19世纪50年代以前,炼焦多以单种强黏结性煤为原料。20世纪初,由于冶金工业对焦炭的产量和质量要求提高,强黏结性煤短缺,配煤炼焦在世界各国得到应用。20世纪中叶,随着各种评价煤炼焦特性指标、测试方法及配煤指标的日臻完善,形成了炼焦配煤技术。20世纪50年代,苏联I.N.阿莫索夫[注]首次将煤岩学指标用于炼焦配煤,使配煤技术更为科学可靠。
中国的炼焦配煤起步于20世纪50年代初,以气煤、肥煤、焦煤和瘦煤4种煤按一定比例配合,控制配合煤挥发分和胶质层指数在一定范围内,以生产出满足一定要求的焦炭。由于炼焦煤资源分布不均衡,60年代开始开展区域配煤研究,打破4种煤的配煤原则,扩大了炼焦煤资源。在此期间开始探索煤岩配煤,70年代开展用煤岩学指标研究焦炭强度预测和煤岩配煤方法。
依据不同成焦机理形成了不同的配煤原理。
①胶质层叠加原理。要求配合煤中各单种煤胶质体的软化温度区间能较好地搭接,使配合煤能在较宽温度范围内处于塑性状态,改善黏结过程,保证焦炭结构均匀。
②互换性配煤原理。通过溶剂抽提,煤的有机质可分为黏结组分和纤维质组分两大类。要制得强度好的焦炭,配合煤的黏结组分和纤维质组分应有适宜的比例,且纤维质组分应有足够的强度。
③共炭化原理。不同煤料配合炼焦后能得到结合较好的焦炭,称不同煤料的共炭化,用于煤与沥青类有机物的炭化过程中考核沥青类有机物与煤配合后对改善焦炭质量的效果,即煤的改质效果。共炭化原理的主要内容是描述共炭化过程的改质机理。
④煤岩配煤原理。应用煤岩学将煤划分为活性成分和惰性成分。采用活性成分反射率分布图解和惰性成分含量评价炼焦煤性质,要求二者达到最佳比例,且活性组分反射率分布合适。
配合煤挥发分(Vdaf)以25%~31%较适当;黏结性和结焦性指标的适宜范围是黏结指数(G)为58~82,胶质层厚度(Y)为14~22毫米,坩埚膨胀序数(CSN)>6,基氏流动度(MF)为每分钟旋转50~1000分度,或奥阿膨胀度(b)>20%;软固化温度区间宽,搭接好;煤岩组分的比例恰当;灰、硫、磷含量应符合使用要求,还应考虑灰分中碱性氧化物的含量。
当配合煤的质量不够理想时,可在炼焦煤准备过程中采用预处理技术,以改变配合煤的性质和成焦条件,如煤调湿、配型煤、预热煤、风动选择粉碎等。煤调湿是将炼焦煤料在装炉前通过间接或直接的换热方式去除一部分水分,并确保装炉煤水分恒定,然后装炉炼焦;配型煤是将一部分煤料加入黏结剂压制成型后同散状煤料按一定比例配合,可改善煤料的黏结性和结焦性。预热煤是利用热载体将装炉煤预热到150~250℃再装炉炼焦,可提高焦炉生产能力、改善焦炭质量、减少焦化废水量。风动选择粉碎是用沸腾床风选器将炼焦煤料按粒度和密度分离出粗粒级煤和细粒级煤。粗粒级煤经再次粉碎后与细粒级煤混合作为装炉煤供炼焦使用,适用于煤岩组分不均一的煤料,可提高焦炭质量。
由于煤炭的复杂性,还未有统一和广泛适用的配煤指标控制方法。配煤主要控制配合煤挥发分、镜质组反射率分布、不同类型煤岩组分比例、黏结性和结焦性指标或整合后的指标在合理范围内。配煤过程中,自动化配煤技术及装备得到了广泛应用,配煤专家系统也在部分焦化企业应用并逐步发展。