氣煤替代1/3焦煤的配煤方案優化試驗

所屬分類：建筑論文閱讀次時間：2021-11-17 20:29

本文摘要：摘要：為擴大煉焦煤資源，降低焦化企業配煤成本，通過坩堝焦試驗和40kg小焦爐試驗考察了3種氣煤(分別記為QM1、QM2和QM3)替代某焦化企業工業配煤方案中1/3焦煤的可行性，并采用鏡質體反射率分布圖對氣煤的適宜配入比例進行了優化。研究結果表明：在原生產配煤方案中，當

　　摘要：為擴大煉焦煤資源，降低焦化企業配煤成本，通過坩堝焦試驗和40kg小焦爐試驗考察了3種氣煤(分別記為QM1、QM2和QM3)替代某焦化企業工業配煤方案中1/3焦煤的可行性，并采用鏡質體反射率分布圖對氣煤的適宜配入比例進行了優化。研究結果表明：在原生產配煤方案中，當氣煤替換比為8%時，焦炭冷態強度變化較小，但其熱態強度均有所劣化，其中反應性指數CRI從26.60%提高至27.97%~29.79%，反應后強度CSR從64.14%降低至61.14%~62.82%;當氣煤替換比為5%時，配入QM3后焦炭質量與原工業方案相近，而配入QM1和QM2后焦炭CRI較工業方案提高約2%，CSR降低約2%。因此，針對該焦化企業生產一級冶金焦的配煤方案，宜用5%的QM3替代1/3焦煤，可降低入爐煤成本至少15元/t焦，而QM1和QM2的適宜配入比例應小于5%。

　　關鍵詞：氣煤;配煤煉焦;冷態強度;熱態強度;鏡質體反射率分布圖

煤礦論文

　　雖然中國煉焦煤資源相對豐富，但資源蘊藏極不均衡，焦煤和肥煤等優質煉焦煤資源稀缺，弱粘結性氣煤占煉焦煤資源總量的47%左右[1-2]。隨著中國高爐大型化的迅猛發展以及生鐵產量的逐年攀升，如2018年中國生鐵產量達到77105萬t，占世界生鐵總產量的62.23%[3]，造成焦炭需求量增加，且由于高爐煉鐵焦比逐漸降低，焦炭負荷增大，對焦炭質量要求也更為嚴格。優質煉焦煤是焦炭質量的保證，隨著大量開采消耗，未來中國優質煉焦煤資源將難以滿足鋼鐵行業對焦炭質量的需求。

　　為節約優質煉焦煤資源，許多研究者開展了氣煤等弱粘結性煤配煤煉焦試驗，如胡守勇[4]開展忻州氣煤替代峰峰1/3焦煤試驗，研究發現當替換比例從3%增加至6%時，焦炭CSR從56.7%稍降至56.0%;當氣煤配入比例進一步提高至15%時，焦炭CSR降低至52.0%，焦炭質量明顯劣化。黃先佑等[5]以氣煤替代1/3焦煤進行配煤煉焦試驗，隨著氣煤配比的增加，焦炭質量呈下降趨勢;當氣煤配比為15%時，焦炭CSR為55%，仍可達到二級冶金焦炭CSR的標準。

　　上述工作主要對生產二級冶金焦和準一級冶金焦(CSR小于60%)的配煤方案進行優化研究，然而隨著高爐大型化以及對高爐操作穩定性要求的提高，鋼鐵生產企業對焦炭質量提出了比一級冶金焦更為苛刻的要求(部分企業要求焦炭CSR大于65%甚至達到68%~70%，CRI小于25%)。因此，對于焦炭質量遠優于一級冶金焦的配煤方案，開展氣煤配煤煉焦特性研究具有很強的實用價值。此外，隨著配煤技術的發展，以煤巖學理論為基礎的配煤方法得到了廣泛的重視與應用。

　　相較于傳統分析煤變質程度指標，煤鏡質體平均最大反射率能夠更精確地反映煤的變質程度，有利于煤的質量管控，保障焦炭質量[6-7]。大量研究[8-12]表明，煤的鏡質體反射率分布圖可以作為配煤煉焦中分析焦炭質量參考，配合煤的鏡質體反射率分布圖凹口越少、越平滑、越趨近正態分布，焦炭質量越好。本文通過實驗室配煤煉焦試驗及40kg小焦爐試驗，研究3種氣煤替代某焦化企業的1/3焦煤后焦炭質量的變化，并結合煤鏡質體反射率分布圖對配煤方案進行優化，在保證焦炭質量滿足生產要求的條件下配入3種弱粘結性氣煤，具有工業應用前景。

　　1試驗

　　1.1原料

　　試驗煤樣主要包括某煤炭企業的3種氣煤(分別記為QM1、QM2和QM3)以及某焦化企業的煉焦原料煤，各煤樣的煤質指標。可以看出3種氣煤揮發分較高且含量相近，表明3種氣煤的變質程度相近，其中QM1的灰分和硫分最低，粘結指數與膠質層最大厚度與QM2相近。3種氣煤中QM3的粘結性指數明顯高于QM1和QM2。

