气煤替代1/3焦煤的配煤方案优化试验

所属分类：建筑论文阅读次时间：2021-11-17 20:29

本文摘要：摘要：为扩大炼焦煤资源，降低焦化企业配煤成本，通过坩埚焦试验和40kg小焦炉试验考察了3种气煤(分别记为QM1、QM2和QM3)替代某焦化企业工业配煤方案中1/3焦煤的可行性，并采用镜质体反射率分布图对气煤的适宜配入比例进行了优化。研究结果表明：在原生产配煤方案中，当

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　　摘要：为扩大炼焦煤资源，降低焦化企业配煤成本，通过坩埚焦试验和40kg小焦炉试验考察了3种气煤(分别记为QM1、QM2和QM3)替代某焦化企业工业配煤方案中1/3焦煤的可行性，并采用镜质体反射率分布图对气煤的适宜配入比例进行了优化。研究结果表明：在原生产配煤方案中，当气煤替换比为8%时，焦炭冷态强度变化较小，但其热态强度均有所劣化，其中反应性指数CRI从26.60%提高至27.97%~29.79%，反应后强度CSR从64.14%降低至61.14%~62.82%;当气煤替换比为5%时，配入QM3后焦炭质量与原工业方案相近，而配入QM1和QM2后焦炭CRI较工业方案提高约2%，CSR降低约2%。因此，针对该焦化企业生产一级冶金焦的配煤方案，宜用5%的QM3替代1/3焦煤，可降低入炉煤成本至少15元/t焦，而QM1和QM2的适宜配入比例应小于5%。

　　关键词：气煤;配煤炼焦;冷态强度;热态强度;镜质体反射率分布图

煤矿论文

　　虽然中国炼焦煤资源相对丰富，但资源蕴藏极不均衡，焦煤和肥煤等优质炼焦煤资源稀缺，弱粘结性气煤占炼焦煤资源总量的47%左右[1-2]。随着中国高炉大型化的迅猛发展以及生铁产量的逐年攀升，如2018年中国生铁产量达到77105万t，占世界生铁总产量的62.23%[3]，造成焦炭需求量增加，且由于高炉炼铁焦比逐渐降低，焦炭负荷增大，对焦炭质量要求也更为严格。优质炼焦煤是焦炭质量的保证，随着大量开采消耗，未来中国优质炼焦煤资源将难以满足钢铁行业对焦炭质量的需求。

　　为节约优质炼焦煤资源，许多研究者开展了气煤等弱粘结性煤配煤炼焦试验，如胡守勇[4]开展忻州气煤替代峰峰1/3焦煤试验，研究发现当替换比例从3%增加至6%时，焦炭CSR从56.7%稍降至56.0%;当气煤配入比例进一步提高至15%时，焦炭CSR降低至52.0%，焦炭质量明显劣化。黄先佑等[5]以气煤替代1/3焦煤进行配煤炼焦试验，随着气煤配比的增加，焦炭质量呈下降趋势;当气煤配比为15%时，焦炭CSR为55%，仍可达到二级冶金焦炭CSR的标准。

　　上述工作主要对生产二级冶金焦和准一级冶金焦(CSR小于60%)的配煤方案进行优化研究，然而随着高炉大型化以及对高炉操作稳定性要求的提高，钢铁生产企业对焦炭质量提出了比一级冶金焦更为苛刻的要求(部分企业要求焦炭CSR大于65%甚至达到68%~70%，CRI小于25%)。因此，对于焦炭质量远优于一级冶金焦的配煤方案，开展气煤配煤炼焦特性研究具有很强的实用价值。此外，随着配煤技术的发展，以煤岩学理论为基础的配煤方法得到了广泛的重视与应用。

　　相较于传统分析煤变质程度指标，煤镜质体平均最大反射率能够更精确地反映煤的变质程度，有利于煤的质量管控，保障焦炭质量[6-7]。大量研究[8-12]表明，煤的镜质体反射率分布图可以作为配煤炼焦中分析焦炭质量参考，配合煤的镜质体反射率分布图凹口越少、越平滑、越趋近正态分布，焦炭质量越好。本文通过实验室配煤炼焦试验及40kg小焦炉试验，研究3种气煤替代某焦化企业的1/3焦煤后焦炭质量的变化，并结合煤镜质体反射率分布图对配煤方案进行优化，在保证焦炭质量满足生产要求的条件下配入3种弱粘结性气煤，具有工业应用前景。

　　1试验

　　1.1原料

　　试验煤样主要包括某煤炭企业的3种气煤(分别记为QM1、QM2和QM3)以及某焦化企业的炼焦原料煤，各煤样的煤质指标。可以看出3种气煤挥发分较高且含量相近，表明3种气煤的变质程度相近，其中QM1的灰分和硫分最低，粘结指数与胶质层最大厚度与QM2相近。3种气煤中QM3的粘结性指数明显高于QM1和QM2。

