优化炼焦配煤方案，提升焦化企业生产效益

刘伟峰　刘铠

摘 要：以优化配煤方案为研究切入点，以“降低炼焦配煤成本，提高焦炭质量”进行配煤方案优化研究，并结合炼焦配煤方案的真实案例，阐述制定科学的配煤方案对焦化企业生产成本控制和效益提升的重要性。

关键词：配煤方案;粘结性配煤;煤岩（岩相）配煤;熔融性配煤

0 引言

焦炭是高炉炼铁生产的的重要原料，焦炭在高炉炼铁生产过程中要支撑炉料，发挥骨架作用，要为融化铁水提供热源，要在高炉中发挥还原剂作用，将氧化铁还原成铁，因此，焦炭质量是维持高炉生产的持续性、稳定性、高效性的关键。高炉生产对焦炭质量要求包括：有害杂质含量（如，灰分、硫份）;强度指标（如，耐磨强度M40、抗碎强度M10），热态稳定性指标（如，热反应强度CSR、热反应性CRI）。焦炭有害杂质灰分、硫份要求越低越好;强度要求M40越高越好，M10越低越好;热稳定性要求热反应强度CSR越高越好、热反应性CRI越低越好。随着高炉的大型化发展和富氧喷煤技术的应用，高炉生产对焦炭质量提出了更高标准。

决定焦炭质量的关键因素就是炼焦煤，没有优质的炼焦煤是很难生产出优质的焦炭。在炼焦生产过程中，炼焦煤成本占据了焦炭总成本的近90%，因此炼焦生产的成本控制关键在配煤方案的制定。所以说，炼焦配煤方案既是保证焦炭质量的关键因素，又是控制成本的关键点。

1 炼焦配煤方案制定及配煤方法选择

为获取高品质、高性价比的焦炭，我们需要从炼焦配煤方案制定的第一关入手，在资源选择、骨架煤种确定方面进行充分的调研。

配煤方案制定：

首先要满足焦炭质量的要求。焦炭质量既要保证高炉生产需要，又不能出现质量过剩，导致成本增加。

其次，要考虑资源供应的安全性。所谓供应的安全性就是主要骨架炼焦煤必须质量稳定，且能够充足稳定供应。如果骨架炼焦煤供应得不到保证，必然导致频繁变动配煤比，造成焦炭质量的波动。

第三、要考虑资源的经济性。炼焦煤的运输半径不易过长，尽量降低资源采购的物流成本，同时根据骨架资源情况，适当扩大中高硫煤、低粘结煤的使用量，降低配煤成本，提高炼焦生产的经济效益。

第四、要有备用方案。在充分进行资源调研的前提下，掌握各种炼焦煤的替代资源，一旦发生市场变化，可以快速启动备用方案，确保炼焦生产持续稳定。

配煤方法也是经历长期实践摸索，不断发展起来的。现有常用的配方法有：粘结性配煤、煤岩（岩相）配煤、熔融性配煤。早期的配煤方法是粘结性配煤。即根据配合煤的粘结性指标进行配煤。通常将参加配煤的各种煤的指标进行加权平均测算，从中筛选出适合焦炭质量要求的方案。在资源供货区域较小，且区域内炼焦煤资源质量稳定的情况，使用这种方法简单快捷，易于操作。随着资源供货半径的扩展，不同区域煤的品质特性差异扩大，一些洗煤企业为获取更高利润，采取掺混的办法，调制出价格更高主焦煤，导致炼焦煤的单一性被破坏，造成焦炭质量波动。针对此问题，引进了煤岩分析（岩相分析），通过煤岩分析（岩相分析），可以对煤的变质程度及炼焦煤的单一性进行判断，逐步形成了煤岩（岩相）配煤方法。近年来，随着进口炼焦煤的使用，煤岩（岩相）配煤方法也暴露出来缺欠，一些岩相指标较好的煤，在炼焦过程因不能与其他煤种融合到一起，导致焦炭质量下降。针对这一问题，就需要对各煤种进行软化温度、胶质体析出温度、半焦形成时间进行分析，要让各种煤在高温干馏过程从软化、胶质体析出、熔融、半焦形成、到固化收缩实现叠加重合。这就是熔融配煤法。近期日本正在研究使用粘合剂的配煤方法，降低成本，提升焦炭强度，该方法国内还处于实验探索阶段。配煤方法的选择，要结合自身资源的特点选择，不能生搬硬套。

