許笑松, 席遠(yuǎn)龍, 高宇鶯

(1.內(nèi)蒙古中盛工程技術(shù)有限公司 質(zhì)檢中心, 內(nèi)蒙古 阿拉善盟 750336;2.山東棗莊礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 煤質(zhì)檢測中心, 山東 棗莊 277000)

根據(jù)煉焦配煤狀況, 實行過程質(zhì)量控制, 不僅穩(wěn)定焦炭質(zhì)量, 還可通過質(zhì)量分析, 優(yōu)化方案, 降低配煤成本。

內(nèi)蒙古中盛科技集團(tuán)有限公司焦化配煤研究人員以國內(nèi)先進(jìn)煉焦研究理論為基礎(chǔ), 從影響焦炭質(zhì)量的因素分析, 通過煉焦過程中原料煤質(zhì)量指標(biāo)分類統(tǒng)計分析, 選擇合適的配煤方案, 結(jié)合巖相分析方法對煉焦煤的判斷評價, 利用配合煤的小焦?fàn)t試驗, 驗證可行性。

對焦炭質(zhì)量控制和降本提效方面所做的探討的實踐效果及總結(jié), 說明了配煤優(yōu)化方案能夠起到較好的實踐效果和依靠科學(xué)技術(shù)促進(jìn)企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的意義。

1 確定影響焦炭質(zhì)量的主要因素

根據(jù)資料顯示, 影響焦炭性質(zhì)主要在煉焦煤原料性質(zhì)、 煉焦工藝、 焦炭結(jié)構(gòu)、 焦炭灰分四個方面。

煉焦工藝對于每個焦化廠來說基本是定型的, 入爐煤的粒度、 水分控制及爐溫均勻性和穩(wěn)定性要求各焦化廠均相差不大, 本公司焦化廠焦炭灰分一般控制在13.0%～13.5%, 入爐煤灰分基本穩(wěn)定在9.5%～10.0%, 所以焦炭的質(zhì)量主要是由煉焦煤料的種類及數(shù)量決定的, 因此研究的重點聚集在煉焦煤的配煤比上。

煉焦煤是影響焦炭質(zhì)量最重要的因素, 不同牌號的煤在煉制焦炭過程中作用不同。 氣煤是變質(zhì)程度低的煉焦煤, 粘結(jié)性較差, 塑性溫度區(qū)間較窄, 單獨煉焦時半焦收縮量大, 半焦固化時氣態(tài)析出速度大, 因此單獨煉焦所得焦炭氣孔率高、 強度低, 由于層內(nèi)抗拉應(yīng)力能力差, 焦炭產(chǎn)生的縱裂紋多, 焦塊細(xì)長且易碎; 1/3 焦煤在氣煤和肥煤之間, 是一種揮發(fā)分和粘結(jié)性都較高的煉焦煤, 在加熱過程中能產(chǎn)生較多的膠質(zhì)體, 且熱穩(wěn)定性比氣煤好, 單獨煉焦可以得到一定塊度和強度的焦炭; 肥煤是強粘結(jié)性煉焦煤, 在炭化過程中能產(chǎn)生大量膠質(zhì)體, 塑性溫度區(qū)間寬, 熱穩(wěn)定性較好, 但單獨煉焦時由于層間剪應(yīng)力使焦炭橫裂紋多, 氣孔率高, 焦炭易碎; 焦煤具有中等揮發(fā)分和較好的粘結(jié)性, 單獨煉焦時所得焦炭縱橫裂紋均較少, 塊度也較大, 機(jī)械強度高, 耐磨性好; 瘦煤變質(zhì)程度高, 熱解產(chǎn)物少, 熔融性差, 在煉焦過程中, 收縮量少, 所得焦炭裂紋率低, 因此單獨煉焦所得焦炭塊度大, 裂紋少, 但強度較差。 因此, 煤的變質(zhì)程度不同, 顯微組分含量不同, 在煉焦過程中產(chǎn)生的膠質(zhì)體數(shù)量和質(zhì)量不同, 直接影響焦炭的結(jié)構(gòu), 使得焦炭的強度和塊度不同, 1/3 焦煤、 肥煤、 焦煤結(jié)焦性能相對好。

