤反射率分布
尽管美国焦煤和俄罗斯焦煤的价格较国内焦煤的价格低，但是从其质量而言，不能作为焦煤直接替代国内主焦煤使用，最好作为瘦煤使用，并控制其配入量。另外，由于美国焦煤到货时间长，炼焦煤市场波动变化，其采购价格相对于俄罗斯K10煤和国内一般焦煤时高时低，价格优势无法体现。鉴于当前国内外形势，以及2种煤性质的互换性，可以采用俄罗斯K10煤作为主力瘦焦煤。
整体上看，由于美国以及俄罗斯瘦焦煤的市场价格相对国内一般焦煤较低，甚至有时低于国内的贫瘦煤，因此，可以替代国内少量的焦煤、瘦煤。配用后，焦炭可以保持良好的冷热强度，并且在优化配煤方案后，可以节约配煤成本。
4结论
（下转第13页
）
第52卷第2期Fuel&Chemical Processes
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蔡明珠编辑
(上接第4页)
(1)2种进口煤按中国烟煤分类标准可以划分为JM15，属于高变质程度焦煤，黏结性差，结焦性能一般，热强度较差，可以互相替换，且俄罗斯煤硫分极低，价格也更具有优势，是相对较好的瘦焦煤遥
(2)2种煤在配煤中可以作为瘦焦煤使用，调节焦炭的平均粒度，通过控制其配入量，保证配合煤黏结性的前提下，可以获得冷热强度较好的焦炭，同时降低了配煤成本。
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张晓林编辑
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一种外热式低阶粉煤连续干馏炉的炭化室炉顶结构
本实用新型涉及一种外热式低阶粉煤连续干馏炉的炭化室炉顶结构，包括炉顶盖板及设于其上的下料口、集气伞支座、上升管底座和砖煤气道清扫孔；集气伞支座设在炉顶盖板中部，底部伸入炭化室内连接集气伞；集气伞支座两侧分别设有下料口，下料口的底部也伸入炭化室内；炭化室内下料口底沿下方两侧沿炭化室长向分别设砖煤气道，砖煤气道顶部通过炭化室炉顶空间连通上升管，上升管安装在上升管底座上；砖煤气道上方的炉顶盖板上对应设有砖煤气道清扫孔。本实用新型采用炉顶盖板与炭化室炉顶配合安装，并在其上布置工艺孔的方式，在满足炭化室顶部操作工艺条件要求的同时，可保证荒煤气导出速度及温度，避免水蒸汽、焦油、灰尘冷凝堵塞炉顶煤气通道。
[专利申请号ZL201720176193.5专利发明人：刘庆达刘承智]
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