2 配煤方案实施及实施过程中的管控重点

一个配煤方案的实施必须谨慎，首先通过化验手段进行方案的测算，然后进行化验室掺配，有条件的单位可以将筛选的方案进行小焦炉实验，没有条件的单位可以开展铁箱实验，对新配煤方案进行验证，在验证合格后，可以组织小规模的工业生产，能够满足预定目标后，再组织生产。只有这样才能确保炼焦质量的稳定。在配煤方案实施过程中，要做好过程控制，管控重点如下：

2.1 管控各单种煤的质量

在日常原料煤采购及生产过程中，时刻关注各单种煤质量变化，即使是同一矿井的炼焦煤，不同时期的质量也会因地质条件变化、采掘工作面的调整、采煤方案调整发生变化。因此，管控单种煤质量是长期持续的工作，是稳定配煤生产的基础。

2.2 管控配合煤指标

配合煤的质量要结合生产实际，进行密切跟踪，日常跟踪项目包括：灰分、水分、硫分、挥发分、粘结指数、胶质层厚度以及细度等指标。定期跟踪的项目包括奥亚膨胀度、基氏流动度、罗加指数，有条件的单位还要关注岩相数据及活惰比情况。

3 炼焦配煤方案经济效益测算方法

炼焦生产的经济收益以炼焦生产过程中产出的主要产品的产率为基准，结合当期各种产品的市场价格，计算炼焦生产中的效益。为方便测算，重点测算焦炭、焦油、粗苯、煤气等主要产品的收益。

3.1 焦炭产率计算

为方便测算已经利用公式计算出不同挥发分的《煤焦化产品产率表》，可以根据挥发分数据查找到对应产品产率。其中煤气产率必须换算到体积产率，同时考虑到产生的煤气中有45%的量用于焦炉的加热，剩余煤气部分考虑到有5%的损失，因此在计算时取产率的50%（各焦化企业管控水平，此项指标可以结合实际调整）。

在M1测算中，配合煤的，Kd·j、Kd·y、Kd·b、Kd·g等参数是可以计算的，亦可以通过产率曲线或產率折算表查得。其中：Kd·g要折算成体积单位。（此产率为重量产率，因煤气的计价是按照体积单位定价，所以需要换算成体积单位，煤气的密度为0.4～0.5kg/标准m3）;F-为焦化企业吨焦加工费用，元/t;对于不同焦化企业，其加工费用是不同，主要是工艺装备水平及管理水平存在差异决定的。

通过上述公式，可以测算出不同配煤方案的炼焦收益，并根据测算结果确定最终的配煤方案。

4 山东某焦化企业优化炼焦配煤方案取得的效益分析

该公司是山东省国有企业，上市公司，生产设备先进，技术研发能力雄厚，该公司2016年开始引进使用王家岭I号精煤作为骨架煤种，并结合该煤种的特点，进行了专题研究，制定了应用方案。

该公司没有使用王家岭I精煤前，焦炭的热反应强度不稳定，使用后，焦炭热反应强度可以稳定在65以上，焦炭质量从准一级焦提升至一级焦，焦炭价格提升了近100元/t。2016年8月份之前，王家岭I号精煤仅作为瘦煤资源使用，配比在13～25%左右，配合煤挥发份27～28%，生产焦炭热强度66%左右;2016年8月份生产系统提高负荷以后，为保证环保指标，需要进一步降低配合煤挥发份，同时考虑焦炭价格上升因素，提高焦炭产率，逐渐增加王家岭I号精煤的配入比例至40%左右，配合煤挥发份降到23～24%，生产焦炭热强度保持在67%左右，2017年以后配比基本稳定在35%左右。