配合煤質(zhì)量受煤種及煉焦工藝的影響, 一般配合煤指標(biāo)用水分、 灰分、 揮發(fā)分、 硫分、 粘結(jié)指數(shù)G、 膠質(zhì)層最大厚度Y、 奧亞膨脹度b、 基氏流動度MF 等表示。 但鑒于目前混煤現(xiàn)象嚴(yán)重, 必須結(jié)合煤巖設(shè)備通過檢測煤的顯微組分和鏡質(zhì)組反射率來進(jìn)行配煤煉焦。

通過實踐和摸索, 從大量的數(shù)據(jù)經(jīng)驗中總結(jié)出一套靈活可靠的煉焦煤配比方案, 以穩(wěn)定和提高焦炭質(zhì)量, 降低原料煤成本為目標(biāo), 通過巖相分析和小焦?fàn)t試驗, 取得較好的效果。

2 煉焦配煤數(shù)、 質(zhì)量指標(biāo)分析

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出2021 年12 月進(jìn)廠精煤質(zhì)量指標(biāo)及數(shù)量, 見表1。

表1 2021 年12 月精煤指標(biāo)匯總

從表1 中可以看出, 如果完全按照以上比例配煤煉焦, 基本可以得到穩(wěn)定合格的焦炭, 但是存在以下問題: 一是外購精煤煤源不穩(wěn)定, 價格波動較大; 二是自洗精煤也是按照市場供應(yīng)和焦化廠需求組織生產(chǎn), 因此不能根據(jù)以上結(jié)果估計焦炭質(zhì)量和成本。

3 煉焦配煤方案

煤的變質(zhì)程度是決定煉焦煤的結(jié)焦性質(zhì)及其焦炭強度的首要因素, 煤的平均最大反射率是標(biāo)志煤的變質(zhì)程度的最佳指標(biāo), 反射率分布圖可以反映煤的變質(zhì)程度變化的細(xì)節(jié)。 因此以反射率分布圖作為標(biāo)志煤結(jié)焦性質(zhì)的最佳指標(biāo)、 分析配合煤結(jié)焦性質(zhì)穩(wěn)定性、 驗證優(yōu)化配煤方案、 并穩(wěn)定配合煤質(zhì)量, 正逐步在焦化廠得到系統(tǒng)應(yīng)用。 但由于從采樣到制樣, 再到分析, 需要一定的時間, 對入廠煤的鑒定滯后。 為解決這一問題, 需及早對所采購煤礦點的各種煤進(jìn)行事前分析, 建立一套完整的煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫, 根據(jù)這些煤的不同結(jié)焦性能, 進(jìn)行多種配比下的小焦?fàn)t試驗方案及對應(yīng)的焦炭質(zhì)量分析, 形成一套科學(xué)的焦炭質(zhì)量專家管理系統(tǒng), 是焦化廠配煤部門工作的目標(biāo)和方向。 為了尋求一種更為靈活適宜的配煤方案, 采用智能配煤系統(tǒng), 利用其便捷的計算方法, 得到智能配比, 然后再根據(jù)實際確定相應(yīng)的指定配比, 優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu), 計算得出理論焦炭質(zhì)量指標(biāo), 進(jìn)行焦炭質(zhì)量預(yù)評估, 快速建立合適的2 種配煤方案, 分別見表2、 表3。

表2 配煤方案1

表3 配煤方案2

4 配煤試驗

按照以上配煤方案進(jìn)行配煤, 分別檢測配合煤質(zhì)量并制取煤巖分析樣品和小焦?fàn)t試驗樣品,進(jìn)行混煤巖相分析、 焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗。

按照方案1 指定配比, 中硫1/3 焦煤∶氣精煤∶策克煤∶貧瘦煤∶弱粘煤=25 ∶30 ∶30 ∶5 ∶10 的配煤比例, 實際所得混煤質(zhì)量見表4。

表4 配煤方案1 質(zhì)量結(jié)果報告

用反射率分布圖驗證配合煤的結(jié)焦性質(zhì), 配煤方案1 巖相分析見圖1。

圖1 配合煤方案1 反射率分布

按照配煤方案1 各種煤的比例, 進(jìn)行巖相分析得到配合煤的反射率分布情況, 見表5。

表5 配煤方案1 Rran 區(qū)段計算結(jié)果

對配煤樣品進(jìn)行小焦?fàn)t試驗, 結(jié)果表明, 熱反應(yīng)性CRI: 24.5, 反應(yīng)后強度CSR: 67.1, 達(dá)到國家二級以上冶金焦炭熱強度標(biāo)準(zhǔn)。