　　1.2高溫煉焦試驗

　　在實驗室條件下利用高溫電阻爐進行模擬煉焦試驗，在爐內四周放置4個裝有焦粉的灰皿，使爐中保持還原性氣氛。試驗過程為：裝煤約150g的坩堝在常溫下以10℃/min升溫至300℃，然后在300℃停留10min，再以5℃/min升溫速率加熱至1050℃，在1050℃下恒溫30min，最后自然冷卻。40kg小焦爐煉焦試驗所采用的儀器設備及試驗方法等按照YB/T4526—2016《煉焦試驗用小焦爐技術規范》執行。

　　1.3焦炭冷、熱態強度測定40kg小焦爐試驗焦炭的冷、熱態強度測定分別按照GB/T2006—2008《焦炭機械強度的測定方法》和GB/T4000—2017《焦炭反應性及反應后強度試驗方法》執行。由于實驗室坩堝焦體積較小，參考GB/T2006—2008《焦炭機械強度的測定方法》對焦炭機械強度測定進行改進，本文將坩堝焦的抗碎強度和耐磨強度定義為M13和M3。

　　1.4鏡質體反射率測定

　　參照GB/T6948-2008《煤的鏡質體反射率顯微鏡測定方法》并采用德國卡爾蔡司公司AxioImager.A2m全自動偏光顯微鏡對煤的鏡質體反射率進行測定，利用HD型全自動顯微鏡光度計軟件采集相關數據。

　　2.結果與討論

　　2.1某焦化企業的工業配煤方案及焦炭性質

　　工業配煤方案生產的焦炭冷態強度滿足一級冶金焦炭標準，反應性指數CRI低于一級冶金焦8%左右，反應后強度CSR高于一級冶金焦近10%。該焦化企業在實際生產過程中控制焦炭冷、熱態強度要求為抗碎強度M25≥93.0%，耐磨強度M10≤6.0%，CRI≤23.4%，CSR≥69.6%。

　　2.2配煤方案優化

　　為使配入氣煤后焦炭質量不明顯劣化，并確定氣煤的適宜配入量，對配入不同比例氣煤的配合煤鏡質體反射率進行測定，(a)，(b)，(c)，(d)分別是在以QM1、QM2、QM3替換1/3焦煤以及無氣煤配入4種條件下的煤鏡質體反射率分布。氣煤的配入比例為5%時(5%氣煤代替3%的1/3JM1和2%的1/3JM2，見其中的試驗方案5)，配入QM1在0.75~0.85及0.90~1.10處分別有一個約為2.5%和1.0%深的凹口;配入QM2的鏡質體反射率分布圖在0.75~1.00處有一深度約為2.0%的凹口;而配入QM3以及無氣煤配入條件下的鏡質體反射率分布圖基本無凹口且分布圖也相對更加平滑。研究[15-17]表明，配合煤的反射率分布圖凹口越少、越接近正態分布，配煤質量更好，焦炭質量更高。

　　3.結論

　　(1)當3種氣煤替換比從12%降低至8%時，坩堝焦冷態強度有所提高(抗碎強度M13從94.88%~97.51%提高至96.39%~98.58%，耐磨強度M3變化較小，反應性指數(CRI*)從37.76%~38.38%降低至37%左右，但反應后強度(CSR*)變化不大。

　　(2)40kg小焦爐試驗結果表明：當氣煤配比為8%時，焦炭的熱態強度均有所劣化，其中反應性指數CRI從26.60%提高至27.97%~29.79%，反應后強度從64.14%降低至61.14%~62.82%。當氣煤配比降低至5%時，配入QM3后焦炭質量與工業方案相近(未配入氣煤)，而配入QM1和QM2后焦炭反應性指數較工業方案高約2%，反應后強度低約2%。針對該焦化企業生產一級冶金焦的配煤方案，用5%的QM3代替1/3焦煤是可行的，可降低入爐煤成本至少15元/t焦，而QM1和QM2的適宜配入比例應小于5%。

　　參考文獻：

　　[1]鄧小利,徐飛,王遂正.中國稀缺煉焦煤資源分布特征[J].中國煤炭地質,2018,30(6):26.

　　[2]ZHANGH,SHENL,ZHONGS,etal.Coalresourceandindustrialstructurenexusinenergy-richarea:ThecaseofthecontiguousareaofShanxiandShaanxiProvinces,andInnerMongoliaAutonomousRegionofChina[J].ResourcesPolicy,2020,66:101646.

　　[3]張福明.中國高爐煉鐵技術裝備發展成就與展望[J].鋼鐵,2019,54(11):1.

　　[4]胡守勇.忻州氣煤在配煤煉焦中的應用研究[J].燃料與化工,2018,49(5):9.

　　[5]黃先佑,王建明,祝永強,等.攀鋼配加氣煤和瘦煤煉焦試驗[J].中國冶金,2019,29(12):55.

　　作者：潘林輝，黃勝1，時峰2，許佳2，張開幸3，張德祥1