该公司通过使用发现，王家岭I号精煤是介于瘦煤和焦煤之间的煤种，既具有瘦煤的低挥发分品质，又具备焦煤良好的粘结性，其低硫品质也非常突出，仅有0.4%，增加了配煤方案调控的灵活度。其价格虽然比普通瘦煤高，但使用該煤种后，可以降低主焦煤的配比，同时可以用中硫主焦煤代替价格较高低硫主焦，生产总成本还略有下降。此外，王家岭矿产能（600万t/a）较大，有独立铁路发运站，已经与该公司开通班列运输，物流运输更有保证。

该公司通过优化配煤方案，在入炉煤成本没有增加的前提下，焦炭的产率及价格均有提升，焦炭从原来的准一级提升至一级焦，焦炭价格提升了近100元/t，同时焦炭产率提升3-4%。虽然配煤方案优化后，因配合煤挥发份的降低，粗苯、煤焦油等化产品的产率下降，煤气量减少导致甲醇产量下降，但在焦炭价格持续高位的市场形势下，新增焦炭产率的经济收益增加远远大于化产品减少的经济收益。通过配煤方案优化，该公司焦炭整体收益提升近80元/t（不含税），按照该公司150万t/a的产量计算，每年可提升经济效益近1.2亿元。

5 山西某焦化企业优化炼焦配煤方案取得的效益分析

该企业山西省重点国有企业，上市公司，管理规范，技术实力雄厚。该企业2014年引进并使用王家岭I精煤，并结合该煤种的特点进行了优化配煤方案的研究。

试验结果表明，王家岭I号精煤单独结焦的焦炭低灰、低硫，冷、热态强度远好于其他瘦煤，更接近于焦煤。根据王家岭瘦煤的质量特性，该公司又分别做了配用比例10%和21%小焦炉试验。

配煤方案：试验配煤比是将王家岭I号精煤分别按10%和21%的比例配入装炉煤，代替部分焦煤和瘦煤，减少1/3焦煤，增加气煤，同时配用硫份为2.50%的肥煤等。

小焦炉试验结果表明，两个方案所炼制的焦炭机械强度均较好，王家岭I精煤配入比例由10%增加到21%，焦炭抗碎强度与耐磨度均有所改善。从试验结果看，由于王家岭瘦煤结焦性较好，配用后可替代部分焦煤，增加气煤用量，同时还可以起到降低焦炭灰份、硫份的作用。

配用10%的王家岭瘦煤，焦煤比例减少2-3个百分点，配合煤成本降低约12.43元/t;配用21%的王家岭瘦煤，焦煤比例减少7-8个百分点，配合煤成本降低约14.76元/t。

此外，利用王家岭瘦煤硫份低的特点，可配用6-8%的低价（670元/t）高硫份（2.50%）的回坡底肥煤等煤种，从而有利于高灰、高硫煤种的配用，拓宽煤源，降低焦炭生产成本。

结合积累的实验数据，该公司组织了工业化生产使用，在二系统配入14%的王家岭I号精煤进行大炉生产，焦煤比例减少2个百分点，肥煤改配结焦性较差的地方肥煤，1/3焦煤减少14个百分点，气煤增加7个百分点。配合煤成本较配用前降低10.28元/t。按照该公司300万t/a的产量计算，年使用配合煤400万t，通过优化配煤方案即可带来4000万元的效益。

6 结束语

中国是焦炭生产大国，每年焦炭产量在6.5亿t以上，占世界焦炭产量的65%以上，通过优化配煤方案，不仅可以大幅降低配煤成本，提升产品价值，增强企业盈利能力，还可以拓展配煤范围，缓解优质炼焦煤资源的供需矛盾。因此，优化配煤方案既可以提升企业经济效益，又可推进炼焦煤资源的高效利用。