按照方案2 指定配比, 低硫1/3 焦煤∶中硫1/3 焦煤∶弱粘煤∶瘦焦煤=25 ∶45 ∶25 ∶5 的配煤比例, 實際所得混煤質(zhì)量見表6。 巖相分析見圖2。

圖2 配合煤方案2 反射率分布

表6 配煤方案2 質(zhì)量結(jié)果報告

按照配煤方案2 各種煤的比例, 進(jìn)行巖相分析得到配合煤的反射率分布情況見表7。

表7 配煤方案2 Rran 區(qū)段計算結(jié)果

對方案2 的配煤樣品進(jìn)行小焦?fàn)t試驗, 結(jié)果表明, 熱反應(yīng)性CRI: 25.8, 反應(yīng)后強度CSR:66.3, 達(dá)到國家二級以上冶金焦炭熱強度標(biāo)準(zhǔn)。

5 配煤煉焦成本分析

5.1 焦炭成本測算

焦化企業(yè)成本主要由以下幾方面構(gòu)成:

(1)直接生產(chǎn)成本, 占比約86.5%。 精煤配比不同, 相應(yīng)的焦炭產(chǎn)量也不同。 但一般是1.32 ～1.45 t 洗精煤能夠煉出1 t 焦炭(含焦丁和焦粉)。 配比用煤主要構(gòu)成為: 貧瘦煤、 瘦煤、 主焦煤、 肥煤、 1/3 焦煤、 氣煤、 氣肥煤和弱粘煤等。

(2)制造成本, 占比約7.8%。 包括電費、 直接人工、 設(shè)備檢修費用、 機(jī)物料、 大修及技改費用、 勞保費用、 折舊和其他。 當(dāng)前, 多數(shù)焦化企業(yè)采用回收尾氣進(jìn)行余熱發(fā)電的方式來降低用電成本。

(3)期間費用, 占比約5%。 主要包括財務(wù)費用、 管理費用和銷售費用

(4)政府收費, 占比約0.5%。 包括水資源補償和排污費。

5.2 焦炭產(chǎn)品分類

第一類是主產(chǎn)品焦炭, 產(chǎn)率在70%～75%;

第二類為焦化副產(chǎn)品, 包括15%～20%的焦?fàn)t煤氣, 3%～4.5%的煤焦油以及0.7%～1.4%的粗苯。 焦化副產(chǎn)品回收大約能夠抵扣10%以上的焦炭成本, 也就是說焦炭利潤粗略計算為: 焦炭價格-噸焦入爐煤成本, 其他成本基本由焦化副產(chǎn)品抵扣, 實際情況根據(jù)焦化副產(chǎn)品市場行情及產(chǎn)出率有所變化。 回收焦化副產(chǎn)品不僅實現(xiàn)煤的綜合利用, 還可以減輕環(huán)境污染、 降低企業(yè)成本。 甚至在焦炭價格不景氣時, 焦化副產(chǎn)品成為焦化企業(yè)的重要利潤來源。 焦炭利潤計算見表8。

表8 配煤方案與原配比指標(biāo)結(jié)果比對

以同樣精煤價格相比較(估算市場價), 應(yīng)用優(yōu)化方案后噸焦成本降低, 焦炭質(zhì)量提高, 硫分、 灰分降低后, 價格也有所提高, 考慮其他因素, 預(yù)計焦炭提高利潤約100 元/t, 以年產(chǎn)銷量70 萬t 焦炭計算, 全年可提高效益7 000 萬元。

6 結(jié) 語

以上研究分析可見, 通過合理的配比, 既可降低煉焦原料煤成本, 又可得到穩(wěn)定質(zhì)量的焦炭, 以上實踐在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上, 利用科技方法科學(xué)配比、 精準(zhǔn)施治、 充分試驗驗證, 取得了較好的效果。 建議在今后的煉焦生產(chǎn)上能夠有計劃地實施配煤煉焦, 通過小焦?fàn)t試驗檢測焦炭反應(yīng)性及焦炭強度, 確保焦炭質(zhì)量穩(wěn)定合格。