　　1.2高温炼焦试验

　　在实验室条件下利用高温电阻炉进行模拟炼焦试验，在炉内四周放置4个装有焦粉的灰皿，使炉中保持还原性气氛。试验过程为：装煤约150g的坩埚在常温下以10℃/min升温至300℃，然后在300℃停留10min，再以5℃/min升温速率加热至1050℃，在1050℃下恒温30min，最后自然冷却。40kg小焦炉炼焦试验所采用的仪器设备及试验方法等按照YB/T4526—2016《炼焦试验用小焦炉技术规范》执行。

　　1.3焦炭冷、热态强度测定40kg小焦炉试验焦炭的冷、热态强度测定分别按照GB/T2006—2008《焦炭机械强度的测定方法》和GB/T4000—2017《焦炭反应性及反应后强度试验方法》执行。由于实验室坩埚焦体积较小，参考GB/T2006—2008《焦炭机械强度的测定方法》对焦炭机械强度测定进行改进，本文将坩埚焦的抗碎强度和耐磨强度定义为M13和M3。

　　1.4镜质体反射率测定

　　参照GB/T6948-2008《煤的镜质体反射率显微镜测定方法》并采用德国卡尔蔡司公司AxioImager.A2m全自动偏光显微镜对煤的镜质体反射率进行测定，利用HD型全自动显微镜光度计软件采集相关数据。

　　2.结果与讨论

　　2.1某焦化企业的工业配煤方案及焦炭性质

　　工业配煤方案生产的焦炭冷态强度满足一级冶金焦炭标准，反应性指数CRI低于一级冶金焦8%左右，反应后强度CSR高于一级冶金焦近10%。该焦化企业在实际生产过程中控制焦炭冷、热态强度要求为抗碎强度M25≥93.0%，耐磨强度M10≤6.0%，CRI≤23.4%，CSR≥69.6%。

　　2.2配煤方案优化

　　为使配入气煤后焦炭质量不明显劣化，并确定气煤的适宜配入量，对配入不同比例气煤的配合煤镜质体反射率进行测定，(a)，(b)，(c)，(d)分别是在以QM1、QM2、QM3替换1/3焦煤以及无气煤配入4种条件下的煤镜质体反射率分布。气煤的配入比例为5%时(5%气煤代替3%的1/3JM1和2%的1/3JM2，见其中的试验方案5)，配入QM1在0.75~0.85及0.90~1.10处分别有一个约为2.5%和1.0%深的凹口;配入QM2的镜质体反射率分布图在0.75~1.00处有一深度约为2.0%的凹口;而配入QM3以及无气煤配入条件下的镜质体反射率分布图基本无凹口且分布图也相对更加平滑。研究[15-17]表明，配合煤的反射率分布图凹口越少、越接近正态分布，配煤质量更好，焦炭质量更高。

　　3.结论

　　(1)当3种气煤替换比从12%降低至8%时，坩埚焦冷态强度有所提高(抗碎强度M13从94.88%~97.51%提高至96.39%~98.58%，耐磨强度M3变化较小，反应性指数(CRI*)从37.76%~38.38%降低至37%左右，但反应后强度(CSR*)变化不大。

　　(2)40kg小焦炉试验结果表明：当气煤配比为8%时，焦炭的热态强度均有所劣化，其中反应性指数CRI从26.60%提高至27.97%~29.79%，反应后强度从64.14%降低至61.14%~62.82%。当气煤配比降低至5%时，配入QM3后焦炭质量与工业方案相近(未配入气煤)，而配入QM1和QM2后焦炭反应性指数较工业方案高约2%，反应后强度低约2%。针对该焦化企业生产一级冶金焦的配煤方案，用5%的QM3代替1/3焦煤是可行的，可降低入炉煤成本至少15元/t焦，而QM1和QM2的适宜配入比例应小于5%。

　　参考文献：

　　[1]邓小利,徐飞,王遂正.中国稀缺炼焦煤资源分布特征[J].中国煤炭地质,2018,30(6):26.

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

　　[3]张福明.中国高炉炼铁技术装备发展成就与展望[J].钢铁,2019,54(11):1.

　　[4]胡守勇.忻州气煤在配煤炼焦中的应用研究[J].燃料与化工,2018,49(5):9.

　　[5]黄先佑,王建明,祝永强,等.攀钢配加气煤和瘦煤炼焦试验[J].中国冶金,2019,29(12):55.

　　作者：潘林辉，黄胜1，时峰2，许佳2，张开幸3，张德祥1